（市政工程专业论文）建筑热水设计秒流量计算方法的研究及应用.pdf

西安建筑科技大学硕士学位论文 y5 3 6 8 1 建筑热水设计秒流量计算方法的研究及应用 专业：市政工程 硕士生：王广华 指导老师：高羽飞教授 摘要 建筑内部给水、热水设计秒流量计算方法有平方根法、经验法和概率法等。如我国设计秒 流量公式是沿用前苏联的计算方法，但苏联早在七十年代就以废除，并使用概率法。 现行规范中热水设计秒流量计算方法与给水计算方法一样，但热水的用水器具、用水规律、 使用时间和用水概率都与给水不同，应有不同的计算方法。 许多国内专家及设计人员反应我国现行规范公式给出的设计秒流量应用于实际中存在很多 不足通过许多专家、学者、教授的研究，大家一致认为用概率论方法计算给水流量是比较合理 及可行的。建筑内部给水设计秒流量公式已由平方根法改为概率法，热水也应随之改变。 本课题在国内外概论公式的研究和应用基础上，探索概率论的流量计算公式新方法。所依 据的原则是：利用国外较成熟的理论，尽可能全面的考虑影响用水量因素，尽量使用最低数量 的参数，并且结合我国的实际用水特点，得出适用于我国各类建筑并且在实际应用中较为简便 的计算方法。本课题研究的主要内容为： ( 1 ) 分析对比欧美主要国家热水设计秒流量计算方法的结果、特点及存在的问题； ( 2 ) 根据我国居民生活用热水特点，由用水量标准推算出各类型水用户用水高峰期的卫生 器具使用概率； ( 3 ) 编制计算机程序，计算不同使用概率情况下，给水当量与热水设计秒流量的关系表； ( 4 ) 建立热水设计秒流量q 。和给水当量n 与使用概率p 之间的相关关系； ( 5 ) 绘制建筑给水排水设计规范中有关热水设计秒流量计算方法的计算用图表。 关键词；热水设计秒流量概率论方法卫生器具使用概率 编制计算机程序 论文类型：应用基础 p r o b a b i l i t y m e t h o d a p p l i e d t od e t e m i n eh o t w a t e r s u p p l y d e s i g n s e c o n df l o wi n s i d eo fb u i l d i n g s s p e c i a l t y ： m u n i c i p a le n g i n e e r i n g g r a d u a t e ： w a n gg u a n g h u a a d v i s o r ：p r o f e s s o rg a o y u f e i a b s t r a c t t h em e t h o d so fd e c i d i n gw a t e ra n dh o tw a t e r s u p p l yd e s i g ns e c o n df l o wi m s i d eo fb u i l d i n g s i n c l u d es q u a r er o o tm e t h o d , 麟p 丽e n c cm e t h o da n dp r o b a b i l i t ym e t h o d t h ed e s i g ns e c o n df l o w f o r m u l a i n o u r c o u n t r y i s u s e d i n t h e s o v i a t m i o n b e f o r e b u t t h e s o f i a u s e d t h e p r o b a b i l i t y m e t h o d i n t h e1 9 6 0 s t h e h o t w a t e r a n d t h e w a t e r s u p p l ys e c o n d f l o w f o r m u l a i s t h e s a m e i n t h e e x i s t i n g c r i t e r i o n b u t t h e v e i e l e , t h e l a w , t h e t i m ea n d t h e p r o b a b i l i t y t h a t t h e p e o p l e u s i n g h o t w a t e r i s d e f f a r e n t f r o m t h a t o f t h ew a t e r , s oi ts h o u l dh a v eam e t h o d m a n ye x p e r t sa n dd e s i g n e r s h o l dt h a tt h ed e s i g nf l o w p m v i d e db y t h en o r m a lf o r m a li sal o to f l a e le v e r y b o d yc o n s i s t e n t l yt h i n k s t h a tt h e p r o b a b i l i t ym e t h o d i sr e a s o n a b l ea n dv i a b l ei nc a l c u l a t i n g t h ew a t e rs u p p l y b y m a n y e x p e r t , s c h o l a r , p r o f e s s o r s r e s e a r c h t h e p a p e rp r e s e n t san e w m e t h o do fc a l c u l a t i o nf o r m u l ab a s e do np r o b a b i l i t ym e t h o dw i t h s t u d y i n gt h eh u n t e r m e t h o da n dr u s s i a nm e t h o dd e e p l y t h ep r i n c i p l ei st h a tm a k i n g u s eo ft h e f o r e i g n t h e o r i e s a tt h es i m e t i m e , c o n s i d e r i n gc o m p r e h e n s i v e l y t h e i n f l u e n c i n g f a c t o ro f u s i n gw a t e r a n du s i n gt h ep a r a m e t e ra sf e wa sp o s s i b l ea n dr e l a t i n gc h a r a c t e r i s t i co f u s i n gw a t e rw i m t h eo u r c o u n t r y sf a c t , g a i na n e wm e t h o dt h a ti sa p p l i c a b l et oo u rc o u n t r yv a r i o u sb u i l d i n ga n ds i m p l ei n p r a c t i c e m a i nc o n t e n t sf o rs t u d y i n g o f t h e p a p e r i s ： ( 1 ) a n a l y s i n g t h e o u t c o m e ，c h a r a c t e r i s t i ca n dt h ep m b l e mo f t h e h o tw a t e r s u p p l y d e s i g ns e c o n d f l o wm e t h o di nt h ee u r o p ea n dt h eu s a ( 2 ) i ti sd e t e m a i n e dt h a tv a l u ef r e q u e n l yo f d i f f e r e n tf i x t u r eu s ei nt h ep e r i o do f u s i n gw a t e r h i g h p e a k 西安建筑科技大学硕士学位论文 ( 3 ) t h e r e l a t i o nb e t w e e nt h ena n dt h eh o tw a t e r s u p p l yd e s i g ns e c o n df l o wi sg o tb ya p p l y i n g p r o g r a m t oc o m p u t e ru n d e rt h ed i f f e r e n t p r o b a b l i t y ( 4 ) f o r m t h er e a l a t i o nb e t w e e nt h e q g a n dt h e n ，p ( 5 ) d r a w i n gt h e c h a r ta b o u tt h eh o tw a t e r s u p p l yd e s i g ns e c o n df l o wi nt h e k e y w o r d s ：h o t w a t e r s u p p l yd e s i g n s e c o n df l o w f r e q u e n l y o f f i x t u ru s e t h e s i s t y p e ：a p p l i c a t i o nf o u n d a t i o n p r o b a b i l i t y m e t h o d e m a d i n g p r o g r a m b y c o m p u t e r 声明 xs 3 6 8 l 主 本人郑重声明我所呈交的论文是我个人在导师指导下 进行的研究工作及取得的研究成粟。尽我所知，除了文中特 别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的铲究成果，也不包含本人或其他人在其它单位已 申请学位或为其它用途使用过的成果。与我一同工作的同志 对本研究所做的所有贡献均已在论文中作了明确的说明并 表示了致谢。 串请学位论文s 资料若有不实之处本入承掘一切相关 责任。 论文作者签名： 于牟日期：州；叫 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安建筑科技大学有关保留、使用学位论 文的规定，即：学校有权保留送交论文的复印件，允许论文 被查阅和借阅；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以 采用影印、缩印或者其它复制手段保存论文。 ( 保密的论文在论文解密后应遵守此规定) 论文作者姥 坪导师签碧栅侈噍矽脚7 f上qf 卜 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 绪论 1 1 国内外建筑内部热水供应设计秒流量计算方法的现状与发展 1 1 1 建筑内部热水供应的特点 热水供应技术是建筑内部给水排水三大组成部分之一，也是在1 9 8 5 年审查会上明确提出 的建筑给水排水设计规范存在的有待解决的四大主要问题之一，这些问题在规范审查会以 来，尤其是在1 9 9 2 年成立全国热水供应研讨会以来，通过哪寸会和有关人员的努力，已有较大 的突破和解决。这在规范1 9 9 5 年局部修订的条文中已得到体现。 随着城市的发展，人民生活水平的提高，人们在生活和生产活动中对热水供应的要求也越 来越高。过去由于条件差，热水多由锅炉烧制，使用受限，用量很小。改革开放后，人民生活 水平的迅速提高，热水用量也大幅度的增长。热水逐渐向集中热水供应方式发展，保证热水供 应适用、安全、经济及消除环境污染。 在旅店、宾馆、大型公共建筑及高级公寓中，均装设有较完善的热水系统，而般的住宅 建筑中，住户也纷纷装上热水供应系统。 下面我们讲一个具体实例嘲： 北京某招待所3 号楼改装工程于1 9 8 5 年设计并完成。该建筑的性质及功能标准要高于通常 意义上的招待所。建筑共4 层，改装后设8 8 套客房，每套个卫生间，各卫生间设浴盆、脸盆、 坐便器个一件。有8 l 套卫生间服务人数为2 人套，4 套为4 人套，3 套为3 人套。平均每套 服务人数约2 1 人。 每个卫生间浴盆及脸盆供应热水，另外在第层有一洗脸间，6 个热水龙头。热交换器设 在3 号楼所在大院内的地下锅炉房内，为大楼内多幢建筑物共用。每个建筑物热水供应时间错 开，轮流使用该组交换器。 综合上面情况，我们可以看出热水供应与生活给水在很大程度上不同。热水供应具有以下 特点： ( 1 ) 热水使用水时间集中； ( 2 ) 热水供应对象大致分三种：浴室、盥洗室和厨房； ( 3 ) 用热水的器具整齐、单一，除热水龙头外，全部为浴盆和脸盆两种； ( 4 ) 应考虑住房率有时会达到1 0 0 ： ( 5 ) 作为住宅的热水供应形式，较为普遍，具有代表意义。 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 1 2 国外热水供应设计秒流量的计算方法 建筑内部热水供应设计秒流量计算方法并没有从室内给水设计秒流量计算中分出来，世界 各国一直以来都采用同一个计算方法。在这方面进行了不少的研究，并制定出各自的生活给水 秒流量的计算方法。 目前，国外应用的方法多数是以概率论为理论基础，概率计算是所有新的计算方法的理论 基础。国外不仅建立了以概率理论为基础的秒流量计算公式，而且在近几十年来，对用水工况 进行了长期大量的研究，并绘制了实用图表( 图线、表格) 。至今，已获得足够的可以更完善地 设计秒流量计算方法的资料，这对我国设计秒流量计算方法的改进具有重要的参考价值。虽然 许多国家均采用概率方法为计算方法的基础，但由于对参数的选择以及处理方式的不同。产生 的计算方法也就不同。 1 英国经验法椰 按卫生器具数量来确定管径，或以卫生器具全部给水流量与假定设计流量间的经验数据来 确定管径的方法称为经验法。 根据经验按照各种设备的出水量做了一个“大致同时出水”的表，见表1 1 。 各种设备的冷热水龙头大约出水量表 表1 1 卫生设备名称出水量( 加仑分)卫生设备名称出水量( 加仑分) 浴盆( 私用) 5 洗脸盆 2 浴盆( 公用) 8 淋浴蓬蓬头4 英寸 4 喷水龙头 2 淋浴蓬蓬头6 英寸 8 洗涤盆 4 注：l 加仑等于4 ，5 7 6 升。 二合一法用图形表示，如下图所示： d n l 5 一 l i d n l 5 j d n i ：) ：i ：) d n i 一：) ：i 一 西安建筑科技大学硕士学位论文 经验法以英国为代表，属于以生活给水设计秒流量确定管径方法的第一阶段。经验法目前 只能用于管径估算和设计审定，不能作为通用的公式。所以，我们在以下研究设计秒流量计算 中不再对经验法进行研究。 2 德国平方跟法“ 德国平方根法忽视每种设备使用的频率( 次数) 和设备使用的间歇时间，但它考虑到每 种设备的需求平均率，它忽视了公用和私用的差别。 该方法的计算过程如下： ( 1 ) 假定一个3 8 英寸水龙头的正常流量4 加仑分为一个流量单位( 接近于0 2 5 升秒) 用 q - 表示，其负荷系数用f l 作为一个单位。 ( 2 ) 假定有同样大小的n 个水龙头，要确定这水管的设计流量。设同时使用龙头数量为i 设计流量应为 q = q l 如。z 加仑分( 1 1 ) 或代以6 及q 。的数字，则 q = 4 栉。 加仑分 ( 1 2 ) ( 3 ) 假定在同一根水管上有1 1 2 个3 4 英寸水龙头，设一个3 ，4 英寸水龙头出水量每分钟1 2 加仑，即1 2 4 - - 3 ，也就是说3 4 英寸水龙头是3 8 英寸水龙头出水量的3 倍。故3 4 英寸水龙 头负荷系数丘为3 2 = 9 。 这两种水龙头的设计流量为q = q 托再了j 7 i 加仑分 或 q = 4 厩可i加仑分 ( 4 ) 系统的设计流量为： q = q 橛币i i _ 巧石加仑分 ( 1 3 ) ( 1 4 ) ( 5 ) 如在一个系统中要增加一些短时间连续使用的设备( 空气调节器、淋浴器或水龙头等) 有n ，个出水口，每一个排水口的持续流量为q ，力仑分，这个系统需要设计总流量应为： q = q 以币万i i 巧石+ n q ，加仑分( 1 5 ) 西安建筑科技大学硕士学位论文 平方根法忽略了同一卫生器具在不同类型建筑物中给水流量值并不相同。忽视了卫生器具 的使用频率，没有考虑器具使用时的时f 司l h l 隔，公式的系数是根据实测流量值确定并加以修正 而德到的。所以，平方根法也不能作为通用公式来应用。以下不做研究。 3 ，美国亨特概率法“ 目前，国际t 越来越多的国家( 包括法、意、美、日等) 采用概率法计算生活给水秒流量。 亨特概率法是把卫生器具的使用看作纯随机事件，然后决定系统中的卫生器具的最大使用频率， 频率值根据现场高峰用水阶段的观察试验记录得到，同时，再对各种器具制定相应的额定流量 值。满意的设计是：在管道所负担的n 个器具中，多于m 个器具同时用水的机率要小于1 ， m 是设计同时给水器具数。1 是亨特建立这种方法时任意选择的值，一直被沿用下来。 对于只有一种卫生器具构成的单一系统，系统的概率法公式为： p m = c ：p i ( 1 p ) ( 0 9 9 f a 0 ( 1 6 ) 式中n 管道负担的卫生器具数： n 同时绘水的器具数，即设计个数； p 卫生器具最大用水频率，或高峰用水时，发现某个器具用水的概率。即p = 圭，t 和t 又可分别以高峰用水时段和在该时段内记录到的器具放水时间代替； c ：计算式面斋兰两的表示符号，其意义为n 个卫生器具中，取出i 个器具( 同时 用水) 的取法种数； p m 不多于m 个器具同时用水的概率。 p t ( 卜p ) ”的意义是i 个指定器具同时给水而另外n - i 个器具均不给水的概率； c ：p i ( 1 p ) 州为任意i 个器具同时给水而另外卜h 个器具均不给水的概率。 利用( 1 6 ) 式，可求出器具同时给水数m ，再代入( 1 7 ) 式，可得设计流量 q 9 2 q o m ( 1 7 ) 对于多种卫生器具构成的混合系统，每种器具都可由( 1 6 ) 和( 1 7 ) 式求得同时用水器具 数m 及设计秒流量啦n i 。但是总设计流量并不是各q + m if l o 简单叠加，而是用一种折算方法( 符 合概率理论) 把各器具的q o m i 结合起来。 4 西安建筑科技大学硕士学位论文 4 俄罗斯观行概率法“ 由文献【5 】的研究可知，俄罗斯概率法同亨特概率法样，运用概率法理论计算设计秒流量， 提出卫生器具使用概率和给水保证率概念。 安装在计算管段上的卫生器具总数n 个中，同时工作的卫生器具m 是个偶然数值，次数可 用概率理论来确定，其原理同亨特概率法。但二者在计算方法上有明显的不同，具体如下： ( 1 ) 单个卫生器具使用概率p 的确定方法 单个卫生器具的使用概率p 可用卫生器具工作延续时间t 与计算周期t 的比值来确定。即： f p 。7 ( 1 8 ) 在某计算t 内卫生器具延续工作时阗为t ，那么在任何时间该器具在工作的概率( 正在工 作的可能性) 为仉。 在计算周期内采用用水量最大时卫生器具延续工作时间可以确定。即全部用水者( 用水者 总数量u ) 所消耗的总水量q t ( 即q 0 除以所有卫生器具的秒流量q 0 1 1 。n 为卫生器具总数，q o 为每个卫生器具的额定流量，则： t ：! 趔 q o 栉 卫生器其的使用概率为： p 。意；n 。 ( 1 9 ) ( 1 1 0 ) ( 2 ) 保证率p m 的设定值是由俄罗斯的许多学者经过一系列深入研究分析，最后确定取p m = 0 9 9 7 。 1 1 3 我国热水供应设计秒流量计算方法翻 根据建筑给水排水设计规范g b j l 5 - 8 8 ( 以下简称“规范”) ，热水供应管道的设计秒流 量，按生活给水管道的设计秒流量公式计算。生活给水的设计秒流量公式有两个，式( 1 i i ) 及式( 1 1 2 ) 。 q g 。0 2 a 以+ k n g 西安建筑科技大学硕士学位论文 q g e q o r b b ( 1 1 2 ) 式中钆计算管段的设计秒流量，u s ； q o 同类型的一个卫生器具给水额定流量，u s ； 同类型卫生器具数： b 卫生器具的同时给水百分数； 计算管段的卫生器具给水当量总数； a ，k 一根据建筑物用途而定的系数。 根据“规范”条文说明，( 1 1 1 ) 式适用于分散型用水，如旅馆、集体宿舍等。用水特点是 用水时间长，用水设备使用情况不集中；( 1 1 2 ) 式适用于密集型用水，如工业企业生活问、公 共浴室等。用水特点是用水时间集中。用水设备使用情况集中。 关于公式( 1 1 1 ) 及( 1 1 2 ) 的应用，首先确定卫生器具配置数量，按不同数量卫生器具给 水当量总数及各系数的取值分别代入计算公式( 1 1 1 ) 与( 1 1 2 ) ，得配置不同卫生器具每户设 计秒流量。 1 1 4 我国建筑内部热水供应设计秒流量计算方法存在的问题“ 我国八十年代修正的室内给水排水规范，是源于前苏联六十年代的规范式。并提出了建 筑绘水摊水设计翘范( g b j l 5 - 8 8 ) ( 以下简称“翘范”) 。在此“规范”中对生活绘水管道设计 秒流量计算公式有两个，即式( 1 1 1 ) 及( 1 1 2 ) ，属平方根法和同时系数法。 平方根法是以卫生器具当量总和j 拘平方根与设计秒流量成正比的理论为基础建立的；i - g 公 式，公式对于卫生器具较少时适用，但当卫生器具当量数隹激大时，公式不适用。公式适用范 围小，而且不能客蕊反映出影响设计秽流量的各因素。公式中的参数n ，k 的取值需迸一步推 敲。 我国现行平方根法设计秒流量计算方法在理论上及实际应用中主要存在以下闯题： ( 1 ) 只要考虑用水的不均匀性，未体现生活用水的随机性： ( 2 ) 式( 1 1 1 ) 没有全面反映出影响用水量的各种实际因素，如单位器具负荷人数、不同类 型卫生器具组合形式、供水制度等： ( 3 ) 式( 1 1 1 ) 未充分反映出设计秒流量与用水定额之阗的关系，虽然通过d 值反映了不同 类型水用户的用水定额不同的情况，但用户类型划分比较粗糙，且a 值也需推敲： ( 4 ) 式( 1 ) 中是修正项，从表l - 2 的计算结果可以看出：对住宅类建筑，当器具当量 数n b 一 2 5 0 时，k n g 起到一定的修正作用；而当n 矿2 5 0 时，k n g 项在公式中所占比例超过1 3 ， 从而失去修正的意义。见表1 2 。 ( 5 ) 式( 1 1 1 ) 和式( 1 1 2 ) 均不适用住宅、集体宿舍、旅馆等建筑定时热水供应条件下设 西安建筑科技大学硕士学位论文 计秒流量的计算。 ( 6 ) 式( 1 1 2 3 属于同时系数法，其中卫生器具同时给水百分数对不同的企业和工厂有不同 的数值。如实测工作量很大，不实测则靠经验确定，往往有盲目性。 下表为k n g 修正项与主项的比值 k n g 修正作用计算 表1 2 心。 1 0 51 0 21 1 0 r l f 0 0 0 5 )r l f o 0 0 4 )( 1 c 一0 0 0 5 ) 55 3 24 9 45 0 8 1 07 5 36 9 87 1 8 3 01 3 0 41 2 0 81 2 4 5 5 01 6 8 41 5 6 0 1 6 0 7 1 0 02 3 8 02 2 0 62 2 7 3 1 5 02 9 1 52 7 0 2 2 7 8 4 2 0 03 3 6 73 1 2 0 3 2 1 4 2 5 03 7 6 53 4 8 8 3 5 9 3 3 0 04 1 2 43 8 2 1 3 9 3 6 3 5 04 4 5 44 1 2 7 4 2 5 2 4 0 0 4 7 6 24 4 1 24 5 4 5 4 5 05 0 5 14 6 8 0 4 8 2 1 5 0 05 3 2 44 9 3 3 5 0 8 2 6 0 05 8 3 25 4 0 3 5 5 6 7 8 0 06 7 3 46 2 3 9 6 4 _ 2 8 l o o o7 5 2 96 9 7 6 7 1 8 7 1 2 0 08 2 4 87 6 4 0 7 8 7 3 显然当较大时，修正项k n g 所占的比重较大，失去修正意义。 用规范公式计算连接卫生器具较少的给水管道时，由于、n 值不同，其计算结果有时会 小于该管段上一个最大卫生器具的给水额定流量。有时又会大于该管段上卫生器具给水额定流 量的累加值，则应必须以管段上个最大卫生器具的给水额定流量或卫生器具给水额定流量的 累加值，作为管段的设计秒流量。现行规范的计算方法不合理。 由以上分干脂出：当n g 过大时，修正项会超过主项；当m 过小时，计算结果与事实相矛 盾。显然，规范公式在使用时所受到的限制条件较多，公式的通用性不强。 西安建筑科技大学硕士学位论文 1 2 本课题研究的目的意义与研究内容 1 21 课题研究的目的意义“ 改革开放几使年来，随着我国建筑业的蓬勃发展，建筑热水供应己在越来越多的中、高挡 民用建筑中普及。因此，我们正处于热水供应技术的新旧交替之际。一个热水供应技术的新纪 元，正向我们走来。作为热水供应技术的新纪元，其最重要的技术参数之一是热水设计秒流量 的计算。如何将设计秒流量计算的更符合实际情况是一个值得探讨的问题。 室内给水管网的设计中，管道通过的设计流量是确定给水管径和管道水头损失的依据，此 流量计算正确与否，直接关系到最不利点所需水量、水压的保证、基建设备的投资和运营费用。 许多专家及设计人员反映我国现行规范公式给出的设计秒流量存在很多问题。为此，中国 工程建筑标准化协会建筑给水排水委员会和建筑给水排水设计规范编写组决定对公式进行 全面修订。已有许多专家、学者、教授参与了热水秒流量计算方法的研究，大家致认为用概 率论方法计算给水流量的可行性和必要性。 根据目前掌握的资料，在国际上比较有代表性的概率论方法有1 9 2 4 年亨特提出的概率法与 八十年代俄罗斯采用的概率法。其中俄罗斯概率法自成一家，比较成熟。如果我国学习俄罗斯 在该领域的经验并加以借鉴，可以使我们走捷径。但鉴于我国的实际情况与俄罗斯不同，借鉴 不是全盘照搬。为此本课题在国内外概论公式的研究和应用基础上，试探概率论的流量计算公 式的新方法，供同行参考。 如果研究与实际建筑工程相联系，并符诸实践。这更有助于建立套拥有丰硕成果的技术。 1 2 2 规范组对给水流量公式研讨评议的要点” 中国工程建设标准化协会建筑给水排水委员会对给水设计秒流量公式评议要点有以下几点 要求： ( 1 ) 建议公式运用的数学公式是否合理，推导是否正确。 ( 2 ) 建议公式依据的基础资料是否充分，假设条件是否符合实际。 ( 3 ) 建议公式依托的论据是否正确。 ( 4 ) 建议公式覆盖面是否在各种建筑和各种卫生设备组合的系统范围之内，其误差精度是否 在允许的范围。 ( 5 ) 建议公式是否与老公式的比较有哪些突出的改进。 ( 6 ) 建议公式是否做到简便、实用。 ( 7 ) 建议公式评价结论选择： 西安建筑科技大学硕士学位论文 可替代老公式。 可替代老公式，但尚需完善。 替代老公式时机尚未成熟。 1 2 3 本课题研究内容” 虽然目前规范采用的给水设计秒流量公式，一定程度上符合我国给水设计，适合我国国情， 满足给水设计要求。但是仅通过实测所得的调查结果来推求计算公式，理论上并不具备可靠性， 可信度较低，并且由于数据选取带有偶然性，以及当时技术及用水负荷、生活水平的限制、卫 生器具的完善程度，从而使计算出的设计秒流量与实际客观规律并不符合。 本课题解决的是亨特概率论法在推求我国建筑内部热水设计秒流量计算公式时存在的主要 问题。概率论方法比我国目前使用的平方根法在计算理论上更合理、更严谨，设计秒流量计算 式应该半理论半经验性公式。因此，建立我国自己的设计秒流量计算式所应依据的原则是：利 用国外较成熟的理论，尽可能全面的反映影响用水量因素，尽量使用最低数量的参数，对各类 建筑都适用并且在实际应用中简便，结合我国的客观实际，确定计算参数的取值范围，为此， 本课题提出建立建筑内部热水设计秒流量概率法公式。 本课题研究的主要内容为： ( 1 ) 分析对比欧美主要国家热水设计秒流量计算方法的结果、特点及存在的问题； ( 2 ) 根据我国居民生活用热水特点，由用水量标准推算出各类型水用户用水高峰期的卫生 器具使用概率； ( 3 ) 编制计算机程序，计算不同使用概率情况下，给水当量与热水设计秒流量的关系表： ( 4 ) 建立热水设计秒流量计算q 。和给水当量与使用概率p 之间的相关关系； ( 5 ) 绘制建筑给水排水设计规范中有关热水设计秒流量计算方法的计算用图表。 堕窒垄釜型垫奎堂堡主兰垡丝墨 2 建筑热水供应特点、要求及参数 2 1 建筑热水供应的特点及用水状况 2 1 1 居住小区的特点“。 居住小区是指含有教育、医疗、文体、经济、商业服务及其它公共建筑的城镇居民住宅建 筑区。根据城市生活居住区规划设计规范，我国城镇居民用地组织的基本构成单元为三级： ( - ) 居住组团：最基本的构成单元，占地面积小于1 0 1 0 4 m 2 ，居住3 ( n , 8 0 0 户，人口在 1 0 0 0 , 一3 0 0 0 范围内； 居住小区：由若干个居住组团组成，占地面积在l o x1 0 4 m 2 2 0 10 4 m 2 之间，居住 7 0 0 1 0 0 0 户，人口在2 5 0 0 3 5 0 0 之间； 居住区：由若干个居住小区构成，居住2 0 0 0 3 0 0 0 户，人口在7 0 ( 0 1 3 0 0 0 之间。 居住小区基本特点： ( 一) 规模大、居住人口多 影响居住小区规模大小的因素主要有：区域用地、入口规模、城市行政管理体制。居住小 区规模随自然条件、社会经济条件而异。居住小区不同于居住区，它是组成居住区的一个分支。 从对我国目前建设成的居住小区调查分析表明，现在的居住小区存在着规模庞大、居住人口多 的情况。 高层建筑发展迅速 高层建筑可以带来明显的经济效益。 ( 1 ) 高层建筑使人口集中，可利用建筑内部的竖向、横向交通( 走廊、电梯、楼梯) ，缩短 部门之间的联系距离，提高工作效率。 ( 2 ) 减少占地面积，能使大面积建筑的用地大幅度减少，有可能在城市中心地段选址、增加 绿化面积，美化环境。 ( 3 ) 可以减少市政建设投资，缩短建筑工期。 我国人口众多，居世界首位。平原较少，山丘、沙漠占了相当大面积，又由于我国目前经 济还较落后，开发利用能力低，城市用地少，发展高层建筑势在必行。随我国经济建设稳步发 展，居住小区内高层建筑会不断增加。 居住建筑密度大 建筑密度是在一定用地范围内所有建筑物的基地面积之比，通常用百分数表示。一般情况 西安建筑科技大学硕士学位论文 下，平均建筑数愈高，建筑密度愈低。按城市规划定额指标暂时规定：4 层楼区建筑密度为 2 6 左右，5 层楼区为2 3 左右，6 层楼区为2 0 。层数越高的高层建筑，其居住建筑密度愈 低。我国目前建成的居住小区建筑密度一般超过了国家规定标准，普遍存在居住建筑密度大的 特点。 建设趋向的综合性及新生性 我国建成的居住小区规模大，各项生活服务设施齐全，它的建成缓解了城市交通的拥挤状 况和人员过分集中带来的不便，而且居住小区的建设还有向综合性、新生性发展的趋势。这主 要表现在： ( 1 ) 小区建设整体化。居住小区多是组群式，由多层建筑组成。这种综合l 生建筑合理性在于 节约用地，缩短交通距离，提高工作效率，发挥投资效益。 ( 2 ) 居住小区多功能化。居住小区内设日常性的生活服务设施，如粮店、副食店、小百货店、 托儿所、幼儿园、中小学等，能够满足日常生活必需。 ( 3 ) 小区建设工业化。居住小区为更加方便居民生活，在小区范围内配备有保安、联防队、 门卫等就业岗位，使小区在管理上趋向规范化。 ( 4 ) 居住小区新生性。其新生性指除公寓、住宅外，还有楼下商场、楼下住宅或楼上办公与 住宅合用的商住楼。 由于居住小区上述的特点，这要求我们在相应的生活服务配套设施中，如居住小区给水、 排水、消防等方面，做到安全可靠，方便利用，同时应使经济性与合理性达到最优化处理。 2 1 2 居住小区居住人口的现状 由于我国地域辽阔、城市大小不一，人们生活水平不同，而且居住区规划的理论还在继续 发展，不断涌现出各种各样的居住形态。因此，各地居住小区的家庭人口数目、人员构成、年 龄结构等，存在较大的差异，要想获得详细的数据，一方面要耗费大量的人力、物力，另一方 面会使得所要解决的问题复杂化。现在按照全国平均水平计算，既兼顾了绝大部分实际隋况， 又使问题得到简单化、最优化的解决。 从家庭的人口分布来看，逐年向三、四户集中的趋势十分明显。因此，适应人口少的住户 的住宅，在今后将占主导地位。社会的家庭构成又与住宅套型密切相关。按我国经济发展，家 庭的小型化趋势及计划生育政策等多种因素分析。表2 1 、表2 2 反映出我国家庭人口数目及构 成的实际情况。 由表2 2 知，1 9 8 2 年五1 3 人( 包括五口) 以内，所占比例为7 1 9 6 ，四口人( 包括四口) 在五1 3 人所占的比例为7 4 5 。1 9 8 5 年五1 3 人( 包括五1 3 ) 以内，所占比例为8 6 ，四1 3 人( 包 括四v 1 ) 在五口人所占的比例为7 9 1 。2 0 0 0 年科研预测五口人( 包括五口) 以内，所占比例 西安建筑科技大学硕士学位论文 为9 5 ，四口入( 包括四口) 在五口人所占的比例为8 6 t 3 ，三日入( 包括三日) 在五口人所 占的比例为7 3 。据2 0 0 0 年全国人口普查结果，全国家庭人口平均为3 6 人，家庭人口有减少 的趋势。函两在计算时，家庭入口数取3 5 口人，是合理的。 不同时期户平均入日数“8表2 1 1 9 5 3 年1 9 6 4 年1 9 8 2 年 1 9 8 5 年全国城镇房屋普查 全国人口普查全国人口普查全国人口普查 全国平均3 2 4 个城市平均 4 6 64 n3 9 63 7 83 7 2 家庭人口数的分布百分比“”表2 2 家庭人口数 时间 一口二口三口四口五口六口七日八日 1 9 8 2 矩 7 9 41 0 0 61 6 0 51 9 5 61 8 3 51 3 1 27 9 56 9 5 全国入口普查 1 9 8 5 矩 全国城镇房 91 32 32 31 8842 屋普查推算 2 0 0 0 盈 1 01 44 51 31 3 住宅科研预测 另据小康住宅调查，家庭入口数的分布来看，三日户约占5 0 ，四口户约占3 0 ，两口户 及五口户约占7 8 。可见。三口户、四口户所占的比重很大。家庭人口数取3 5 口人是合适 的。从家庭的户型结构分析，根据1 9 9 1 年第四次入口普查1 0 9 6 提前抽样汇总的数据推算，一代 户占1 3 5 ，二代户占6 8 ，三代户占1 8 5 。尽管近年来，户规模有所下降，但户结构并无 明显变化。至本世纪末6 0 岁及其以上的老人t 匕铡将由1 9 8 2 年的7 4 2 ，上升为1 0 6 0 名丽进入 老年型国家。北京、上海、南京等特大城市已率先进入老龄化城市。因此老人住宅或老人公寓 将成为一种社会需求“”。 2 1 3 居住小区使用热水情况分析 居住小区耗用的热水重要是住宅区用水。住宅区的用水过程具有随机特性，而生活服务企 曲安建筑科技大学硕士学位论文 业、公共建筑及工业企业的用热水过程则是比较固定的，而且可以设计的相当接近于实际用水 情况。热水供应系统按给定的供水规模和用水工况设计和建造。 21 3 1 供热水方式“” 现在的多层住宅所用热水供应系统有两种方式：系统安装在一个住户内的家庭分散式和每 一栋楼安装一个供热水系统，并由此向各住户供应热水的建筑集中方式。 ( 1 ) 家庭分散式 家庭分散式的基本供热水系统如图2 1 所示。供热水系统一般由加热器、管道系统、水龙 头等各要素组成。 图2 1 家庭分散供熟水方式“田 家庭分散式供热水方式一般在每一个住户内安装一套供热水系统。供热水设备有快速热 水器、容积式热水器等多种。这种供热水方式不是本课题研究的重点，所以在这里不再讲述 ( 略) 。 ( 2 ) 建筑集中式 建筑集中式的供热水方式有两种。一种为根据住宅规模和负荷特性，采用容积式供热水系 统，该系统由以加热装置( 热水箱、锅炉等) 及膨胀水箱等构成的加热器，由住户内外的管道 系统和水龙头等构成( 图2 2 ) 。另一静为通过与采暖共用的大容积女n 热器提供温水，进行循环， 西安建筑科技大学硕士学位论文 通过设置在各住户的热交换器( 供热水用热交换器) ，给温水加热，供给热水。不论哪种供热水 方式，有关住户内的情况与家庭分散式基本相同。 建筑集中式的供热在一天内热水供应负荷见图2 3 所示： 苫 2 己 嘲 积 察 图2 2 建筑集中式供热水方式“” 星期一 4 西安建筑科技大学硕士学位论文 星期天 567 891 01 11 2 1 31 41 51 61 71 8 1 9 2 02 12 2 2 32 4 时间( 时) 图2 3 建筑集中式热水供应负荷图( 热水供应温度6 0 6 c ) “8 1 图2 3 显示了建筑集中式热水供应负荷的测定。定性的热水供应负荷特性的特征如下： 一天内洗浴最集中的时间( 2 0 - , 2 2 时) 的负荷称为峰值，一般冬季比夏季大。 每个建筑物的住户数越多，同一时间每一住户的负荷越小( 即建筑集中式热水器的容量比 分别设置在各户时的加热能力总和要小) 。随着住户数的增加，每一户的负荷变化也变小。 根据建筑用途( 高档住宅，一般家庭式、单户式、单身宿舍等) 热水供应负荷的特性也不 同。建筑物等级越高，热水供应负荷越大。在居住者的生活方式多样的单户式公寓大楼等建筑 物中，热水供应负荷较平缓。 2 1 4 热水供应制 根据建筑物的类型及水用户的使用要求，热水供应分两种制度：全日制供应和集中定时制 供应。以下分述两种制度： 2 1 4 1 全日制供应 全日制供应适用于分散型用水，如居住小区、旅馆、集体宿舍等。用水特点是用水时间长， 用水设备使用情况不集中。 规范公式对全日制热水供应系统按热水用水定额、小时变化系数及使用热水的计算单位数 计算。 2 1 4 2 定时制供应 集中定时制供应适用于密集型用水，如工业企业生活间、公共浴室等。用水特点是热水供 应时间集中，用水时间集中。卫生器具较为一致，使用情况集中。 蝴 枷 啪 。 塑窒璧整登焦查鲎堡主兰壁鲨苎 2 。2 热术供藏的基本要求” 2 2 1 与好遗隧稳关的基本要求 “舒适”是一模糊概念，它包括生避和心瑷两方面。戆够傻掰与薅途糟适应的适宜滠艘、 流鬃静热承，在生瑾上逶舒适鼢；在平心静气静空闯中能使用丰鬻的熬承，可t 霉心理上舒适。 “不阉断”使鼹热水舱例子，一般蔹援“富有”、“豪华”等，墩满足了心理静需求。但是本文 中骈述的住宅精热承，尤其不允许j 云_ 筏经济性，所戳，程舒适的选择方法上，经济往起载了称 象8 力的作用。对于作必往宅热水供应憋供热水系统，其蒸本性能要求，一般只限予灞足生理舒 适。 始前殛掰述，近年采对热衣的认识发生了缀大豹变纯，淋浴代替浴熬的铡子增多，停髓生 活方式的交纯，使稻煞承方式落发生了变纯。有关建设部门和工程设计人员越来越重褫“以人 为本”静理念。虽然“热承的使用感”存在年龄、性别、个人差簿，难以没定当代人次哥的每 一丽途的适鬣的热水湓度、流蟹。但怒。我们作为工稷设计入髅应该力求解决这些问题。 近年来馁宅用供热水设备的抉速热投，薪型热水器黥出现雅趣了经大静贡献。原因在予使 1 日型机种适应的热水溆度的交动、热水同时供威数个场所成为可能。换裔之，总熊“稳定地” 得蛩j 需要鹃热水，这墨如螽磁辑漭的那样，是供热承系统设计辩重要的研究涤糕。 2 2 2 与方燃蜀关酌基本要求 一般使腮热水钓暇的，除浴窳用水鼬，都燕洗洁用承。住宅内的热水是闼断俊用的，一次 蠖鼷嚣隼阕也鞍短，蠡嚣楚头轰，滚塞熬热零没蠢逸要l 捷蹋潼度。裁没毒馁建意义t 。交热器豹 秀潞时间，依赖予卷4 造者的开发力及蔚场意识，室内管道采用佼热等待时阕变短的分水糕式 警遂系统我缀孑缮多。爨热度系统蛙戆戆线劣敬决予憝翁缭短熬等待霹瑟，裁否持续供绘逶塞 温度及流量的热水。 簸 主戮下，盘热拳藉懿准户鸯一定基繇，显貘热承警径又粳，繇叛 篆受麓辩，警舞瀑 度粼氐，热摊待时间变长。 透j 毙，对予拣式中央式喾专热窳系绞，一般壤凌下，为了不搜警内豹热东交滚，除热水袋承 管辨，设置热水回水管( 称为复管式供热水管道方式) 以便管氏的热水锉环，遨圊热水麓。 务缝警肉黪熬裘籁环瑟楚瓣锤巧裂。泵薛镶嚣滚量、扬程虽然孝繇曩， 、，餐一黢都要求瓣歪 高的泵。 1 6 西安建筑科技火学硕士学位论文 2 2 3 与安全忙e 相关的基本要求 安全眭即供水系统的可靠性，g b j i 一8 2 可靠性基本名词术语及定义规定的可靠性r 定 义为：“产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定的功能的能力”。当使用概率p 来度量 这一“能力”时，就是可靠度r ( t ) 。可靠性就是在规定的使用条件下，无障碍的发挥功能的 概率。 为了保证供水系统的安全性，必须做到以下两点： ( 1 ) 确保水压充足：用户从给水龙头放出的水量等于所需用水量时，管网应有的自由水压必 须等于用户给水管的水头损失、局部损失、流速水头和建筑物内给水安装的高度的总和。如果 管网自由水压低于允许值，就不能保证所需的水量。 ( 2 ) 保证水用户的用水量。 综上所述，为保证水用户用水的安全性，要求在设计中选择合适的供水设备，也就是要求 设计用水量尽量符合实际用水情况( 即准确计算设计秒流量值) 。