多台磁翻柱液位计生活转输水箱补水问题的探讨

[ 摘 要 ] 根据规范并结合工程实例，对现有超高层建筑采用工频补水泵，转输水箱结合变频泵的供水方式进行总结，对补水泵为多台转输水箱同时补水的情况进行分析，提出合理的启泵水位与水位控制阀启闭方式。

0 前言

对于建筑高度超过 100 m 的超高层建筑，根据《建筑给水排水设计规范》（ GB50015 — 2003 ） (2009 年版 ) 中第 3.3.6条的要求，生活给水应采用垂直串联给水方式，即建筑高区采用工频补水泵 + 高区转输水箱 + 高区变频供水装置。 当转输水箱采用水泵加压补水时， 应设置水箱水位自动控制水泵启停装置，当一组水泵供给多个水箱进水时，在进水管上宜装设电讯号控制阀，由水位监控设备实现自动控制。而磁翻柱液位计对多个水箱的具体自动控制方式，《建筑给水排水设计规范》中并未作出详细要求，接下来以具体实际工程为例，对以上问题作出讨论。

1 项目概况

本工程由两栋建筑高度 150m（共45 层） 的公寓楼（ B 、 C栋）， 1 栋建筑高度 100m（共29 层）公寓楼（ A 栋），及 2 栋 100m（共23 层）的办公楼（ D 栋）组成，总建筑面积为 33 万 m 2 。该工程公寓部分采用集中供水， 生活泵房位于地下 2层，240 m 3 生活水箱设于水泵房，按建筑高度给水分为 3 个分区， 3 至 16 层为下区， 16 至 30 层为中区， 均由各区变频供水装置供应生活用水， 31 层至 45 层为上区，采用串联接力供水，由生活泵房内工频补水泵将水提升至 31 层（避难层）转输水箱，再进行变频供水。 由于 B 、 C 栋塔楼中伸缩缝的设置，各栋左、右单元均设置了独立的生活转输水箱。 本文仅对接力供水部分展开分析，生活用水具体参数见表 1 。

根据《建筑给水排水设计规范》（ GB50015 — 2003 ） (2009年版 ) 中第 3.7.8 的要求及条文说明的解释，转输水箱的作用有 2个，① 调节初级补水泵与次级变频的流量差，一般初级泵的流量均大于次级泵， 为防止初级泵每小时启动次数不大于 6 次 ， 故中 途 转 输水 箱 有 效容积 宜取次 级 泵 的5 min~10 min 流量； ② 防止次级泵停泵时，次级管网的水压回传，中间转输水箱可将回传水压消除，保护初级泵不收损坏。 本工程 31 层转输水箱有效容积按表 1 由上至下依次为3.69 m 3 ～7.38 m 3 , ； 3.3 m 3 ～6.6 m 3 ;3.6 m 3 ～7.2 m 3 ; 3.6 m 3 ～7.2 m 3 。根据条文说明，若按秒流量来考虑初级泵，则流量达到84.5 m 3 /h ， 而 2 栋公寓楼高区每天zui大供水持续时间并不长，故从经济因素考虑，初级补水泵仍按每天zui大小时用水量考虑，选泵参数为 Q=32.4 m 3 /h ， H=130 m, 为保证供水安全，4 座中间转输水箱的有效容积选定为 10 m 3 ， 尺寸为 1.5 m×3.5 m×2.5 m 。

2 水位分析

根据规范要求，结合实际需要，转输水箱应相应设置溢流水位、zui高报警水位、有效水位（停泵水位）、启泵水位、zui低报警水位等。 且生活饮用水箱进水管zui低点高出溢流边缘空气间隙应等于进水管管径，但不应小于 25 mm ，zui大可不大于 150 mm 。 针对本项目， 以 B 栋公寓左单元上区为例，图 1 为 3 种不同启泵水位高度。典型的用水情况为转输水箱初始状态为zui高水位，随着用水开始，变频供水装置启动，水箱液位逐渐下降。 待降至启泵水位时，液位控制阀开启，低区补水泵启动。 当用水量小于zui大小时用水量时，水箱内液位逐渐升高，直至到达zui高水位， 此时液位控制阀关闭， 停泵电信号发送至控制柜。 当用水量等于zui大小时用水量时，水箱液位保持不变，达到供水 - 用水动态平衡状态。 到达用水zui大流量时，此时变频供水装置按秒流量输水，水箱液位即使到达启泵水位，液位仍持续下降，开始消耗保护容量。保护容量必须满足zui大瞬时用水量期间的供水 - 用水差值， 否则液位持续下降，将触碰zui低报警水位，造成供水危机。

以图 1 三种不同启泵水位的设置为例，图 1 启泵水位设在0.45 m ，剩余水量为 7.64 t；图2 启泵水位设在 0.95 m ，剩余水量为 5 m 3；图3 启泵水位设在 1.45 m ，剩余水量为 2.39m 3 。由于补

水泵以zui大小时流量工频供水，则到达启泵水位时，补水泵的启动仍足以满足 1 d 中大部分时段的供水。 假设用水到达 1 d 中顶峰流量， 则以上 3 种启泵水位对应的剩余缓冲用水时间为 12.7 min ， 8.3 min,4 min 。

以上分析是针对单个转输水箱不同启泵水位的分析，而在本项目中，补水泵同时为四座转输水箱供水，考虑到 2栋建筑均为户型类似的公寓楼，假设用水曲线均为一致（实际上并无可能）， 忽略 4 座水箱彼此间沿程水头损失差额，则各水箱zui不利补水流量为 32.4÷4=8.1 m 3 /h ， 设定 2 座公寓同时用水的zui高瞬时供水交叉时间为 10 min ， 则对应的启泵水位应调整至 700 mm 高，水位如图 2 。

4 磁翻柱液位计控制方式

单水箱补水时，常用的磁翻柱液位计启闭方式为：考虑到本工程同时为 4 座水箱补水， 常用磁翻柱液位计启闭方式为：

当 4 座水箱用水曲线一致时，可当做 1 座水箱考虑，此时图 2 的控制方式是合理的， 但当 4 水箱用水曲线不一致时，如果仍沿用图 2 的控制方式，会出现以下工况：假设 A 、 B 、 C 、 D 4 座水箱用水时段内均匀供水， A 水箱供水速率zui快，其余水箱依次递减，则 A 、 B 、 C 、 D 依次到达启泵水位。 当 D zui后补水到达有效水位时， A 已第二次接近启泵水位，则补水泵刚接受到串联停泵电信号，又再次开启，随后 B 、 C 、 D 再次陆续到达启泵水位，如此反复，直到某时刻四水箱停止供水（如夜间无用水工况时），各水箱均补水至zui高水位，补水泵停泵。

以上分析基于假设特定工况，实际使用中， 4 水箱的水位变化更为复杂，随着相应液位控制阀的动作，补水泵控制柜接受的电信号也较复杂，增加了设备故障率。针对上述多转输水箱补水控制方式讨论的情况， 考虑了多种解决方案以改进，控制方式如图 5 。忽略各水箱液位差，当某水箱到达启泵水位时，启动补水泵，并打开所有磁翻柱液位计， 4 座水箱同时补水。 与普通多水箱补水控制方式比较，此控制方式有以下优势：（ 1 ）即使其余 3 水箱未到达启泵水位，补水泵仍对其补水，并提前到达zui高水位，水泵运行时间较前者缩短，节省电量。（ 2 ）根据前文分析，启泵水位的保护容积为 10 min zui大供水流量。 若zui大供水流量持续时间超过 10 min 后，即有可能产生供水危机，采用此优化控制方式，对 4 水箱同时补水，使各水箱长时间保持较高水位，可有效提高供水安全性。

尽管采用同时开启各电控阀的控制方式具有以上优点，但电控阀的长期频繁启闭动作仍增加了其故障率，造成供水隐患。考虑以上因素，本工程采取了由水力控制阀代替电控阀等措施，当液位低于zui高水位时，即使没有到达启泵水位，水力控制阀也在浮球作用下自动开启。待其中某水箱触发启泵，自动通过补水泵补水，水位到达zui高水位后即自动关闭阀门。 与电控阀相比，水力控制阀由浮球直接作用，减少了电信号的转换过程，降低系统故障率。

4 结语

通过南京市某超高层公寓楼多转输水箱供水控制的讨论， 通过不同启泵水位的对比， 提出了较为合理的启泵水位。就目前补水泵和磁翻柱液位计控制方式存在的问题，提出了合理的优化控制方案，并在工程中得到成功运用。但多水箱供水时，随着用水曲线的变化，面临的问题也十分复杂，作为设计人员，还应不停思考，针对具体问题作出分析，提出合理的设计方案，服务社会。