集中热水供应设计秒流量计算方法分析

集中热水供应设计秒流量计算方法分析摘要本文就建筑中热水供应采取分区组合体型式系统下设计秒流量的计算方法。

分别介绍了我国传统式现行计算设计秒流量计算方法和其局限性，全新的计算方法——概率法计算设计秒流量的特点和其优越性。

关键词集中热水供应设计秒流量概率流量计算1.前言热水供应系统主要满足居民在卫生（洗漱、沐浴）等方面对于75℃以下热水的需要。

应目前节能，环保的要求，集中热水供应系统形式在现代建筑中优先采用。

随着人民日益增长的生活水平的提高，居民在卫生方面对于热水的需要日益提高。

集中热水供应系统在越来越多的建筑里成为工程设计的必不可少的部分。

在集中热水供应系统的设计中，系统型式的正确选择十分重要，它关系到系统的功能、运行稳定性以及一次造价等。

本文优先采用分区组合体系统形式进行分析计算。

设计秒流量反映了管道的这一负荷特性，设计秒流量是确定运行年限在20~50年的给水系统的重要技术参数之一。

设计秒流量的计算应该能够客观、全面的反映受多种因素影响的复杂的实际过程。

在系统配水的量确定下以后，即热水供应系统入口处流量恒定的条件下，才能对生活给水供应系统的水力工况进行计算分析，计算最远配水点的压力损失，选用必需的升压泵，为了保证配水点的压力，确定各种配水水平下的循环流量。

本文的工作是选定了热水供应分区组合体的系统型式下，针对建筑给水设计秒流量的计算方法的分析和研究，主要进行分析比较了我国住宅、旅馆传统设计秒流量计算方法与概率法性相比存在的盲目性，以及概率法的优越的科学性合理性。

2.设计秒流量的计算方法设计秒流量不仅是确定各管段管径的主要依据，也是计算管道水头损失，进而确定给水系统所需压力的主要依据，为了保证用水，给水管道的设计流量应为建筑内部卫生器具按配水最不利情况下组合出流时最大瞬时流量，又称设计秒流量。

设计秒流量要在对用水工况实测的基础上进行科学的加工，从而得到经济实用的设计秒流量的计算方法。

目前设计秒流量的计算方法有三种：经验法、平方根法和概率法。

根据我国建筑给水排水设计规范GB50015-2003，住宅建筑用水时间长、用水设备使用不集中的特点，对其设计秒流量的计算方法在以往平方根法[**]的基础上进行了修改，采用了以概率理论为基础的计算方法，但是与国外比较成熟的概率法之间还存在着较大的差距；对于公建部分，仍采用平方根法。

对于我国来说，概率法是一种全新的计算思想和方法，在美、日、俄等国得到普遍应用，上述国家在概率法的基础上，结合实际运行数据，制成图表以便工程设计使用。

2.1我国现行给水管网设计秒流量计算方法[7]我国给水配水设计秒流量的计算按建筑类型分别有下列公式来计算：2.1.1住宅建筑的生活给水管道的设计秒流量应按下列步骤和方法计算:(1)根据住宅配置的卫生器具给水当量、使用人数、用水定额、使用时数及小时变化系数,按（1）式计算出最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率:U O =ｑO mK k/ 0.2*N g*T（1）U O——生活给水管的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率（%）；ｑO——最高用水日的用水定额，按规范表取用；m——每户用水人数；K k——小时变化系数，N g——每户设置的卫生器具给水当量数；T——用水时数(h)0.2——一个卫生器具给水当量的额定流量(L/s)。

（2）根据计算管段上的卫生器具给水当量总数，按（2）式计算得出该管段的卫生器具给水当量的同时出流概率：U=[（1+αc(Ng-1)0.49）/ Ng1/2]%（2）U——计算管段的卫生器具给水当量同时出流概率（%）；αc——对应于不同U o系数，根据经验数据表查得；N g——计算管段的卫生器具给水当量总数。

（3）根据计算管段上的卫生器具给水当量同时出流概率，按式（3）计算得计算管段的设计秒流量：q g=0.2*U Ng（3）q g——计算管段的设计秒流量(L/s)。

注:1 为了计算快速、方便，在计算出U o后，即可根据计算管段的N g值从附录计算表中直接查得给水设计秒流量。

该表可用该内插法。

2 当计算管段的卫生器具给水当量总数超过附录表中的最大值时,其流量应取最大用水时平均秒流量,即q g=0.2*U N g。

（4）有两条或两条以上具有不同最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率的给水支管的给水干管,该管段的最大时卫生器具给水当量平均出流概率（4）式计算:=∑/∑（4）式中——给水干管的卫生器具给水当量平均出流概率；——支管的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率；——相应支管的卫生器具给水当量总数。

2.1.2集体宿舍、旅馆、宾馆、医院、疗养院、幼儿园、养老院、办公楼、商场、客运站、会展中心、中小学教学楼、公共厕所等建筑的设计秒流量按下式计算给水设计秒流量，即按（5）计算：=0.2() （5）式中——计算管段的给水设计秒流量（L/s）；——计算管段的卫生器具给水当量总数；——根据建筑用途而定的系数，按照规范查取。

注：1 如计算值小于该管段上一个最大卫生器具给水额定流量时，应采用一个最大的卫生器具给水额定流量作为设计秒流量。

2 如计算值大于该管段上按卫生器具给水额定流量累加所得流量值时，应按卫生器具给水额定流量累加所得流量值采用。

3 大便器延时自闭冲洗阀的给水管段，大便器延时自闭冲洗阀的给水当量均以0.5计，计算得到的附加1.10L/s的流量后，为该管段的给水设计秒流量。

4 综合楼建筑的值应按加权平均法计算。

从公式（1）看出，我国住宅建筑计算设计秒流量方法在理论和实际应用中存在以下几个问题：（1）未能体现单位器具符合人数的影响因素；（2）未能体现不同卫生器具组合的影响因素；（3）我国现行住宅建筑计算设计秒流量方法没能体现给水保证率。

但在进行计算时已经考虑到了用水随机的影响因素，而且还考虑了用水人数、用水定额、用水时间的组合影响因素，可以说已经非常成功地采用了概率思想。

从（2）看出对于集体宿舍、旅馆、商场等建筑类型，设计秒流量的计算在实际应用中存在以下问题：（1）仅仅考虑到了用水的不均匀性，但未体现用水的随机性；（2）计算公式只考虑到了卫生器具的种类不同，未能反映影响用水量的实际因素，如单位器具负荷人数、各种卫生器具的组合型式、供水制度等等；（3）未能体现设计秒流量和用水定额之间的关系，虽然考虑到了建筑用途的不同，增加了系数，但是建筑用途的划分过于粗糙，而且α的值还需要测验分析。

所以我国采用平方根法计算设计秒流量存在很大的不准确性和盲目性。

就像计算住宅建筑一样，计算其它类型建筑设计秒流量的新方法仍要从概率思想着手。

2.2概率法概率法中比较有代表性的计算设计秒流量的方法有亨特概率法和俄罗斯概率法，而其中俄罗斯概率法自成一家，比较成熟，而且因为我国的平方根法计算秒流量公式来源于俄罗斯，本文重点对俄罗斯概率法进行研究分析。

早期的俄罗斯概率法的理论基础是用户的用水情况按泊松分布来描述，数学表达式如下：P(x=i)=(Np)i/i!*e-Np（6）式中P(x=i)——i个卫生器具同时用水的概率；N——管段上连接的卫生器具总数；P——单个卫生器具使用的概率；i——管段上卫生器具同时使用的个数。

在计算管段上有不多于m个卫生器具同时使用的概率为Pm，则P m= e-Np N p∑(Np)(i-1)/i!（7）Pm即给水保证率，在给定的Pm之下，连接有N个卫生器具的管段设计秒流量为：q g=m*q o（8）这样计算设计秒流量的任务就转化为确定给水保证率的值。

体现了设计秒流量和给水保证率之间的关系，但是与平方根法比较，该公式不适用于卫生器具较少而用水概率较大的建筑。

以绍宾斯基方法为基础建立起来的俄罗斯现行概率法，是在对单个卫生器具、单幢建筑以及小区给水系统的工况进行深入研究分析，并对大量日用水量积分曲线进行分析研究，得到了能够描述各种形式日用水量积分曲线的的通用公式，考虑到了多种类型建筑、多种卫生器具的多种组合因素，考虑了多种用水因素的影响，在绍宾斯基方法简化模型的基础的基础上，给水保证率取P m=0.997，得到了设计秒流量的简便计算式。

该方法的理论要点如下：（1）确定用水单位类型和用书单位数量U；（2）确定卫生器具的总数N和计算管段上的卫生器具数量N i；（3）确定卫生器具配水龙头的额定秒流量q o；（4）确定用水高峰期卫生器具使用概率p；1：当U/N不变化时，建筑中所有用水单位为同一类型时，其使用概率p=q h,u*U/3600/q o/N（9）q h,u——一个用水单位最大小时用水定额，L/s；2：当建筑物中有各种不同类型的用水单位时，其使用概率P∑i=∑N p i/∑N i（10）（5）确定计算管段上的设计秒流量q g=5*qo*α （11）q o——单个卫生器具的秒流量，L/s；α——由计算管段上所连接的卫生器具数N和卫生器具使用概率p有关的系数，表《俄罗斯规范》附录4。

可以看出，俄罗斯现行概率法选用了较高的用水保证率0.997，运用了概率思想，而在工程上又并非完全按二项分布或泊松分布计算结果进行查表，而是根据实践应用方便进行了处理。

当卫生器具数较少，而使用概率较大时（N≤200，p>0.1），用水情况采用二项分布描述；而当卫生器具数较多，使用概率较大时（N≥200，p>0.1）或卫生器具为任意值，卫生器具使用较小（p<0.1）时，用水情况按柏松分布描述。

由于α的值是小数而不是整数，可见俄罗斯概率法并不是完全按照纯二项分布和纯泊松分布进行计算，而是考虑了其它多种实际因素的影响。

公式是俄罗斯近些年来通过给水系统的大量试验和理论研究归纳出来的，不仅考虑到了用水设备的数量和技术特性，而且考虑到了用水设备的运行条件、用水工况和用户数目。

由于设计秒流量的值是在系统给水保证率取0.997的情况下计算得到的，能够保证不需要的额外计算，用较少的时间就确定了耗水量的值。

2.3两种方法计算设计秒流量的比较分析本次设计对象属于公共建筑，本文为了说明我国住宅建筑计算设计秒流量和俄罗斯概率法计算设计秒流量的区别，本节假定设计对象为旅馆建筑和住宅建筑分别进行了研究计算。

因此，首先依据我国现行规范，采用平方根法进行计算旅馆建筑的设计秒流量；其次，本文还在俄罗斯计算设计秒流量概率方法的研究分析基础上进行设计计算。

并对两种方法计算旅馆建筑设计秒流量的结果进行了比较分析。

然后，采用我国现行概率思想方法计算住宅建筑设计秒流量，并与俄罗斯概率法计算住宅设计秒流量计算结果进行了比较，分析了两者之间的异同点。

2.3.1旅馆建筑两种计算方法的比较例：建筑构采用上文所述的条件，系统型式采用我国传统型式。

由于建筑类型假定为旅馆，用水单位为人，卫生器具为浴盆和洗脸盆，针对配水最不利的一根立管，分别采用我国现行旅馆建筑平方根计算方法（2003）和俄罗斯概率法计算设计秒流量，并进行比较分析，旅馆建筑α=2.5；洗脸盆热水当量为1.0，浴盆为1.5；按照给水排水规范2003[7]旅馆设计秒流量计算如下qg=0.2()1/2 （12）——根据建筑用途取 2.5，——各计算管段上的当量数。