施衛(wèi)紅¹，趙芝²，寧蔚³

（1.同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，上海 200092； 2. 深圳市自來水集團(tuán)公司，廣東 深圳5l8052；3.南京市排水管理處，江蘇 南京 210009）

　　摘要：以工程實(shí)例從用水定額、管道設(shè)計(jì)秒流量、工藝流程、管網(wǎng)設(shè)計(jì)、管材等方面談?wù)劰艿乐憋嬎脑O(shè)計(jì)，同時(shí)對(duì)管道水的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行了分析。
　　關(guān)鍵詞：給水；直接飲用水；給水定額；飲用水設(shè)計(jì)
　　中圖分類號(hào)：TU991.02 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B　 文章編號(hào)：1009－2455（2003）03－0018－03

　　隨著人民生活水平的不斷提高，人們對(duì)飲用水的水質(zhì)提出了更高的要求。越來越多的用戶把目光投向管道直飲水。
　　管道直接飲水是“管道優(yōu)質(zhì)直接飲用水”的簡(jiǎn)稱。即采用分質(zhì)供水方式，在居住小區(qū)內(nèi)設(shè)凈水站或小型水廠利用深度水處理技術(shù)和設(shè)施，將自來水進(jìn)一步處理，達(dá)到直接飲用的水質(zhì)要求，由獨(dú)立的供水管道輸送到各家各戶。
　　自1997年上海浦東錦華小區(qū)建成全國(guó)第一例管道式分質(zhì)供水示范工程以后，全國(guó)已有300多個(gè)住宅新區(qū)的150多萬戶居民喝上了管道直供水。由于管道直飲水的設(shè)計(jì)尚沒有國(guó)家規(guī)范，本文以一工程實(shí)例談?wù)劰艿乐憋嬎脑O(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 定額及水量
　　我國(guó)的管道直飲水是20世紀(jì)90年代末才開始試點(diǎn)的，再加上對(duì)不同地區(qū)、不同性質(zhì)的建筑物而言，飲水定額是不同的，目前國(guó)家對(duì)直接飲水定額還沒有制定規(guī)定，工程所采用的數(shù)據(jù)一般根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)得來^［1］。一般居民用水定額為q=3～5 L／（人·d）。南方部分城市可適當(dāng)提高用水定額。
1.2 管段設(shè)計(jì)秒流量
　　管段設(shè)計(jì)秒流量一般采用傳統(tǒng)的生活給水設(shè)計(jì)秒流量公式和經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算。陳和苗提出了用概率法計(jì)算直飲水管段設(shè)計(jì)秒流量的方法^［2］。計(jì)算水龍頭使用概率p可由以下三種方法確定。
　?、俜椒ㄒ唬汉嗵馗怕史ǎㄗ罡叻迨褂酶怕剩?/p>

　　　　　　　　　　　　 p＝t/t₀ 　　(1)

　式中：t₀——最忙用水時(shí)段器具連續(xù)兩次的間隔，S；
　　 　 t—t₀期間的放水時(shí)間，s。

　?、诜椒ǘ鹤畲髸r(shí)平均使用效率。

　　 　　　　　　　 P=（q_t/q₀）/t1　　　　　　　 　(2)

　 式中：t₁—某一時(shí)間段，s。
　　　　 q_t—t₁時(shí)段上的龍頭累計(jì)用水量，L；
　　　　 q₀—龍頭流量，L／s。

　　當(dāng)在最大用水小時(shí)的整個(gè)時(shí)段上（t₁=3600s）
　　概率公式可轉(zhuǎn)化為.

　　　　 P=（q_h／q₀）/t₁＝q_h／3600q₀　　　　　　 (3)

　　式中：q_h—器具最高時(shí)用水量，L。

　　假設(shè)系統(tǒng)中各同器具用水量及用水間隔都相等，則（3）可轉(zhuǎn)化為，

　　　　 P＝q_h／（3600）q₀＝Qh／（3600n·q₀）　　 （4）

　　式中：q_h—系統(tǒng)全部龍頭的最大時(shí)用量。
　　　　　n—龍頭（器具）數(shù)量。

　?、鄯椒ㄈ鹤畲髸r(shí)內(nèi)高峰時(shí)段的平均使用效率。
　　最大用水小時(shí)一般出現(xiàn)在下午5:30～6:30，而該高峰用水時(shí)段一般出現(xiàn)在6點(diǎn)左右的半個(gè)小時(shí)內(nèi)，因此龍頭的使用概率又可變?yōu)椋?/p>

　　　　　　　p＝t/t_lt=aQ_h/（n·q₀）　　　　　(5)

　　式中：t₁＜3600s，為用水高峰時(shí)段的延續(xù)時(shí)間，需現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)；a為小于1的系數(shù)。aQ_h是t₁時(shí)段的耗水量，需現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試。
　　上述三種方法中，方法二最簡(jiǎn)單。一般首先考慮此方法。以住宅為例，基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：每戶人口為 3.5人，龍頭額定流量為0.05 L人。取用水量標(biāo)準(zhǔn)5L／（人·d），龍頭的使用概率為：
　　按（5）式設(shè)變化系數(shù)K_h=4，最大時(shí)用水量的80％集中在半小時(shí)之內(nèi)用完。
　　取a=0.8
　　Q_h=q_hn=（3.5×5×4／24）n＝2.92nL／h，
　　q₀= 0.05L／s，t₁=1800S
　　t= 0.8 ×2.92n／（0.05n）＝46.72S
　　p＝46.72／1800＝0.026
　　按（4）式設(shè)變化系數(shù)K_h=4，最高用水小時(shí)內(nèi)的流量分布完全受概率規(guī)律的支配。
　　Q_h= q_hn=2.92nL／h，q_o= 0.05 L/s
　　P=2.92n／（3600n×0.05）=0.016
　　有了p值后，即可得到設(shè)計(jì)同時(shí)用水器具數(shù)m，再通過公式q_s= q_om求得管段設(shè)計(jì)秒流量q_s。在計(jì)算p值時(shí)，需涉及到一些基本參數(shù)。各參數(shù)的取值工程建議如下：
　　①時(shí)變化系數(shù)Kh尚未有權(quán)威的統(tǒng)計(jì)值，為安全起見，建議取4～6。
　　②最大用水小時(shí)之內(nèi)的流量分布與變化在目前尚未做系統(tǒng)的觀察情況下，建議a取0.8。
　?、勖繎羧藬?shù)取3.5～5人。
　?、苡盟繕?biāo)準(zhǔn)一般取5L／（人·d）。
　　利用上述參數(shù)及龍頭數(shù)量，就可根據(jù)概率法計(jì)算出瞬時(shí)高峰流量。
1.3 工藝流程及管網(wǎng)設(shè)計(jì)
　　管道直飲水系統(tǒng)由兩個(gè)系統(tǒng)組成：凈水系統(tǒng)和供水管路系統(tǒng)。
　　目前管道直飲水項(xiàng)目所采用的凈水工藝流程見圖1。

　　為保證管網(wǎng)水質(zhì)，在設(shè)計(jì)中各棟建筑的入戶管在與室外管網(wǎng)連接處應(yīng)設(shè)回流閥；管網(wǎng)輸送系統(tǒng)應(yīng)設(shè)計(jì)成全封閉循環(huán)式，盡量減少用戶支管長(zhǎng)度（建議不超過12 m^［3］）。在住宅小區(qū)中每棟樓和整個(gè)供水管網(wǎng)都要循環(huán)，保證用戶用水是在12h之內(nèi)生產(chǎn)的（除水表之后的支管內(nèi)的水）；從安全考慮，循環(huán)回水須經(jīng)過凈化與消毒處理方可再進(jìn)入直飲水管道；直飲水管道應(yīng)有較高的流速，以防止管內(nèi)細(xì)菌繁殖和微粒沉積。根據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，干管設(shè)計(jì)流速宜采用1.0～1.2m/s，支管設(shè)計(jì)流速宜采用0.6～0.8 m／s。
1.4 管材
　　在目前的管道直飲水給水管網(wǎng)中較常用的有PPR管、不銹鋼復(fù)合管、銅管、鋁塑復(fù)合管等。在保證水質(zhì)的前提下，根據(jù)工藝及使用條件的需要，可以選用不同的管材和管件。以下是不銹鋼復(fù)合管與PPR管在工程應(yīng)用上的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較。
1.4.l 技術(shù)性
　　①PPR管
　　目前國(guó)內(nèi)市場(chǎng)PPR管材的種類比較多。PPR管中添加了各種各樣的添加劑，使管材的硬度及穩(wěn)定性得不到100％的保證。施工中PPR接口等物理性能較為直觀，便于識(shí)別，但在對(duì)水質(zhì)的影響上，其化學(xué)性能目前還不能定量評(píng)價(jià)，要用較長(zhǎng)的時(shí)間來驗(yàn)證。小范圍的、單棟樓房管網(wǎng)因水力停留時(shí)間短其水質(zhì)尚可保證，而對(duì)建設(shè)規(guī)模大，管網(wǎng)管線長(zhǎng)的工程，由于化學(xué)物質(zhì)的滲透交換等因素，使水質(zhì)不能得到100％的保證。同時(shí)根據(jù)PPR管道技術(shù)規(guī)程規(guī)定，PPR管作為立管方城墻敷設(shè)，在施工中就必須在墻上開槽，大量增加廠工程量和施工難度，從而造價(jià)亦相應(yīng)增加，而且維護(hù)管理極為不便。
　　PPR管對(duì)溫度敏感，其膨脹系數(shù)比金屬大10倍，如果設(shè)計(jì)、施工過程中對(duì)補(bǔ)償處理不當(dāng)，就會(huì)增大附加應(yīng)力而產(chǎn)生破壞，縮短使用壽命。且PPR管抗紫外線能力差，在陽光的直接照射下容易老化，影響水質(zhì)和使用壽命。同時(shí)塑料可作為微生物養(yǎng)料，容易滋生細(xì)菌、藻類，從而影響水質(zhì)。其剛性和抗沖擊性能較剛性管道差，在施工和運(yùn)輸過程中容易遭受損壞。
　　②不銹鋼復(fù)合管
　　不銹鋼復(fù)合管外表美觀，強(qiáng)度大，耐用，而且價(jià)格適中；抗酸堿腐蝕性能好，能在風(fēng)吹日曬雨淋的環(huán)境下工作。其外層為真空的塑料保護(hù)膜，施工中不易破壞，接口密封性好，可拆卸，檢修方便。不銹鋼復(fù)合管綜合了不銹鋼管和塑料管的優(yōu)點(diǎn)，即臨不銹鋼管的剛性條件和塑料管內(nèi)壁光滑的水力性能相結(jié)合，內(nèi)置的PE管與剛性管力學(xué)結(jié)合性能好。其保溫性好，不受室外溫度影響，不變形。
1.4.2 經(jīng)濟(jì)性
　　通過工程預(yù)算得出，在標(biāo)準(zhǔn)戶型標(biāo)準(zhǔn)工程量的條件下，每戶立管（按3m計(jì)算）采用不銹鋼復(fù)合管的造價(jià)為180元左右，而采用PPR管（明裝，不含開槽費(fèi)用及溝槽恢復(fù)費(fèi)）每戶立管造價(jià)在100元左右，即價(jià)差為80元左右。對(duì)于1000戶左右規(guī)模的小區(qū)而言，總的工程造價(jià)僅相差8萬元左右，而且根據(jù)PPR管設(shè)計(jì)規(guī)范，PPR管作為立管，只能在室外嵌墻敷設(shè)或設(shè)于室內(nèi)。嵌墻敷設(shè)將增加開槽和溝槽恢復(fù)工程量，相應(yīng)大幅增加工作造價(jià)，若算上開槽費(fèi)用和恢復(fù)費(fèi)用，采用PPR管既不經(jīng)濟(jì)，維護(hù)管理也很不方便。而不銹鋼復(fù)合管的經(jīng)濟(jì)合理性和技術(shù)可靠性卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于PPR管。若將立管設(shè)于室內(nèi)，將影響美觀，同時(shí)增加施工難度。
1.5 計(jì)量
　　管道直飲水由于用量小，流動(dòng)慢，水價(jià)高等特點(diǎn)，因此要求管道直飲水水表具有特殊的性能，其計(jì)量范圍、計(jì)量單位、最大允許溫度、公稱口徑與材質(zhì)要求與普通水表有很大的區(qū)別。管道直飲水系統(tǒng)的用戶，平均每戶用水不超過0.1m³／d，而目前普通水表的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的適用流量為0.6～40000m³／h；按照普通水表國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，水表累計(jì)讀數(shù)的指標(biāo)范圍應(yīng)為 0.001～9999.999m³，而實(shí)際上管道直飲水水表的計(jì)量范圍一般在0.1～9999.9 L之間；在南方的一些常年處于高溫的城市，還要求水表機(jī)芯材料要有較好的耐溫性，而普通水表則沒有這方面的要求。因此從以上分析看管道直飲水計(jì)量水表是一種有別于普通水表的專用水表，還處于開發(fā)研究階段。

2 效益分析

　　以北京某小區(qū)管道工程的投資效益進(jìn)行分析^［4］。該小區(qū)總建筑面積為10.8×10⁴m³，由3棟高層住宅樓組成，有居民656戶，管道直飲水系統(tǒng)按3.5人／戶、5L／（人·d），用水量為11.8 m³／d設(shè)計(jì)，供水能力為24m³／d，采用反滲透工藝，出水中濃水與純水的比例為1：1，總投資為200萬元，包括管道費(fèi)110萬元，設(shè)備費(fèi)25萬元及安裝施工費(fèi)和其他費(fèi)用，系統(tǒng)投資折合為10～12元／m²，綜合投資小于20元／m²。設(shè)備的使用壽命按30 a考慮（一般是15a），用水量按12 m³／d計(jì)，則整個(gè)系統(tǒng)的效益分析如下：
　?、倏偼顿Y為200萬元。
　　②自來水費(fèi)為2元／m³。30a水費(fèi)合計(jì)為51.84萬元。
　?、垭娰M(fèi)為0.4元／（kw·h）。設(shè)備每天工作12 h，耗電量為72kw·h；30a總費(fèi)用為31.104萬元。
　?、芄芾碣M(fèi)用、維修費(fèi)用及其他用料費(fèi)用合計(jì)為58.096萬元。30 a總費(fèi)用為341.04萬元。制水成本為26元／m³。純凈水售價(jià)為200元／m³，贏利為173.68元／m³。年贏利為173.68×129 600／30= 75萬元。30 a贏利為173.68× 129 600＝2 251萬元。
　　由此看出，管道直飲水的成本不到0.03元／L，而售價(jià)卻是0.20元／L，是成本的6倍多。
　　東莞管道直飲水的成本每升為0.08元，定價(jià)為0.21元／L，一個(gè)3000戶居民的小區(qū)直飲水系統(tǒng)工程總投資不到300～400萬，估計(jì)運(yùn)行兩三年即可收回建設(shè)成本。同目前市場(chǎng)上流行的桶裝水和瓶裝水比較，桶裝水售價(jià)一般為0.5～1.0元/L，瓶裝水為3.6元／L，而管道直飲水僅為0.2－0.4元／L，因此可以看出管道直飲水前景十分廣闊。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：施衛(wèi)紅（1977－），男，江蘇南通人，同濟(jì)大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院在讀碩士，上海市控江路1555號(hào)1206室，電話（021）65037970。