一、高层建筑的用水特点及供水现状
随着国民经济的快速发展，人们在很好地解决和改善了“衣”、“食”问题后，人们开始关注“住”的问题：开始关注居住的环境和质量，开始追求住房的宽敞、舒适，开始关心住房的服务设施是否到位、服务质量是否一流，但是，我国人口众多，可供居住的土地资源又少得可怜。于是，在人口密集的地方（如城市）便出现了高层建筑。
高层建筑是一个城市的形象，更是满足人们居住需要的产物。从1885年美国在芝加哥建造世界上第一座10层的现代高层建筑以来，全世界已建造了成千上万座高层建筑和超高层建筑，高层建筑已成为现代化大都市的一种标志。
我国规定：10层和10层以上的住宅（包括低层设有商业服务网点的住宅）或建筑高度超过24m的其它民用建筑为高层建筑。建筑高度超过24m的两层及两层以上的工业厂房也属高层建筑，而建筑高度超过24m的单层厂房不属于高层建筑。
高层建筑（尤其是住宅、宾馆等）用水与其它用水相比，最大的特点是用水不均匀，时变化系数在2.5以上。建筑用水的时间比较集中，一般发生在一日三餐或某些特定的时间段，尤其在早上，是用水的最高峰，用水量最大且比较集中，约占全天用水量的15%---20%，而用水时间几乎集中在30分钟内。 高层建筑因其服务设施的一流和服务水准的提高，对高层建筑供水也提出了更高的要求：一是供水不间断。一天24小时，无论何时，都要保证有水。二是压力要保证。尤其在用水高峰时，保证人人都能用上水。
目前，高层建筑供水的现状是普遍采取二次加压的方法满足高层用水。根据建筑物的高度，采取分区供水（低区、高区或低区、中区、高区）的方法。低区可以充分利用市政管网压力来满足低区用户用水，不需要二次加压，而中、高区则必须通过二次加压装置才能保证用水。
高层建筑二次加压装置目前国内常用的有以下几种方式：
1．“高位水箱+水泵”联合供水方式。水泵从地下水池或市政管网（无负压） 吸水后供给屋顶高位水箱，由水箱给各用户供水，属上行下给的供水方式。
2．变频调速供水方式。水泵从地下水池或市政管网（无负压）吸水后直接供给高层各用户，依据供水压力的变化通过变频器控制水泵电机的转速，改变出水量，从而使供水压力保持在一个规定的范围内。 3．气压罐（地面无塔上水器）供水方式。水泵从地下水池或市政管网（无负压）吸水后供给气压罐，利用气压罐内被压缩的气体将水压上高层，供各用户使用。依据气压罐内气体压力的变化，水泵及时开启补水，气体被压缩到一定压力时，水泵停运。 后两种方式也属下行上给的供水方式。
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二、高层建筑供水常见的问题
在高层建筑日常供水过程中，经常会遇到以下问题，这些问题不解决，将直接影响高层建筑的正常供水。 一、水泵及水泵房
1．水泵采用盘根密封，经常漏水。泵房遍地是水，很不干净。
2．水泵几乎24小时运转。水泵不转，则高层无水。不但不节能，而且水泵因长时间运转，磨损严重，经常出问题，加大了检修成本。
3．水泵房靠人工控制，专人看管，做不到完全自动，费力费钱。
4．因供水方式及操作程序不当，经常受到高层供水水锤的影响，水泵、阀门及管路的使用寿命将大大降低。 5．水泵在室内噪音很大，影响办公环境。 二、水池及水箱
1．吸水池水位靠人工控制，太麻烦，人工成本也高；靠浮球控制，不可靠，经常因为浮球失灵，造成水池溢流。
2．屋顶水箱水位控制装置不可靠，经常溢流或水箱见底无水，供水很被动，住户意见大。 3．水池、水箱的二次污染问题，没有得到很好的解决。 三、无负压吸水
1．无负压吸水经常受到市政管网水压波动的影响，可靠性差。 2．无负压吸水在很多地方被限制使用。
3．无负压吸水没有缓冲水量，市政管网一旦停水，整个系统马上就没水了。 四、供水系统
整个系统不能实现自动控制，经常中断供水，既影响建筑用水，又加大了管理成本。
三、“水泵+水箱”联合全自动供水的原理、
主要设备组成及供水特点
“水泵+水箱”联合全自动供水方式有别于前面提到的“高位水箱+水泵”联合供水方式，区别之处就在于它整个系统都是全自动的，省钱省力，便于管理，可靠性还高。
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一、“水泵+水箱”联合全自动供水的原理
1．水泵恒速运行，从地下水池或市政管网（无负压）吸水后，供给各用户及屋顶水箱（可以是单独的生活水箱，也可以与消防合用一个水箱），水箱打满，水泵停运，由水箱由上往下倒供水。当水箱水位达到生活水（若为合用水箱，则消防水位要预留，不能动）最低限时，水泵自动启动。
2．本供水方式采用地下水池吸水时，水池水位达高限时，水池进水阀门自动关闭，水池水位到低限时，水池进水阀门自动打开；采用无负压吸水时，市政管网水压低或停水时，系统发出报警信号，水泵自动停运。 3．本供水方式实行全自动联锁控制。从地下室水池的进水（无负压引水筒的进水）、水泵的启停、各个关键阀门的开关到屋顶水箱的进水全部由逻辑程序控制器（PLC）联锁控制，整个生活供水系统实现全自动控制，无人值守。
（附供水原理图，见图1、2）
二、“水泵+水箱”联合全自动供水的主要设备组成
1．水泵两台。一开一备，100%保证供应。设计水泵为机械密封，不漏水，推荐采用世界著名大公司的产品，也可按照甲方的意见，选购设备。
2．电动阀门两台（水泵出口）。开关可靠，不漏水。电动阀门的开关和水泵的启停相联锁，调整开关顺序、开度和时间，保证水泵启动、运行方式科学合理。
图1．设地下水池，自灌吸水
3．电动阀门一台（地下水池进口）。电动阀门的开关与水池液位开关相联锁，设备可靠，能满足水泵的吸水要求。（采用无负压吸水时无此设备）
4．屋顶水箱一座。水箱液位开关与水泵相联锁，确保水箱经常有水，用户时刻都有水用。水箱为密闭承压水箱，避免水与空气接触，造成二次污染。对水
箱设有超压和延时控制，并与水泵联锁，确保水箱正常使用。屋顶水箱的体积在满足设计规范要求的情况下尽可能最小，以减少水在水箱内的停留时间。水箱一般为钢制，内部采用环氧树脂防腐；水箱也可以根据甲方的意见采用不锈钢、塑料、玻璃钢、搪瓷等其他材料制成。
5．电接点压力表一块。与水泵相联锁，当超过设定压力时，水泵自动停运。（采用无负压吸水方式时，应增加一块电接点真空压力表）
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图2．不设地下水池，无负压吸水
6．PLC控制柜一台。包括PLC控制器，接触器，继电器，信号灯，信号线，端子排等，是整个供水系统的控制中心。
三、“水泵+水箱”联合全自动供水的特点
1．安全可靠。 本供水设备中主要、关键部件均采用国外知名公司的产品，性能非常可靠，运行安全有保障。一般设两台泵，一开一备，100%保证供水，100%保证备用。
2．节能明显。建筑生活用水，时变化系数大，用水极不均匀，后半夜几乎
无人用水，水泵大多数时间处于停运状态（经多次实测，一般建筑的水泵停运时间在16—18小时），非常节能。本设备与变频调速相比，可节能40%--45%；与地面放置的无塔上水器相比，可大大减少水泵启停次数，利于保护设备。实践证明：100m的扬程，1吨水的电耗为0.62kwh。
3．污染机会很少。 本设备采用承压水箱，无压运行；水箱防腐采用树脂材料，水在水箱中停留时间＜2h，水受污染的机会很少。
4．感觉不到噪音。 本设备一般采用国外公司的水泵，噪音很小，不影响建筑内的办公、居住环境，机械密封，无盘根漏水之忧。
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5．全自动。本设备利用PLC，将水池、水箱、阀门、水泵等联锁控制，实现了完全自动化。关键元件、关键器材采用知名公司的产品，性能可靠，保证了运行过程中完全自动化的实现。
6．运行维护简单、成本低。本设备无人值守，全自动控制，自动显示运行状态并报警，水泵机械密封，不漏水，定时（一般为3个月）给泵润滑，运行维护非常简单。人力成本、检修成本都很低。
7．一体化。本设备中的水泵、管道、PLC控制柜、引水筒可以一体化安装，占地面积小，集中控制，便于运行维护。
8．造价低。与变频调速给水装置比较，可节约造价15--20%；与无塔上水器比较，可节约造价和运行维护费25—30%。
四、“水泵+水箱”联合全自动供水
与其它供水方式的比较
供水可靠性 节电程度（%） 运行维护 运行成本 自动化程度 设备寿命 价格(%) 性价比
五、高层建筑供水方式的理想选择
----“水泵+水箱”联合全自动供水
通过以上的原理介绍和性能比较，大家一定有了一个比较清楚的认识，同时也一定会形成一种共识，那就是只有“水泵+水箱”联合全自动供水方式才是现阶段高层建筑供水方式的理想选择。 一、本设备的适用形式： 1．无负压供水形式；
2．水池吸水（水泵自灌式）形式； 3．水池吸水（真空引水式）形式；
全自动供水设备 高 40 简单 低 很高 长 0.8 优 变频供水设备 高 10 较简单 较低 较高 一般 0.95 良 气压给水设备 低 15 较简单 较低 较高 短 1 中 其它给水设备 低 0 复杂 高 低 短 0.6 差
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4．潜水泵供水形式；
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5．就现有系统改成全自动供水设备形式； 二、本设备的适用范围：
1．独立的建筑物（宾馆，写字楼，大型商场，教学楼，办公楼）室内供水。 2．群楼(如某一小区，集中建设的建筑群)的室内供水。 3．工业生产中某一处单独需要加压的部位。
以上建筑供水系统，不论是新建还是改造工程，本设备都能够适应。
三、本设备的成套配置:
型号 kj-1 kj-2 kj-3 kj-4 其它
注意：以上参数的配套设备是：两台设备，一开一备，设备备用率100%。
六、工程实例
这种“水泵+水箱”联合全自动供水技术自2003年开发并应用以来，已陆续实施了以下新建或改造工程。 （一）、山西铝厂职工医院住院部供水工程（改造） 1．工程简介
山西铝厂职工医院住院部为五层大楼，高度18m，床位300 张，每天用水量40m/d。2003年以前，住院部用水靠厂区自来水直接供给，经常满足不了用水需要。2003年7月，利用本设备改造后，彻底解决了该住院部的用水问题。一直到现在，该住院部用水和该套全自动设备均没有出现过问题。 2．该系统主要设备组成 ①无负压引水筒一个（Φ200）
②卧式离心泵两台（国产），2.2千瓦，每天运行3.5小时。
3
流量（m/h）
2 4 8 12
3
扬程(m) 15-43 16-44 12-36 14-45
功率(w) 450-940 550-1630 720-2080 1170-3010
电压（v） 220-380 220-380 220-380 220-380
根据用水量具体设计
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③出口电动阀门两台（日本） ④屋顶水箱一座（4m）
⑤PLC控制柜一台（PLC 日本产） ⑥液位浮动开关一套（意大利）
（二）、中国铝业山西分公司办公楼供水工程（改造） 1．工程简介
中国铝业山西分公司办公楼，总高7层，高度26m，办公人数200 人，每天用水量20--25 m/d，2004年以前，靠管道泵加压供水，因种种原因导致供水不正常，影响了正常办公。2004年7月，采用本设备改造后，彻底解决了用水问题，直到现在一直很正常。 2．该系统主要设备组成
①立式离心泵两台（格兰富），2.2千瓦，每天运行2.0小时。 ②出口电动阀门两台（日本） ③液位浮动开关一套（意大利） ④PLC控制柜一台（PLC 日本产）
（三）、山西铝厂二招热水控制工程（改造） 1．工程简介
山西铝厂二招热水系统2005年以前没有实现自动控制，热水经常溢流和用干，严重影响客户用水和自己的形象。2005年11月，采用本系统自动控制改造，圆满解决了这一问题。 2．该系统主要设备组成 ①液位浮动开关2套（意大利） ②控制柜一台（带报警功能）
（四）、河津市金港龙湾生态园供水工程（新建） 1．工程简介
河津市金港龙湾生态园，2006年10月动工兴建，总投资5000余万元，占地面积约75亩，设计全园用水量80m/d，自备水井一座。供水工程于2007年2月初竣工，整个园内供水（包括深井在内）全部自动控制，无人值守，满足了全园的用水要求，并且一直运行稳定。
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2．该系统主要设备组成
①潜水泵两台（山西天海泵业），2.2千瓦，每天运行6.0小时。 ②电动阀两台（日本）
③液位浮动开关两套（意大利） ④屋顶水箱一座（5m）
⑤PLC控制柜一台（PLC 日本产）
七、高层建筑供水常识问答
1.建筑供水的特点是什么？
答：用水不均匀，时变化系数大，一般在2.5以上。用水时间相对集中在几个时间段上，尤其是在早上，而后半夜几乎无人用水。
2.屋顶水箱的作用和重要性是什么？
答：①水箱可以储备一定的水量，起到一个调节、缓冲和备急的作用。 ②设置水箱可以高效率地发挥水泵的效能，水泵间歇工作，也比较节能。 3.变频调速供水设备的特点是什么？
答：①不设屋顶水箱，属于下行上给的供水方式。
②通过改变频率、调整电机转数来保证供水压力恒定在一定范围。 ③水泵几乎24小时运转，停运的时间很短，不节能、不经济。
④变频供水系统对阀门开、关度、开关时间不能进行程序控制，每次停、开泵都会有水锤危害。 4.建筑供水设备中变频节能的作用能发挥出来吗？
答：发挥不出来。因为频率绝大部分时间在60-70%运行，理想频率在80-100%。 5.屋顶水箱的大小如何确定？
答：根据我们的经验：水箱的容积大小应取日用水量的10%为宜，有效调节容积应不小于日用水量的5%。
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6.无负压供水存在的的重要问题是什么？如何解决？
答：市政管网进水量与水泵抽水量之间的瞬时不平衡问题。可以通过增加一个引水筒来解决这个问题。 7.无负压供水引水筒的体积如何确定？
答：应依据进户管径、流量、水泵吸水量的大小、水泵最长工作时间、最短停运 时间等数据来确定引水筒的体积。市政管网供水保证率是个重要参数。 8.住宅建筑供水的主要要求是什么？
答：①供水不间断 ②压力有保证 ③水质有保证 9.什么样的设备物业公司最欢迎？
答：既无需人值守，又节电省钱的全自动供水设备物业公司最欢迎。 10.为什么要搞PLC控制？
答：PLC属逻辑程序控制器，能够控制阀门的开度大小、开关时间，可以进行延时控制和顺序控制，整个控制过程完全按照事先编好的逻辑程序来进行的，能有效避免或减轻水锤对系统造成的破坏，也能保护水泵。
11.水泵的操作规程包括哪些内容?
答：①开泵前的准备和检查；②开泵后的观察；③停泵后的检查。 12.逆止阀可以取消吗?
答：逆止阀是一个常耗能的管件。由PLC控制的全自动供水系统中可以被取消；其它系统中逆止阀不能取消。
13.与消防合用水箱可以吗?
答：可以。《高层建筑设计规范》中允许生活和消防共用一个水箱。 14.地下水箱可以取消吗?
答：市政管网允许直接接入，而且市政供水压力比较稳定时可以取消。 15.水锺是什么?什么情况下会发生水锺?
答：水锤，又称水击，指在压力管道中，由于流速的剧烈变化而引起一系列急剧的压力交替升降的水力冲击现象。一般在水泵机组因突然失电或其它原因，造成开阀停车时会发生水锤，而在系统中有逆止阀时，水锤危害会更大。
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16.如何防止水箱水污染?
答：①使用密闭水箱，减小水与空气的接触机会；②水箱尽可能小，减小水在其中的停留时间；③改变进出水方向，使水旋转、流动，保证水活起来；④采用紫外线消毒。 17.引水筒的作用是什么?
答：及时排气，并调节、缓冲、平衡进出水量。 18.无负压供水方式最怕什么?
答：市政管网水压不稳定、经常波动或停水。 19.管网无水时如何报警?
答：通过监测进水管压力，若为负压时，启动报警装置。 20.水箱的保护措施有哪些?
答：①采取密闭方式，顶部安装自动排气阀，保证水箱不受水锤危害；②水箱内衬玻璃钢防腐；③进出水方向采取力矩形式；④出水采取紫外线C消毒。 21.为什么大多数设计采用变频水泵而不采用高位水箱?
答：在设计方面采用变频水泵，对设计人员来讲比较简单。而且从概念出发，似乎变频水泵即可保证压力又能调节水量。
22.关键元件的要求是什么?
答：关键元件必须是国外知名公司的产品，确保质量可靠。 23.为什么要搞机械密封的水泵?机械密封水泵有何优点?
答：水泵搞机械密封是当前趋势，机械密封密封可靠、不漏水、磨损小、便于维护保养。 24.高层建筑供水水泵的选型依据是什么?目前的设计有何问题?
答：按最大时用水量的1—1.2倍选择水泵型号。目前的设计偏保守，选型均偏大，比较浪费。大多数水泵扬程多出10—15m。 25.水泵房需要哪些仪表?
答：①进口真空表；②出口压力表；③电压表；④电流表；⑤水表。 26.水泵不上水的原因有哪些?
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答：①水池或管网没水；②进水管进空气；③市政管网水不够抽（无负压吸水方式时）；④水泵叶轮掉脱；⑤叶轮汽蚀严重或者杜塞。 27.水泵房的阀门常见型号有哪些?
答：①蝶阀（Ｄ71X） ②闸阀（Z41T） ③电动蝶阀（DDF） ④电动球阀（DQF） ⑤止回阀（H44T）
八、主创者简介
余承烈，男，1963年出生，山西万荣人。1983年7月毕业于原太原工学院（现名太原理工大学）土木工程系给水排水工程专业。教授级高级工程师。长期工作在基层，对管道、水泵、阀门、循环水、水处理等方面作过深入研究，发表论文70余篇，个人获国家专利权11项。现任：中国土木工程学会水工业分会工业给水排水专业委员会副主任委员；《工业用水与废水》杂志编委；曾任东北大学硕士研究生兼职导师。
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