施衛紅¹，趙芝²，寧蔚³

（1.同濟大學環境科學與工程學院，上海 200092； 2. 深圳市自來水集團公司，廣東 深圳5l8052；3.南京市排水管理處，江蘇 南京 210009）

　　摘要：以工程實例從用水定額、管道設計秒流量、工藝流程、管網設計、管材等方面談談管道直飲水的設計，同時對管道水的經濟效益進行了分析。
　　關鍵詞：給水；直接飲用水；給水定額；飲用水設計
　　中圖分類號：TU991.02 文獻標識碼：B　 文章編號：1009－2455（2003）03－0018－03

　　隨著人民生活水平的不斷提高，人們對飲用水的水質提出了更高的要求。越來越多的用戶把目光投向管道直飲水。
　　管道直接飲水是“管道優質直接飲用水”的簡稱。即采用分質供水方式，在居住小區內設凈水站或小型水廠利用深度水處理技術和設施，將自來水進一步處理，達到直接飲用的水質要求，由獨立的供水管道輸送到各家各戶。
　　自1997年上海浦東錦華小區建成全國第一例管道式分質供水示范工程以后，全國已有300多個住宅新區的150多萬戶居民喝上了管道直供水。由于管道直飲水的設計尚沒有國家規范，本文以一工程實例談談管道直飲水的設計。

1 系統設計

1.1 定額及水量
　　我國的管道直飲水是20世紀90年代末才開始試點的，再加上對不同地區、不同性質的建筑物而言，飲水定額是不同的，目前國家對直接飲水定額還沒有制定規定，工程所采用的數據一般根據工程經驗得來^［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提高用水定額。
1.2 管段設計秒流量
　　管段設計秒流量一般采用傳統的生活給水設計秒流量公式和經驗公式來計算。陳和苗提出了用概率法計算直飲水管段設計秒流量的方法^［2］。計算水龍頭使用概率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——最忙用水時段器具連續兩次的間隔，S；
　　 　 t—t₀期間的放水時間，s。

　　②方法二：最大時平均使用效率。

　　 　　　　　　　 P=（q_t/q₀）/t1　　　　　　　 　(2)

　 式中：t₁—某一時間段，s。
　　　　 q_t—t₁時段上的龍頭累計用水量，L；
　　　　 q₀—龍頭流量，L／s。

　　當在最大用水小時的整個時段上（t₁=3600s）
　　概率公式可轉化為.

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

　　式中：q_h—器具最高時用水量，L。

　　假設系統中各同器具用水量及用水間隔都相等，則（3）可轉化為，

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

　　式中：q_h—系統全部龍頭的最大時用量。
　　　　　n—龍頭（器具）數量。

　?、鄯椒ㄈ鹤畲髸r內高峰時段的平均使用效率。
　　最大用水小時一般出現在下午5:30～6:30，而該高峰用水時段一般出現在6點左右的半個小時內，因此龍頭的使用概率又可變為：

　　　　　　　p＝t/t_lt=aQ_h/（n·q₀）　　　　　(5)

　　式中：t₁＜3600s，為用水高峰時段的延續時間，需現場觀測；a為小于1的系數。aQ_h是t₁時段的耗水量，需現場測試。
　　上述三種方法中，方法二最簡單。一般首先考慮此方法。以住宅為例，基礎數據如下：每戶人口為 3.5人，龍頭額定流量為0.05 L人。取用水量標準5L／（人·d），龍頭的使用概率為：
　　按（5）式設變化系數K_h=4，最大時用水量的80％集中在半小時之內用完。
　　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）式設變化系數K_h=4，最高用水小時內的流量分布完全受概率規律的支配。
　　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，即可得到設計同時用水器具數m，再通過公式q_s= q_om求得管段設計秒流量q_s。在計算p值時，需涉及到一些基本參數。各參數的取值工程建議如下：
　　①時變化系數Kh尚未有權威的統計值，為安全起見，建議取4～6。
　?、谧畲笥盟r之內的流量分布與變化在目前尚未做系統的觀察情況下，建議a取0.8。
　?、勖繎羧藬等?.5～5人。
　　④用水量標準一般取5L／（人·d）。
　　利用上述參數及龍頭數量，就可根據概率法計算出瞬時高峰流量。
1.3 工藝流程及管網設計
　　管道直飲水系統由兩個系統組成：凈水系統和供水管路系統。
　　目前管道直飲水項目所采用的凈水工藝流程見圖1。

　　為保證管網水質，在設計中各棟建筑的入戶管在與室外管網連接處應設回流閥；管網輸送系統應設計成全封閉循環式，盡量減少用戶支管長度（建議不超過12 m^［3］）。在住宅小區中每棟樓和整個供水管網都要循環，保證用戶用水是在12h之內生產的（除水表之后的支管內的水）；從安全考慮，循環回水須經過凈化與消毒處理方可再進入直飲水管道；直飲水管道應有較高的流速，以防止管內細菌繁殖和微粒沉積。根據設計經驗，干管設計流速宜采用1.0～1.2m/s，支管設計流速宜采用0.6～0.8 m／s。
1.4 管材
　　在目前的管道直飲水給水管網中較常用的有PPR管、不銹鋼復合管、銅管、鋁塑復合管等。在保證水質的前提下，根據工藝及使用條件的需要，可以選用不同的管材和管件。以下是不銹鋼復合管與PPR管在工程應用上的技術經濟比較。
1.4.l 技術性
　　①PPR管
　　目前國內市場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，便于識別，但在對水質的影響上，其化學性能目前還不能定量評價，要用較長的時間來驗證。小范圍的、單棟樓房管網因水力停留時間短其水質尚可保證，而對建設規模大，管網管線長的工程，由于化學物質的滲透交換等因素，使水質不能得到100％的保證。同時根據PPR管道技術規程規定，PPR管作為立管方城墻敷設，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，從而造價亦相應增加，而且維護管理極為不便。
　　PPR管對溫度敏感，其膨脹系數比金屬大10倍，如果設計、施工過程中對補償處理不當，就會增大附加應力而產生破壞，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，影響水質和使用壽命。同時塑料可作為微生物養料，容易滋生細菌、藻類，從而影響水質。其剛性和抗沖擊性能較剛性管道差，在施工和運輸過程中容易遭受損壞。
　　②不銹鋼復合管
　　不銹鋼復合管外表美觀，強度大，耐用，而且價格適中；抗酸堿腐蝕性能好，能在風吹日曬雨淋的環境下工作。其外層為真空的塑料保護膜，施工中不易破壞，接口密封性好，可拆卸，檢修方便。不銹鋼復合管綜合了不銹鋼管和塑料管的優點，即臨不銹鋼管的剛性條件和塑料管內壁光滑的水力性能相結合，內置的PE管與剛性管力學結合性能好。其保溫性好，不受室外溫度影響，不變形。
1.4.2 經濟性
　　通過工程預算得出，在標準戶型標準工程量的條件下，每戶立管（按3m計算）采用不銹鋼復合管的造價為180元左右，而采用PPR管（明裝，不含開槽費用及溝槽恢復費）每戶立管造價在100元左右，即價差為80元左右。對于1000戶左右規模的小區而言，總的工程造價僅相差8萬元左右，而且根據PPR管設計規范，PPR管作為立管，只能在室外嵌墻敷設或設于室內。嵌墻敷設將增加開槽和溝槽恢復工程量，相應大幅增加工作造價，若算上開槽費用和恢復費用，采用PPR管既不經濟，維護管理也很不方便。而不銹鋼復合管的經濟合理性和技術可靠性卻遠遠高于PPR管。若將立管設于室內，將影響美觀，同時增加施工難度。
1.5 計量
　　管道直飲水由于用量小，流動慢，水價高等特點，因此要求管道直飲水水表具有特殊的性能，其計量范圍、計量單位、最大允許溫度、公稱口徑與材質要求與普通水表有很大的區別。管道直飲水系統的用戶，平均每戶用水不超過0.1m³／d，而目前普通水表的國家標準規定的適用流量為0.6～40000m³／h；按照普通水表國家標準的規定，水表累計讀數的指標范圍應為 0.001～9999.999m³，而實際上管道直飲水水表的計量范圍一般在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量水表是一種有別于普通水表的專用水表，還處于開發研究階段。

2 效益分析

　　以北京某小區管道工程的投資效益進行分析^［4］。該小區總建筑面積為10.8×10⁴m³，由3棟高層住宅樓組成，有居民656戶，管道直飲水系統按3.5人／戶、5L／（人·d），用水量為11.8 m³／d設計，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110萬元，設備費25萬元及安裝施工費和其他費用，系統投資折合為10～12元／m²，綜合投資小于20元／m²。設備的使用壽命按30 a考慮（一般是15a），用水量按12 m³／d計，則整個系統的效益分析如下：
　　①總投資為200萬元。
　?、谧詠硭M為2元／m³。30a水費合計為51.84萬元。
　?、垭娰M為0.4元／（kw·h）。設備每天工作12 h，耗電量為72kw·h；30a總費用為31.104萬元。
　　④管理費用、維修費用及其他用料費用合計為58.096萬元。30 a總費用為341.04萬元。制水成本為26元／m³。純凈水售價為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，定價為0.21元／L，一個3000戶居民的小區直飲水系統工程總投資不到300～400萬，估計運行兩三年即可收回建設成本。同目前市場上流行的桶裝水和瓶裝水比較，桶裝水售價一般為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：

［1］戴之荷，韓路，戴艷.管道直飲水系統的設計探討［J］中國給水排水，2002，18(6)：68—69。
［2］陳和苗 用概率法計算直飲水管道設計秒流量［J］給水排水，2000，26（7）：54—56
［3］劉康 住宅小區管道直飲水系統淺談［J］。中外建筑，2001，35（3）：80—8l
［4］陳新，丁堂堂，于在升 我國管道直飲水現狀的調研報告［J］。中國給水排水，2001，17（9）：32－34

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作者簡介：施衛紅（1977－），男，江蘇南通人，同濟大學環境科學與工程學院在讀碩士，上海市控江路1555號1206室，電話（021）65037970。