侯金霞

(上海三高計算機中心股份有限公司，上海200082)

目前，國內大部分船廠還未形成有效的用水節(jié)水體系，若能在一定范圍內總結出船廠用水的特點和規(guī)律，不但對建筑的節(jié)水潛力和節(jié)水技術的研究提出更加明確的思路，也對同種類供水系統(tǒng)的設計具有重要的參考價值；另一方面，用水量變化規(guī)律能夠幫助設計人員更加合理地選擇供水方案和水泵，也為用水定額的修訂提供一定的參考[1-4]。因此，對有條件的建筑尤其是較大用水量單位狀況進行連續(xù)監(jiān)測，并在此基礎上研究用水特點和規(guī)律就非常必要。

1 案例背景介紹

南方某船廠用水設計采用民用建筑標準規(guī)范《建筑給水排水設計標準》(GB 50015—2019)。通過多次調研和考察，設計時為多路供水，實際使用時用水壓力足夠且為了能比較好地計量用水，各單體建筑關閉其他進水管路，采用一路進水，為全面考察船廠內用水情況，對各車間以及輔樓選取較大用水量單位作為考察對象，將原機械表改裝為具有本地存儲功能的電磁水表。同時，為分析供水壓力變化情況，增設了測壓表，包括3路進水總表位置，重要車間、輔樓、以及管網末梢位置，布置見圖1。共計安裝遠傳水表14只、壓力測試點17處，每1 min記錄一次數據，具體情況見表1。

圖1 測點布置

2 用水分析

船廠員工8:00上班，17:00下班，用晚餐、洗浴后離廠。船廠內有2處食堂，8:00前用水；整體用水量較大時間段為早上6:00至晚上20:00，夜間20:00至次日6:00主要為值班和門衛(wèi)零星用水。2021年4月清明節(jié)假日期間有全廠停工而用水量最小、船出塢測試時大宗用水和日常工況用水等典型用水工況，故選擇該月份數據進行分析。分析時間區(qū)間為4月1號至4月30號，含船塢加水過程(4月24號至4月29號)和清明節(jié)(4月3號至4月5號)放假時間段。4月24號至4月29號監(jiān)測期間，船塢加水，單獨對此區(qū)間做分析，具體數據見表1和圖2。

表1 各單位用水情況分析

圖2 總表日用水量

2.1 數據分析研究思路

根據實測數據，找出一天當中用水量變化的特點，直觀了解船廠的用水變化規(guī)律。

對用水數據進行對比、分析，分別找出供水系統(tǒng)日用水規(guī)律、小時用水規(guī)律、瞬時流量，并根據發(fā)生的時段，對最大小時用水規(guī)律、最大瞬時流量、用水高峰、用水低谷的特點有更加準確的掌握，以便為供水方案的選擇提供更好的數據支持。分析每周的用水量變化規(guī)律，探索周末因素對用水量的影響，并分析節(jié)假日對用水量的影響。

對同一區(qū)域內不同規(guī)模的用水規(guī)律進行對比，探求用水規(guī)模對用水規(guī)律的影響，特別是對最大小時用水規(guī)律、最大瞬時流量及小時變化系數的影響。

具體分析展示以總表、漏損水量和廁所用水為例，其中總表分析代表整體用水變化趨勢，漏損水量包含漏失水量和其他損失水量情況，廁所為長流水，趨勢和壓力相關性最大，有節(jié)水潛力。

2.2 總表數據分析

調研不同建筑的用水類型并分析其用水量發(fā)現，用水量中生活用水占比較高，用水規(guī)律與工廠作息制度關聯(lián)性較強，日間(上下班時段)耗量較高，夜間多為零星用水；企業(yè)日常生產用水以沖洗及設備冷卻系統(tǒng)補水為主，周期性(數周)出現船只壓載等大宗用水，水量波動性較大，峰值用量可達平時的數倍，此時用水主要受船塢用水影響，為此單獨進行分析。從圖2可見船塢用水的規(guī)律不明顯，日常工況用水量比較均勻，船塢加載時影響用水量的主要因素為船塢加水。

實時流量曲線見圖3、圖4，可以看出船塢未進水時，船廠用水時間集中在早上6點至晚上20點，此時壓力也較高，用水最大時為員工下班后的18：00—19：00，最大用水量為476 m3/h；最小用水量發(fā)生在4月1日22：30、4月13日2：13和4月20日22：29，為50 m3/h，為工作日的下班后夜間，印證了園區(qū)用水主要為生活用水，故平時總表用水量受工作作息影響較大。船塢進水時每日的用水規(guī)律不明顯，主要受船塢進水影響，最大小時用水量發(fā)生在船塢船只壓載而大量加水期間，流量為598 m3/h。

圖3 船塢不進水時總表流量曲線

2.2.1日常工況分析

總表壓力和流量變動曲線見圖4、圖5，船塢平時供水壓力與作息較為一致，在上班前，提前增壓至220 kPa，20:00—22:00后壓力降至10 kPa或更低，以維持夜間安防零星用水?？偙硭亢透鹘ㄖ盟恳搽S作息和壓力波動。用水量從晚上20:00開始降低，而高壓供水(220 kPa)有時持續(xù)到晚上22:00。建議對壓力進行精準時間調控，在20:00后降低壓力，進而節(jié)約能量并降低漏損。

圖4 總表壓力曲線

圖5 總表流量曲線

2.2.2船只加載期間分析

4月23—29號監(jiān)測期間，船塢船只加載需大宗用水，此時整體用水量達到最大，壓力最高。在船塢進水時段，用水趨勢主要受船塢用水影響，總表流量和總表壓力之間沒有明顯的相關性。

2.3 各建筑用水規(guī)律

不同類型建筑用水規(guī)律具有一定的相似性，其基本特征為一天中出現早、晚兩個用水高峰，用水高峰出現時間與各類型建筑的不同功能和其中人員的作息有很大的關系。根據獲得的實時監(jiān)測數據，對每個用水單元繪制了標準用水曲線，以便為船廠設計提供依據。以典型用水方式進行劃分，分為一般建筑用水規(guī)律、有水箱建筑用水規(guī)律、工藝用水規(guī)律、恒定出流廁所用水規(guī)律及盥洗龍頭用水測試分析。

2.3.1一般建筑用水規(guī)律

無水箱建筑的用水規(guī)律根據作息和工藝有明顯波動，分為早高峰、晚高峰和夜間低峰。

2.3.2有水箱的建筑用水

有水箱的建筑，則根據水箱容量和用水的情況進行進水，水箱進滿水后停止，隨時進水，用水規(guī)律基本和作息有關，白天進水頻繁，夜間進水較少，見圖6。

圖6 有水箱的建筑用水規(guī)律

2.3.3某工藝車間用水規(guī)律

以一車間為例，該用水車間無水箱，水量在2～4 m3/h，涂裝車間東南用水高峰期為6:00—22:00，與工作作息一致。但是從圖7可以看出，其用水曲線與壓力曲線高度相似，無夜間用水需求，根據壓力和流量曲線判斷建筑內存在漏點。該廠區(qū)存在3個類似區(qū)域和9處恒定流用水單位，可以進行針對性查漏和用水器具改造，以達到節(jié)約用水的效果。

圖7 流量和壓力曲線

2.3.4廁所用水規(guī)律

區(qū)域內共9處廁所，位于地面一層，供水方式為管道出水至水箱，水箱無浮球閥，邊進水邊出水，即廁所用水為長流水，該類出水和壓力相關性最大，類似漏失曲線。從圖8可以看出，單個廁所用水量約35 m3/d，夜間低壓期間出水量為10 m3，白天高壓期間出水量為25 m3，9處廁所合計達315 m3/d。建議更換節(jié)水型廁所用具，可節(jié)約夜間100%的水量，白天按70%的水量計，每處廁所可節(jié)約27.5 m3/d左右，合計節(jié)約247.5 m3/d水量。

圖8 廁所的流量-壓力曲線

2.3.5盥洗龍頭用水測試

現場使用盥洗龍頭時，發(fā)現水龍頭出水噴濺嚴重，將盥洗處水龍頭打開進行用水測試，發(fā)現單只水龍頭出水流量可達6.6 m3/h。根據《建筑給水排水設計規(guī)范》(GB 50015—2019)，住宅廚房洗滌盆龍頭設計秒流為0.2 L/s[6]，即設計流量為0.72 m3/h。每個龍頭按照使用時間1.5 h計，若更換為節(jié)水龍頭則可節(jié)約8.8 m3/d。出水噴濺嚴重說明區(qū)域內供水服務水壓富余，可以從源頭適當降低供水壓力，更好地節(jié)水降低漏損且節(jié)約供水能耗。

2.4 用水規(guī)律分析成果

通過分析對比廠區(qū)的辦公樓建筑、船塢和配套建筑的日用水量、平均日用水量、最大小時流量和夜間小時流量，發(fā)現三者的用水規(guī)律存在明顯的差異。根據工段和用水量將用水分為主體用水、配套用水和小水量用水。其中船塢、碼頭、空壓站、東西搭載樓、涂裝工廠、涂裝車間行政樓為主體用水，列為A類。配套用水建筑為消防樓、醫(yī)務室、船東樓、平面工廠，列為B類；另有部分小用水量，如9處廁所。高峰用水為6:00至20:00，非高峰用水為22:00至次日6:00。船塢大量進水期間，其余建筑用水變化不大，故單獨列出船塢用水，考慮篇幅其余用水情況不再單獨列出。

通過對不同類型建筑用水進行連續(xù)在線監(jiān)測和分析，詳細了解各類型建筑的用水實際情況。在分析過程中也發(fā)現，由于需要照顧到全國的情況，《建筑給水排水設計規(guī)范》(GB 50015—2019)中關于不同類型建筑用水定額等參數的設計都比較保守，而本廠區(qū)管道口徑根據實際用水也可進行相應縮減，若需進行改造時，可參照建議口徑。在滿足用水需求的前提下，努力做到與實際用水情況相符合，減少不必要的保守余量，在一定程度上達到節(jié)水和節(jié)能的目的。

3 結論

① 針對用水規(guī)律所進行的研究填補了國內船廠用水量變化規(guī)律數據的欠缺，為船廠給水系統(tǒng)的設計與設備運行提供了科學依據。通過分析與對比廠區(qū)的一般建筑、含水箱的建筑、船塢及工藝車間的日用水量、平均日用水量、最大小時流量和夜間小流量，發(fā)現其用水規(guī)律存在明顯的差異。一般建筑為生活用水，用水和作息一致，高峰用水為6:00至20:00，非高峰用水為22:00至次日6:00；含水箱的建筑用水基本和作息一致，但因為存在水箱的調節(jié)作用，稍有滯后；船塢大量進水期間，其為主要用水單位，基本為敞開供應；工藝車間和工作作息一致。

② 與以往研究城市居民宏觀的平均用水變化規(guī)律不同，此次研究不但結合船廠的綜合用水趨勢，還對實際的建筑群體進行監(jiān)測，縮小了研究對象的范圍，研究結果具有更強的針對性、前瞻性、應用性和代表性。同時，對其它類型的建筑用水量變化規(guī)律的研究和供水系統(tǒng)的設計優(yōu)化，提供了技術參考和經驗借鑒。