生活给水管道设计秒流量计算式的修改试推导

何用（广东省建筑设计研究院）
吴文枫（广东省人防工程设计科研所）

　　提要：现行的生活给水管道设计秒流员计算式，存在缺陷和不足，应修改，但目前的条件只能作修正。本文试推导修正计算式。
　　关键词：设计秒流量 最大用水时平均秒流量 卫生器具同时出流率

1.引言

　 我国建筑给水排水设计规范一直沿用的生活给水管道设计秒流量计算式，虽经几次调正系数，但仍存在明显缺陷和不足。然而要完全重新建立一套新的计算式，资料不足，直接套用美国或俄罗斯的概率法计算，亦因中国人的生活习惯.饮食传统不同而不能简单照搬。本文想就已有的用水量定额，时变化系数，卫生器具配置标准等资料，在现有计算式的基础上，对现计算式做修正，使其能在逻辑上合理通顺。

2.基本定义

2.1 一个卫生器具当量的出流量，0.2L／S计。
2.2 卫生器具同时出流率——同时出流的卫生器具当量数与计算的卫生器具当量总数之比，以m表示。
2.3 卫生器具配置比例——按若干使用人数配置若于卫生器具，即卫生器具的当置数与使用人数的比例。
2.4 卫生器具极限同时出流率——卫生器具同时出流的流量等于最大用水时平均秒流量时，其相对应的卫生器具同时出流率，以m₀表示。
2.５界限使用人数——当使用人数达到某一定值时，生活给水管道的设计秒流量等于最大用水时平均秒流量，此人数称界限使用人数。
2.6 界限卫生器具当量总数——界限使用人数相对应的所配置的卫生器具当量总数，界限卫生器具当量总数等于界限使用人数与卫生器具配置比例的乘积，以N₀表示。

3.生活给水管道的设计秒流量计算式的基本要求

3.1 设计秒流量计算式为：
　　q_g＝0.2×N_g×m
　　式中q_g——生活给水管道的设计秒流量（L／S）；
　　　　N_g——卫生器具计算当量总数；
　　　　0.2——一个卫生器具当量的额定出流量（L／S）；
　　　　m——卫生器具同时出流量。
3.2 卫生器具同时出流量计算式的基本要求
　　1.当卫生器具计算当量总数等于1时，m＝100％；
　　2.当卫生器具计算当量总数等于N₀时，m＝m₀；
　　3.当卫生器具计算当量总数由1逐渐增大至N。的过程中，m值在前段下降较快，中段下降较慢，后段下降平缓。

4.设计秒流量计算式数学模型的选定

4.1 对现行计算式的分析
　　现行计算式可改写成：

　　

4.2 从改写后的计算式（1）可看出，括号内是卫生器具同时出流率计算式，但由于此计算式过于简单，自变量N_g仅在第1项以平方根形式出现，就使计算式达不到本文第3节所提出的要求。
4.3 如果将（1）式括号内的第2项亦修正成自变量N_g的函数就可将现行公式的缺陷与不足得到基本改善。且为了使计算式不要过于复杂又能达到本文第3节的要求，结合概率计算的一般规律，笔者经多次试算探索，确定修正计算式数学模型为：

　　

　　要满足当 Ng＝1时m＝100％，则（2）式中α必须等于 1，故（2）式就成为：

5.以普通住宅Ⅱ作例，推导设计秒流量计算式

　　

5.1 已知推导参数：
　　1.最高日生活用水定额250L／人.d
　　2.每户人数3.5人。
　　3.每户配置卫生器具：洗涤盆一个；洗脸盆一个；淋浴器一个：坐便器一个；洗衣机给水龙头一个；合计当量数＝4。卫生器具配置比例＝4／3.5。
　　4.用水延续时数24h。
　　5.时变化系数2.8。
5.2 计算卫生器具极限同时出流率

　　

5.3 确定界限使用人数，经分折定为 1000人。
5.4 计算确定界限卫生器具当量总数

　　

5.5 计算确定β值

　　

　　得 β=0.0192

5.6 普通住宅11的生活给水管道设计秒流量计算式为：
　　当 Ng≤ 1143时：

　　

　　当 Ng＞1143时，设计秒流量以最大用水平均流量计：
　　q_g＝0.2×m₀×Ng＝0.0071×Ng

6.各类建筑的己知参数，界限使用人数和m₀β值

　　依据各种建筑的相应设计规范中的卫生器具配置比例和建筑给水排水设计规范中的相应用水量定额的规定，依照上例的推导方法，即可计算出各类建筑的m₀值和β值，从而建立各自的设计秒流量计算式，分别见表1。

表1 各类建筑推导参数m₀值和β值

建筑物类型 卫生器具配比（当量/人数） 用水定额（L/d.人） 用水延续时数（h） 时变化系数 m₀（%） 界限使用人数（人） 界限当量总数N β值 普通住宅Ⅰ 2.25/3.5 150 24 3.0 4.05 1000 643 0.00313 普通住宅Ⅱ 4.0/3.5 250 24 2.8 3.55 1000 1143 0.0192 普通住宅Ⅲ 6.0/4.0 280 24 2.5 2.7 1000 1500 0.004 别墅、高级住宅 10.0/5.0 350 24 2.3 2.33 1000 2000 0.00334 办公楼 3.5/35 40 8.0 1.5 10.42 1000 100 0.0091 商场 3.5/80 40 6.0 1.5 31.75 1000 44 0.32 集体宿舍（集中卫生间） 2.0/10 150 24 3.0 13.02 1000 200 0.1441 旅店、医院普通病房（集中卫生间） 3.0/10 200 24 2.5 9.65 500 150 0.0343 宾馆客房、高级病房 2.0/2 300 24 2.5 4.34 1000 1000 0.0373 中、小学教学楼 1.0/20 30 8.0 2.5 26.04 1000 50 0.23 客运站、体育场馆、展览中心 8.0/200 5 1 2.0 34.7 2000人/时 80 0.49

7.评价与结论

7.1 从计算式的推导过程和采集的原始数据，是可靠的，准确的。
7.2 新计算式是原计算式的修正式，更切合用水的实际工况，并已从宏观上步入了概率法计算范畴，由附录对比可看出本推导式的计算值界于原计算式和俄罗斯及亨特概率法之间，证实其正确性。

8.调正和最后成果

8.1 将推导出来的秒流量计算式展开列出计算表，发现4种住宅的计算结果十分相近，办公楼在界限当量总数范围内计算结果与住宅Ⅱ相近似，因此计算式可适当合并。
8.2 β值的微小调正对计算结果影响很小，故应缩减β值的小数位，使计算式使用更方便。
8.2 表1未提及的一些建筑类型，可按用水工：况套用相近的计算式，如影剧院、营业餐厅、医院门诊部的卫生间可套用中小学教学楼的计算式。
8.3 经调正和归纳后，各类建筑的生活给水管道设计秒流量计算式列于表2。

表2　 各类建筑物生活给水管道设计秒流量计算

附录　 住宅楼设计秒流量计算结果比较 当量Ng 现规范公式 本文推导公式 俄罗斯概率法 亨特概率法 （L/S） （L/S） （L/S） （L/S） 1.8 0.30 0.27 0.27 0.2 3.6 0.44 0.39 0.34 0.2 5.4 0.54 0.48 0.39 0.4 7.2 0.63 0.56 0.44 0.4 9.0 0.71 0.62 0.49 0.4 10.8 0.78 0.69 0.53 0.4 21.6 1.31 0.98 0.73 0.6 32.4 1.41 1.21 0.89 0.8 64.8 2.09 1.74 1.32 1.2

　　注：本表中俄罗斯和亨特概率法的数据，引自《给水排水》2000.9期，赵金玲、邹平华《生活给水及热水供应设计秒流量计算方法的研究（二）》。
　　本文得到何冠钦高级工程师指导，特此表示感谢。