建筑给排水中热水用水量计算方法的比较

王云海
(宁波市建筑设计研究院，浙江　 宁波 315012)

　 摘要：《建筑给水排水设计规范》中对建筑热水的计算给出了2个公式，但这2个公式的小时变化系数K_h在实际应用中不易确定。通过对该规范中有关数据进行整理，利用最小二乘法原理进行数据处理，得出了计算K_h值的拟合公式。
　　关键词：建筑；给排水；热水
　　中图分类号：TU882　文献标识码：A　文章编号：1009—2455(2003)03—0021-03

A Comparison between Calculation Methods for How Water Consumption in Building Water Supply and Drainage

　　Abstract：Two formulae are given in the Code for Design of Building Water Supply and Drainage for the Calculation of building hot water.Nevertheless，the hourly variation factor，K_h，in the two formulae can be hardly determined in actual applications.By sorting out relevant data in the said code and processing the data using the method of least squares，a fit formulais obtained for the calculation of the value of K_h.
　　Keywords：building；water supply and drainage；hot water

　　随着人们生活水平的提高，热水的使用范围与频率也不断扩大和增长，不仅出现了功能齐全的各类电热水器、煤气热水器、太阳能热水器等等，而且住宅小区、高档写字楼内的集中供热水系统也在各地不断得到应用，至于各大宾馆、旅馆等，热水供应系统更是必不可少，只是在供水时间段上显示出其档次的高低，有的是24h供应热水，有的仅在某一时间段内定时供应热水。由于热水系统的普及，且应用对象的性质、规模各有不同，因此在具体的工程设计中也经常遇到一些问题。本文重在分析现有热水用水量计算公式的特点及各自的适用范围，以便在具体的工程设计中合理应用。

1 热水甩水量计算方法简介

　　根据《建筑给水排水设计规范》GBJl5-88，建筑物的热水用水量可通过以下两种方法计算得到：
　　① 根据人数或床位数和其热水用水量定额计算法^[1]：

　　　Qh=K_hmq_r／24
　　式中：Qh一最大时热水用水量；
　　　　　K_h——小时变化系数；
　　　　　M—用水计算单位数(人或床)；
　　　　　q_r——热水用水量定额：

　　规范中的计算公式隐含着热水供应时间统一为24h，并给出了一个全日制供应热水时K_h值的表格。但我们从表中只能查到一些离散的点，而实际应用中往往要通过插值方法才能得到所需的K_h值。而设计人员常用线性插值，有时甚至“毛估估”，造成了计算结果的偏差，进而影响了实际的使用效果。本文将给出经曲线拟合得到的K_h的计算公式，以便于设计人员的使用。q_r的选用要注意热水的温度，必要时需经过换算，即(tr1—tl)q_r1=(tt2—t1)q_t2，其中tl为当地的冷水温度。在实际应用过程中，有一些工程是全日制供应热水，即t=24h，可以直接选用规范规定的有关的K_h值，但还有一些工程是定时供应热水，即t≠24h，从理论上来说这时的K_h值应小于全日制供水状况，但由于没有相关的参考数据，设计人员往往套用全日制供水条件下的K_h值，显然这是有偏安全的。
　　②根据卫生器具和热水用水量定额计算法：
　　Qh=∑(q_h×n₀×b／100)
　　其中Qh为卫生器具1h的热水用水量，n₀为同类型卫生器具数，b为1h内卫生器具同时使用百分数。
　　这种计算方法从热水使用器具作为计算的出发点，具有一定的客观性，因为设计中洗脸盆、浴盆或淋浴器的数量是可以确定的，关键在于公式中各种卫生器具的同时使用百分数b的确定，有关具体规定可以参见相关的设计手册。

2 两种计算方法的分析与比较

　　在具体的工程设计中，曾经用上述两种方法计算各类工程的热水用水量，同一工程的计算结果也不尽相同，有时是方法①的计算结果较大，有时又是方法②的计算结果较大，到底该以哪一种计算结果为准，常令设计人员头痛，而设计手册上的说明为：“两种方法计算的结果并不一致，设计时需分析对比合理选用”，却没给出具体的标准和方法，令人莫衷一是。
　　从公式表面分析，方法①似乎具有更广泛的适用范围，因为它有一个小时变化系数K_h，可以根据不同建筑的性质和规模来调节、控制，但没有根据热水供应时间长短的情况区分类别；方法②只是对住宅的浴盆数量与其同时使用百分数有一个对照表格，而宾馆等却不再细分规模，b的取值范围为60％-70％，这是相对于20世纪70年代旅馆的情况，而对于现在一些大规模、高档次的宾馆还是一味套用60％-70％的b取值范围，则不符合实际状况；至于医院等的病房的b取值范围有一个较宽的范围，为25％-50％，却没有给出具体的床位规模与占的取值之间的对应关系，仅凭借设计人员的经验来确定，而实际上不同等级医院的热水使用情况又各不相同，且某些高档病房楼的布置已接近旅馆的情况，该如何确定其用水规律也是一个新的课题。当然有关的占值范围的规定也是基于一定的概率统计与分析的结果，在一定的范围内还是比较准确的、本文拟从具体的计算中分析得到每种方法的适用范围，以作为具体设计中的参考和借鉴。为了便于比较，引入管道系统计算时的当量计算法，得到相应的设计秒流量，并换算成小时流量。
　　下面以旅馆类建筑为例列表比较两种计算方法的结果见表1(表巾热水以40℃计)：

表1热水用水量计算结果比较 床位数/个 方法①结果/ (L·h^—1) 方法②结果/(L·h^—1) 当量法结果/(L·h^—1) 50 6343 4875 12075 100 9796 9750 17076 150 12611 14625 20914 200 15488 19500 24194 300 20687 29250 29577 400 25173 39000 34153 500 29623 48750 38184 注：1，以2个床位为1个房间计算；2.每床每日热水用水定额取为230L(以50℃汁)；3.浴盆1 h热水用水量为300 L(以40℃计)；4.同时使用百分数b的值统一取为65。

　　分析表中得到的有关数据，可以看出：当床位数为100个时，两种方法的计算结果大致相同；而床位数小于100个时，方法①的计算结果大于方法②；床位数大于100个时，方法②的计算结果大于方法①。造成这种情况的原因就在于当床位数较少时，用水的不均匀程度相对较高，b应该取较高的数值：而随着床位数的不断增加，用水的均匀程度也不断提高，b就应该取较低的数值，甚至可以小于60，因为从表1中可以看出，当床位数达到300个时，其最大小日寸热水用水量(以40℃计)已经与通过管道的设计秒流量换算得到的数值相近，虽然热水管道中的水温可以达到60t，但由于设计秒流量换算得到的小时流量与最大小时流量之间的系数又何止1.5! 所以当床位数大于300个时，方法②的计算结果显然已经失去了实际的意义。因此，建议当床位数小于等于100个时，采用方法①来计算热水用水量；床位数介于100和300之间的，可以视具体工程的规模，档次，在两种方法之间选择，或综合考虑：而床位数大于300个时，应采用王云海：建筑给排水中热水用水量计算方法的比较方法①来计算，并可以根据具体工作的情况在单位用水定额的取值上作适当的调整。
　　至于住宅和医院的病房这两类建筑，同样可以通过上述方法，经比较确定各种方法的适用范围。
　　至于定时供应热水的情况，可以将方法①中公式分母的24改为实际供水时间段，并参考全日制供水的K_h值，虽然这样做是偏保险的，但定时供热水上午旅馆一般规模较小，因而用水的不均匀性也较高。

3 K_h值计算公式的拟定

　　规范中给出全日制供热水条件下的一系列K_h值与床位数的对应表格，是一些离散的对应点，为了便于设计人员的具体使用，笔者根据系列点所构成的曲线的形状，利用最小二乘法的原理，运用相关计算软件，对各种条件的KL值进行了曲线拟合，得出以下计算公式，并分析各自的误差。分别见表2、表3、表4。
　　住宅：K_h=1.8367+33.0111·n^0.5
　　 50≤n≤6000　　　　　(1)
　　旅馆：K_h=2.2818+56.8511n^0.5
　　 60≤n≤900　　　　　　(2)
　　医院：K_h=1.2355+23.0257n^0.5
　　 50≤n≤1000　　　　　　(3)

表2　 住宅的K_h拟合结果误差比较少 居住人数 规范中K_h　 拟合的K_h 相对误差／% 50 6.58 6.51 1.1 100 5.12 5.14 0.4 150 4.49 4.53 0.9 200 4.13 4.17 1.0 250 3.88 3.92 1.0 300 3.70 3.74 1.1 500 3.28 3.31 0.9 1000 2.86 2.88 0.7 3000 2.48 2.44 1.6 6000 2.34 2.26 3.4

表3　 旅馆的K_h拟合结果误差比较 居住人数 规范中K_h　 拟合的K_h 相对误差／% 60 9.65 9.62 0.3 150 6.84 6.92 1.2 300 5.61 4.56 0.9 450 4.97 4.96 0.2 600 4.58 4.60 0.4 900 4.19 4.18 0.2

表4　 医院的K_h拟合结误差比较 居住人数 规范中K_h　 拟合的K_h 相对误差／% 35 7.62 不适用 不适用 50 4.55 4.49 1.3 75 3.78 3.89 2.9 100 3.54 3.54 0.0 200 2.93 2.86 2.4 300 2.60 2.56 1.5 500 2.23 2.27 1.8 1000 1.95 1.96 0.5

　　上述求值公式中，对于(1)、(2)两式，n为居住人数，对于(3)式，n为床位数。式中分别给出了相对于n的适用范围。公式(3)的拟合中，排除了表格中的第1对数据，因为这组数据明显偏离了其余各点所在的曲线。经验算，由求值公式计算的结果与表格中所给数据之间的误差如下：对于住宅，误差均在3.5％之内；对于旅馆，误差均在1.5％之内，而且分布较好，具有较高精度；对于医院，在适用范围内，误差均在3.0％之内。因此，上述公式的拟合具有比较高的准确度，在工程设计中，可以直接用这些求值公式来计算得到相应K_h的可信值。

4 结论与存在问题

　　通过前述具体的分析比较，我们对两种热水量计算方法有了进一步的理解，也得到了在具体工程设计中计算不同建筑物热水用水量时所应采用的方法，但还有一些问题有待于在实际工程中不断积累经验后才能解决，如定时供热水的情况下如何确定K_h值，以及医院病房的b值如何确定，等等。谨以此文抛砖引玉，引起各位同仁共同探讨相关问题。

参考文献：

[1] 陈耀宗，姜云源，胡鹤钧，等.建筑给水排水设计手册[M]；.北京：中国建筑工业出版社。1992.

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作者简介：王云海(1972—)，男，浙江宁波人，工程师，硕士。研究方向为给排水工程系统及其最优化，宁波市柳汀街320号，电话(0574)807114319转2422，[email protected]。