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摘要：二次供水生活给水水箱（以下简称生活水箱）是民用建筑给水系统中重要的设备之一，合理选型、充分利用其有效容积是设计的关键环节。笔者现就设计中需要注意的几个问题讨论如下。
关键词：二次供水；水箱；设计
中图分类号：TU822+.2
一、生活水箱材质的选择
生活水箱按使用材质可分为钢筋混凝土水池和装配式水箱两大类。因具有造价低廉、使用寿命长等优点，钢筋混凝土水池在城市供水公司中得到广泛应用，池容积从1000 m3到6000 m3不等。虽然在国家各类规范、法规中并未禁止钢筋混凝土水池在民用建筑中应用，但由于二次供水工程所需的水箱总容积均较小，使用混凝土水池节约的工程成本有限，更重要的是混凝土水池内表面粗糙，极易滋生青苔和微生物，造成水质二次污染，且清洗也较困难等原因，混凝土水池已逐渐淡出民用建筑舞台，即使采用也要内衬不锈钢板或内涂无毒玻璃钢等材料，降低池壁的粗糙度，从而提高卫生防疫功能。但混凝土和内衬材料的线性热膨胀系数不同，温度变化时宜发生滑脱、开裂等现象，因此，此种工艺不适用冬、夏季温差大的北方严寒地区，仅可作为旧工程改造的一项技术措施使用。
装配式水箱避免了混凝土水池卫生条件差的不足，建设成本虽略高，但具有安装快捷方便、荷载轻等优点被从业人员认可并得到广泛应用。装配式水箱又可分为不锈钢水箱、热浸镀锌钢板水箱、搪瓷钢板水箱和无毒玻璃钢水箱。其中食品级不锈钢（SUS304）水箱卫生条件优于其余产品，在条件允许的情况下，应为设计首选。无毒玻璃钢水箱质量參差不齐，有些不良制造商仅在箱体内侧使用食品级无毒材料，造成供水安全隐患，而仅靠目测很难发现上述问题。因此，笔者不建议在给水系统中使用该材质水箱。
二、生活水箱有效容积计算
生活水箱负责储备给水系统所需的调节水量，《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）2009年版（以下简称《规范》）按水箱服务范围大小分别给出了水箱（池）有效容积的计算方法，对于服务范围小的如单体建筑等规定“贮水箱的有效容积应按进水量与用水量变化曲线经计算确定；当资料不足时，宜按建筑物最高日用水量的20%~25%确定”此时，水箱有效容积即为给水系统需要的调节水量；对于服务范围大的小区给水，《规范》除规定“资料不足时，生活用水调节量按小区最高日生活用水量的15%~20%确定”外，还规定水箱的有效容积要计入“安全贮水量”，此项规定是《规范》修订后新增加的内容，往往易被从业人员忽略。《规范》3.7.2条条文说明对计入安全贮水量作如下解释：“一是最低水位不能见底，需留有一定水深的安全量，一般最低水位距池底不小于0.5m。二是市政管网供水可靠性。市政引入管根数、同侧引入与不同侧引入，可能发生事故时段的贮水量，如市政管道因爆管等原因，检修断水。三是小区建筑用水的重要程度，如医院院区、不允许断水的工业、科技园区等。安全贮水量一般由设计人员根据具体情况确定。”对“安全贮水量”《规范》没给出准确的计算方法，但根据《规范》的条文说明，我们可以得到如下信息：安全贮水量是保证供水安全的一项有效措施，在设计中应该予以考虑。对市政给水设施完善的大、中型城市中的一般生活小区如住宅小区，“安全贮水量”可以取小些；对市政给水设施完善程度一般的小城市（包括县、镇）及不允许间断供水的服务区域“安全贮水量”应该取大些。
部分专家认为安全储备容积可按“重要的小区按最高日最大时1~2小时计取；一般小区按最高日平均时1~2小时计取”，笔者基本认同专家意见，但对于除了不允许间断供水的服务小区外，最大安全贮水深度不宜大于0.5米；对于服务范围较小的如单栋建筑，可不考虑储备安全水量。
三、生活水箱有效高度的确定
生活水箱的有效高度乘以水箱投影面积所得数值即为水箱的有效容积。水箱的有效高度等于水箱几何高度减去超高、再减去最低水位至箱底的距离。水箱超高一般为定值，取0.2m，从而水箱最低水位的确定成为能否充分利用水箱容积的关键。
水箱最低水位与是否设置吸水坑、水泵吸水管、水箱放空管的安装方式均有关系。《规范》3.8.6条规定：“吸水管应设置喇叭口。喇叭口宜向下，低于水池最低水位不易小于0.3m，当达不到此要求是，应采取防止空气被吸入的措施。”“吸水喇叭口至池底的净距，不应小于0.8倍吸水管管径，且不应小于0.1m。”《二次供水技术规程》（CJJ140-2010）（以下简称《规程》）6.1.8条规定：水箱“泄水管应设在水池（箱）底部，管径不应小于DN50。水池（箱）底部宜有坡度，并坡向泄水管或集水坑。泄水管与排水系统不得直接连接并有不小于0.2m的空气间隙。”解决《规范》要求的最好办法是在水箱内设置吸水坑（槽），即可避免水泵气蚀，又可充分利用水箱容积。但不论是《国标图集》还是制造商提供的产品样本，水箱底部均为平的。笔者分析原因有2个，一是若设置低于水箱底面的吸水坑，水箱箱体及水箱基础构造复杂，加大了施工难度；二是为满足《规程》对间接放空排水的要求，水箱整体需增加架设高度，占用水箱间净空。当然，我们可以不计较水箱制造及施工难度，在设计中选用非标产品，但购进成本和土建费用均会增多，施工周期也将延长，综合经济性能未得到显著提高。因此，笔者认为就目前情况来看，装配式水箱加设吸水坑的做法是不合适的。那么是否还有其他的办法来提高水箱的有效容积利用率呢？下面通过几种安装形式的优缺点比较加以分析。
1、生活水箱与给水泵位于上下两层
生活水箱位于上层，水泵位于下层，为避免水泵吸水管出现“门”字弯，吸水管从水箱底部出水，即吸水喇叭口向上安装。此方案可保证水泵自灌式吸水、水箱间接放空，但因喇叭口向上安装，水泵工作时造成的空气漩涡漏斗将很深，按《规范》给出的安全数据推算，此深度不会小于1.0m，因此这种方案不值得采用。
2、生活水箱与给水泵位于同一个机房内
这是最常见的一种安装情况，水箱架空高度0.5m（满足《规程》6.1.7条规定），水泵基础0.2m，水箱基础底面与水泵基础底面处于同一标高。为避免水泵吸水管出现“门”字弯，吸水喇叭口水平设置。以DN200吸水管为例，喇叭口直径为DN300，下边缘距箱底0.1m，上边缘距最低水位0.3m，则箱底距最低水位的距离为0.7m。此种安装方案，除无效水深较大外，水泵自灌式吸水、水箱间接放空等要求均可以满足。
3、改进安装形式（一）
其他条件不变，将水泵基础抬高，吸水喇叭口向下安装。还以DN200吸水管为例，根据《规范》要求，喇叭口下缘距箱底0.16m，距最低水位0.3m，则无效水深为0.46m。喇叭口长度0.31m，90°弯头中心距为0.30m，则吸水管中心距机房地面为1.27m。假设吸水管中心距水泵基础顶面为0.15m，则水泵基础高度为1.12m。这种安装形式，无效水深较第二种方案减少了0.24m，但启泵水位提高了0.92m，供水安全性降低。且因水泵基础过高，设备稳定性下降。
4、改进安装形式（二）
在第三种安装方案的基础上，安装水平防涡板。所谓防涡板是一块内径与吸水喇叭口相同、外径不小于4倍吸水管直接、与喇叭口同一材质的圆环，它安装在喇叭口的下边缘，起到降低漩涡漏斗深度的作用。防涡板安装后，喇叭口下边缘距最低水位可减少至0.1m，从而无效水深减少至0.26m，启泵水位和水泵基础高度也较第二种方案降低了0.2m。综合性能好于上一种安装形式。如果机房下部还有一层功能房间，可将水箱基础高度降低至0.2m，放空管引致下一层间接排水。这样启泵水位和水泵基础高度将再降低0.3m，综合性能得到进一步加强。
根据资料，市场上有一种叫做防止旋流器的产品，防涡旋性能优于防涡板，无效水深可以减少至0.2m。但这种产品在国内大陆不常见，笔者仅在网络上找到一篇英文版的简短说明。但据同行介绍，该产品在香港地区有应用。
通过上面四种方案的比较，笔者认为在水箱容积不是很大的情况下，方案二的做法简单、安全，值得采用；在条件允许的情况下，将放空排水引致下一层的方案四做法更为合理。笔者有个设想，能否将方案二中的吸水喇叭口上部改成有一定平面面积的非标喇叭口，水平防涡板安装在该平面上。这样，即可降低无效水深，也可保证《规范》、《规程》的各项要求。
四、水箱容积验算
在水箱容积中，安全贮水量和无效贮水量占有很大比例。《二次供水设施卫生规范》（GB 17051- 1997）规定：“水箱的容积设计不得超过用户 48h 的用水。”为保证上述要求，需对正常水位下的水箱总容积进行验算。笔者认为，规范述及的“48h用水”指的是平均日用水量，在验算时还要考虑小区入住率的因素（对分为2座及2座以上水箱并联工作的情况，此因素可不考虑）。现举例说明验算方法：
位于某大城市的住宅小区，日变化系数取1.5，经计算最高日用水量为1500 m3。则平均日用水量为1000 m3，最高日平均时用水量为62.5 m3/h。调节容积取最高日用水量的15%，则水箱有效容积为225+62.5=287.5 m3，取為290 m3。设2座体积相同的给水水箱，单座尺寸为11.0×6.0×3.0（H），超高0.2m，有效水深2.2m。正常水位下2座水箱总容积370立方米，占最高日用水量的24.7%，占平均日用水量的37%，有效容积利用率78.4%。在平均日用水情况下，水箱贮备水量可循环2.5次/日，满足规范要求。
五、结束语
生活水箱的合理设置直接关系到二次供水安全，在水箱的选型、计算、安装等环节中还有很多值得研究和探讨的问题。本文中笔者阐述的观点不见得全面，希望从业同行批评指正并提出更好的建议。
参考文献：《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）
《二次供水技术规程》（CJJ140-2010）
《二次供水设施卫生规范》（GB 17051- 1997）
《Vortex Inhibitors-What are they and who needs them?》（网络搜集）
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词：二次供水；水箱；设计
中图分类号：TU822+.2
一、生活水箱材质的选择
生活水箱按使用材质可分为钢筋混凝土水池和装配式水箱两大类。因具有造价低廉、使用寿命长等优点，钢筋混凝土水池在城市供水公司中得到广泛应用，池容积从1000 m3到6000 m3不等。虽然在国家各类规范、法规中并未禁止钢筋混凝土水池在民用建筑中应用，但由于二次供水工程所需的水箱总容积均较小，使用混凝土水池节约的工程成本有限，更重要的是混凝土水池内表面粗糙，极易滋生青苔和微生物，造成水质二次污染，且清洗也较困难等原因，混凝土水池已逐渐淡出民用建筑舞台，即使采用也要内衬不锈钢板或内涂无毒玻璃钢等材料，降低池壁的粗糙度，从而提高卫生防疫功能。但混凝土和内衬材料的线性热膨胀系数不同，温度变化时宜发生滑脱、开裂等现象，因此，此种工艺不适用冬、夏季温差大的北方严寒地区，仅可作为旧工程改造的一项技术措施使用。
装配式水箱避免了混凝土水池卫生条件差的不足，建设成本虽略高，但具有安装快捷方便、荷载轻等优点被从业人员认可并得到广泛应用。装配式水箱又可分为不锈钢水箱、热浸镀锌钢板水箱、搪瓷钢板水箱和无毒玻璃钢水箱。其中食品级不锈钢（SUS304）水箱卫生条件优于其余产品，在条件允许的情况下，应为设计首选。无毒玻璃钢水箱质量參差不齐，有些不良制造商仅在箱体内侧使用食品级无毒材料，造成供水安全隐患，而仅靠目测很难发现上述问题。因此，笔者不建议在给水系统中使用该材质水箱。
二、生活水箱有效容积计算
生活水箱负责储备给水系统所需的调节水量，《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）2009年版（以下简称《规范》）按水箱服务范围大小分别给出了水箱（池）有效容积的计算方法，对于服务范围小的如单体建筑等规定“贮水箱的有效容积应按进水量与用水量变化曲线经计算确定；当资料不足时，宜按建筑物最高日用水量的20%~25%确定”此时，水箱有效容积即为给水系统需要的调节水量；对于服务范围大的小区给水，《规范》除规定“资料不足时，生活用水调节量按小区最高日生活用水量的15%~20%确定”外，还规定水箱的有效容积要计入“安全贮水量”，此项规定是《规范》修订后新增加的内容，往往易被从业人员忽略。《规范》3.7.2条条文说明对计入安全贮水量作如下解释：“一是最低水位不能见底，需留有一定水深的安全量，一般最低水位距池底不小于0.5m。二是市政管网供水可靠性。市政引入管根数、同侧引入与不同侧引入，可能发生事故时段的贮水量，如市政管道因爆管等原因，检修断水。三是小区建筑用水的重要程度，如医院院区、不允许断水的工业、科技园区等。安全贮水量一般由设计人员根据具体情况确定。”对“安全贮水量”《规范》没给出准确的计算方法，但根据《规范》的条文说明，我们可以得到如下信息：安全贮水量是保证供水安全的一项有效措施，在设计中应该予以考虑。对市政给水设施完善的大、中型城市中的一般生活小区如住宅小区，“安全贮水量”可以取小些；对市政给水设施完善程度一般的小城市（包括县、镇）及不允许间断供水的服务区域“安全贮水量”应该取大些。
部分专家认为安全储备容积可按“重要的小区按最高日最大时1~2小时计取；一般小区按最高日平均时1~2小时计取”，笔者基本认同专家意见，但对于除了不允许间断供水的服务小区外，最大安全贮水深度不宜大于0.5米；对于服务范围较小的如单栋建筑，可不考虑储备安全水量。
三、生活水箱有效高度的确定
生活水箱的有效高度乘以水箱投影面积所得数值即为水箱的有效容积。水箱的有效高度等于水箱几何高度减去超高、再减去最低水位至箱底的距离。水箱超高一般为定值，取0.2m，从而水箱最低水位的确定成为能否充分利用水箱容积的关键。
水箱最低水位与是否设置吸水坑、水泵吸水管、水箱放空管的安装方式均有关系。《规范》3.8.6条规定：“吸水管应设置喇叭口。喇叭口宜向下，低于水池最低水位不易小于0.3m，当达不到此要求是，应采取防止空气被吸入的措施。”“吸水喇叭口至池底的净距，不应小于0.8倍吸水管管径，且不应小于0.1m。”《二次供水技术规程》（CJJ140-2010）（以下简称《规程》）6.1.8条规定：水箱“泄水管应设在水池（箱）底部，管径不应小于DN50。水池（箱）底部宜有坡度，并坡向泄水管或集水坑。泄水管与排水系统不得直接连接并有不小于0.2m的空气间隙。”解决《规范》要求的最好办法是在水箱内设置吸水坑（槽），即可避免水泵气蚀，又可充分利用水箱容积。但不论是《国标图集》还是制造商提供的产品样本，水箱底部均为平的。笔者分析原因有2个，一是若设置低于水箱底面的吸水坑，水箱箱体及水箱基础构造复杂，加大了施工难度；二是为满足《规程》对间接放空排水的要求，水箱整体需增加架设高度，占用水箱间净空。当然，我们可以不计较水箱制造及施工难度，在设计中选用非标产品，但购进成本和土建费用均会增多，施工周期也将延长，综合经济性能未得到显著提高。因此，笔者认为就目前情况来看，装配式水箱加设吸水坑的做法是不合适的。那么是否还有其他的办法来提高水箱的有效容积利用率呢？下面通过几种安装形式的优缺点比较加以分析。
1、生活水箱与给水泵位于上下两层
生活水箱位于上层，水泵位于下层，为避免水泵吸水管出现“门”字弯，吸水管从水箱底部出水，即吸水喇叭口向上安装。此方案可保证水泵自灌式吸水、水箱间接放空，但因喇叭口向上安装，水泵工作时造成的空气漩涡漏斗将很深，按《规范》给出的安全数据推算，此深度不会小于1.0m，因此这种方案不值得采用。
2、生活水箱与给水泵位于同一个机房内
这是最常见的一种安装情况，水箱架空高度0.5m（满足《规程》6.1.7条规定），水泵基础0.2m，水箱基础底面与水泵基础底面处于同一标高。为避免水泵吸水管出现“门”字弯，吸水喇叭口水平设置。以DN200吸水管为例，喇叭口直径为DN300，下边缘距箱底0.1m，上边缘距最低水位0.3m，则箱底距最低水位的距离为0.7m。此种安装方案，除无效水深较大外，水泵自灌式吸水、水箱间接放空等要求均可以满足。
3、改进安装形式（一）
其他条件不变，将水泵基础抬高，吸水喇叭口向下安装。还以DN200吸水管为例，根据《规范》要求，喇叭口下缘距箱底0.16m，距最低水位0.3m，则无效水深为0.46m。喇叭口长度0.31m，90°弯头中心距为0.30m，则吸水管中心距机房地面为1.27m。假设吸水管中心距水泵基础顶面为0.15m，则水泵基础高度为1.12m。这种安装形式，无效水深较第二种方案减少了0.24m，但启泵水位提高了0.92m，供水安全性降低。且因水泵基础过高，设备稳定性下降。
4、改进安装形式（二）
在第三种安装方案的基础上，安装水平防涡板。所谓防涡板是一块内径与吸水喇叭口相同、外径不小于4倍吸水管直接、与喇叭口同一材质的圆环，它安装在喇叭口的下边缘，起到降低漩涡漏斗深度的作用。防涡板安装后，喇叭口下边缘距最低水位可减少至0.1m，从而无效水深减少至0.26m，启泵水位和水泵基础高度也较第二种方案降低了0.2m。综合性能好于上一种安装形式。如果机房下部还有一层功能房间，可将水箱基础高度降低至0.2m，放空管引致下一层间接排水。这样启泵水位和水泵基础高度将再降低0.3m，综合性能得到进一步加强。
根据资料，市场上有一种叫做防止旋流器的产品，防涡旋性能优于防涡板，无效水深可以减少至0.2m。但这种产品在国内大陆不常见，笔者仅在网络上找到一篇英文版的简短说明。但据同行介绍，该产品在香港地区有应用。
通过上面四种方案的比较，笔者认为在水箱容积不是很大的情况下，方案二的做法简单、安全，值得采用；在条件允许的情况下，将放空排水引致下一层的方案四做法更为合理。笔者有个设想，能否将方案二中的吸水喇叭口上部改成有一定平面面积的非标喇叭口，水平防涡板安装在该平面上。这样，即可降低无效水深，也可保证《规范》、《规程》的各项要求。
四、水箱容积验算
在水箱容积中，安全贮水量和无效贮水量占有很大比例。《二次供水设施卫生规范》（GB 17051- 1997）规定：“水箱的容积设计不得超过用户 48h 的用水。”为保证上述要求，需对正常水位下的水箱总容积进行验算。笔者认为，规范述及的“48h用水”指的是平均日用水量，在验算时还要考虑小区入住率的因素（对分为2座及2座以上水箱并联工作的情况，此因素可不考虑）。现举例说明验算方法：
位于某大城市的住宅小区，日变化系数取1.5，经计算最高日用水量为1500 m3。则平均日用水量为1000 m3，最高日平均时用水量为62.5 m3/h。调节容积取最高日用水量的15%，则水箱有效容积为225+62.5=287.5 m3，取為290 m3。设2座体积相同的给水水箱，单座尺寸为11.0×6.0×3.0（H），超高0.2m，有效水深2.2m。正常水位下2座水箱总容积370立方米，占最高日用水量的24.7%，占平均日用水量的37%，有效容积利用率78.4%。在平均日用水情况下，水箱贮备水量可循环2.5次/日，满足规范要求。
五、结束语
生活水箱的合理设置直接关系到二次供水安全，在水箱的选型、计算、安装等环节中还有很多值得研究和探讨的问题。本文中笔者阐述的观点不见得全面，希望从业同行批评指正并提出更好的建议。
参考文献：《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）
《二次供水技术规程》（CJJ140-2010）
《二次供水设施卫生规范》（GB 17051- 1997）
《Vortex Inhibitors-What are they and who needs them?》（网络搜集）
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。