步入二十一世纪，我国建筑给水排水工程取得了令人欣喜的成就，在经济较发达的大城市、新建城区，建筑给排水设计、施工愈发完善，材料选用也越来越注重质量，为提高人民生活水平，提升生活舒适度作出了巨大贡献。但是在我国相当大的范围内，如经济欠发达的中小城市、旧城区、乡镇等地，建筑给排水工程依然没有得到科学的体现，停留在经验的基础上。笔者所处当地，十年以上的建筑给水大量采用的依然是镀锌钢管，且给水管线的布置并未经过科学设计，使用时间一长，问题层出不穷，其中因为管道设计不合理及材料老化引发的水压波动问题便是一个普遍现象，笔者试图通过以下具体实例对此进行简析。
某住宅为职工宿舍，投入使用已逾二十年，目前供水一直存在如下问题：任一个水龙头（设为S）在用水时，只要其他用水设备（包括相近楼层用水设备）开启，那S流量即会受到影响，流量减小；甚至其他邻近住宅楼用水量较大时，本楼水压会急剧下降。这一现象给住户多少造成了生活上的不便，特别是冬天在用燃气热水器淋浴时，流量变化影响到燃气热水器的效率，使出水忽冷忽热，严重时无法启动热水器，洗澡变成了并不舒适的事情。但究竟是什么原因引起的这种现象呢？笔者试图通过实地调查寻求原因。
首先了解到该住宅为小区水塔重力供水，水塔位于一座丘陵之上，除去小区给水管网的水力损失，该水塔能为本住宅提供0.4 MPa的压力。本住宅给水布置为：六层、四单元住宅，每单元12户，每单元每层2户。用水设备为：每户设蹲便器一个，由于其采用公称直径为DN25的镀锌钢管，普通球阀洗涤盆水嘴，所以取其给水额定流量取0.2L/s，当量1.0；燃气型热水器1台，额定流量0.15L/s，当量0.75；洗衣机1台，额定流量0.2L/s，当量1.0；洗涤盆1个，额定流量0.2L/s，当量1.0；平均每户人口3.5人；现有给水管道敷设如下：整栋建筑入户管为DN40，DN15入户。管道布置示意图如下：
根据最新国家《建筑给水排水设计规范GB50015－2003》（以下简称《建规》），应采用概率法进行给水设计秒流量的计算。根据本住宅配置的卫生器具当量总数、使用人数、用水定额、用水时数及小时变化系数，计算最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率：
其中：
U0——生活给水管道的最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率（％）；
q0——最高用水日的用水定额，根据规范，按表1数据采用；
m——每户用水人数；
Kb——小时变化系数，按表1采用；
T——用水时数（h）；
Ng——每户设置的用水器具给水当量数；
0.2——一个卫生器具给水当量的额定流量（L/s）。
表1： 住宅最高日生活用水定额及小时变化系数
| 住宅类别 | 卫生器具设置标准 | 用水定额(L/人.d) | 小时变化系数Kh | |
| 普通住宅 | I | 有大便器、洗涤盆 | 85～150 | 3.0～2.5 |
| II | 有大便器、洗脸盆、洗涤盆、洗衣盆、热水器和沐浴设备器 | 130～300 | 2.8～2.3 | |
| III | 有大便器、洗脸盆、洗涤盆、洗衣机、集中热水供应（或家用热水机组）和沐浴设备 | 180～320 | 2.5～2.0 | |
| 别墅 | 有大便器、洗脸盆、洗涤盆、洗衣机、洒水栓，家用热水机组和沐浴设备 | 200～350 | 2.3～1.8 | |
然后根据管段上的给水当量总数，计算出该管段上卫生器具给水当量的同时出流概率U：其中：
U——计算管段上卫生器具给水当量同时出流概率（％）；
ac——对应于不同U0的系数，按表2查看；
Ng——每户设置的用水器具给水当量数。
最后按公式：
算出该管段设计秒流量qg（L/s）。
表2： 给水管段卫生器具给水当量同时出流概率计算式，
ɑc系数取值表 U0～ac值对应表
| U0 (%) | ac |
| 1.0 | 0.00323 |
| 1.5 | 0.00697 |
| 2.0 | 0.01097 |
| 2.5 | 0.01512 |
| 3.0 | 0.01939 |
| 3.5 | 0.02374 |
| 4.0 | 0.02816 |
| 4.5 | 0.03263 |
| 5.0 | 0.03715 |
| 6.0 | 0.04629 |
| 7.0 | 0.05555 |
| 8.0 | 0.06489 |
在本例中，户当量Ng＝3.75，用水定额参考四川省相关统计数据可采250L/人·d；户均人数3.5人；用水时数24h，小时变化系数2.8，则根据以上公式设立计算表分别求出给水立管示意图上各管段设计秒流量（注：指建筑物内，卫生器具按配水最不利情况组合出流时的最大瞬时流量）：
该住宅最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率：
取3.8％；
参考给水立管示意图，将以上数据列入计算表计算得：
求出了设计秒流量，对我们确定管径和进行水力计算提供了依据。
对于钢管和铸铁管，水力计算一般采用以下公式：
其中：
i——水力坡降；
λ——摩阻系数；
——管子的计算内径（m）；
v——平均水流速度（m/s）；
g——重力加速度，取9.81（m/s2）
应用（A）公式时，必须先确定求取系数λ的依据。对于旧的钢管和铸铁管，
管壁如发生锈蚀或沉垢，管壁粗糙度将增加，从而使系数λ增大。公式（A—a）和公式（A—b）适用于旧钢管和铸铁管这类管材的自然粗糙度。本例中的管道是已经使用十年以上的旧镀锌钢管，满足上列条件。结合公式（A—a）和公式（A—c），求出λ带入公式（A），得出旧钢管和铸铁管的计算公式：
实际工程中，我们即可根据公式（B）、（C）来计算水头损失，人们也以此编制了《给水钢管（水煤气管）水力计算表》。
根据《建规》3·6·8条规定：住宅的入户管，公称直径不宜小于20mm。本例中，所设DN15的入户管并不合适，而0－A1段设计秒流量为0.40L/s，根据实验室资料，查阅《给水钢管（水煤气管）水力计算表》，DN15的镀锌钢管在通过0.40L/s流量时管内平均流速达到了2.34m/s，i（水力坡降）值达到14.08kpa/m，即经过一米长的管段水压降低了14.08kpa，形象地描述即产生了1.408m的水头损失（注：指水通过管渠、设备、构筑物等引起的能量损耗）。这样的压降是非常明显的，由此解释了与热水器一墙之隔的水龙头打开为何会引起热水器水压降低，甚至火灭的明显影响。
同样的道理，我们可检查供给该栋楼的干管设置的合理性：该楼给水横干管为DN40，同样由给水立管示意图可见，3－4管段的设计秒流量为3.58L/s，查《给水钢管（水煤气管）水力计算表》得：v＝2.85m/s，i＝5.702kpa/m，《建规》3·6·9条规定：生活给水管道水流速度宜采用表3数值：
表3： 生活给水管道的水流速度
| 公称直径（mm） | 15～20 | 25～40 | 50～70 | ≥80 |
| 水流速度（m/s） | ≤1.0 | ≤1.2 | ≤1.5 | ≤1.8 |
而本例给水横干管实际水流流速达到了2.85m/s，远大于《建规》规定值，直接带来的影响是：流速过大引起“水锤”（注：指在有压管路中，由于某种外界原因如阀门突然关闭、水泵机组突然停车等，使水的流速发生突然变化，从而引压强急剧升高和降低的交替变化，这种水力现象称为水击或水锤），从而引起噪声（住户时常感觉到水管颤动，咔咔作响），损坏管道或附件，缩短管道寿命，增加管段的水头损失，提高建筑内给水所需压力，从而产生其他住宅楼大量用水（引起给水干管压力降低）致使本楼水压不足的现象。
通过以上分析，笔者找到和解释了本文开头提出的问题，该住宅楼已经建成二十余年，其中的给水管道全部采用的是镀锌钢管，已经完全达到使用寿命，锈蚀现象严重。为了保障人民生活质量和安全，建议对该楼给水设施进行全面改造，按照新规范舍弃国家早以明文规定禁止使用的镀锌钢管，采用更安全和水力条件更好、使用寿命更长的新型管材。
假设以当前管线排布形式不变，仅更换管材，目前广泛用于给水的管材很多，各种金属管材、混合式管材及热塑性管材的塑造技术已经非常成熟。以被普遍认可的Ⅲ型聚丙烯冷水管为例，该管材压力等级1.2~3.2 MPa，对于本例小区水塔重力给水提供的0.4MPa压力来说，完全能够满足要求。对于PP-R管，计算管径见表4：
表4： PP-R计算管径表
| 公称外径 (De mm) | 20 | 25 | 32 | 40 | 50 | 63 | 75 | 90 | 110 | |
| 计算内径 dj(mm) | 冷水管 | 15.6 | 20.4 | 26.2 | 33.0 | 41.4 | 52.2 | 62.2 | 74.8 | 91.6 |
| 热水管 | 13.4 | 16.8 | 21.8 | 27.4 | 34.4 | 43.4 | 51.8 | 62.4 | 76.2 | |
对于户内管段，可如下选择（参见标准层给水轴测图）：0～1管段即进户管，已选De32管径的PP-R管；1～3管段可选De25管径；1～4管段在1节点处用三通分水后，可继续用De32管径的PP-R 管；4节点依然采用三通分水，4～5管段选择De25管径；4～6管段选用De25管径；6～7管段选用De20管径即可。经计算改造后，该栋建筑存在的水压波动问题将得到解决。
当然，这只是理论方案之一，在实际改造工程中，应根据城市规划、资金情况等实地考虑，尚有多种过渡方案如架设屋顶水箱、住宅给水干管成环等，相信随着我们国力的增长，人民生活水平将会得到质的提高，今后的建设工程也会越来越规范、舒适。
参考书目：
《建筑给水排水设计规范GB50015－2003》―――――――――――――――建设部
《建筑给水聚丙烯管道(PP—R)应用技术规程》―――――――――广州市建设委员会
《给水排水工程水力计算图表》―――－李田 闫胜全 宁希南·中国建筑工业出版社
