1.水的使用,取用和存儲(chǔ)評(píng)價(jià)英國政府所承擔(dān)的超過一半的公共可用水都是用在各類的建筑物上。這些水用于家庭日常用水,包括家中各種各樣的用水活動(dòng)、生活用水和辦公室、學(xué)校、醫(yī)院的廚房用水以及其它用水。建筑設(shè)計(jì)者對(duì)用水量的多少需要廣泛的信息。他(她所需關(guān)注的是傳統(tǒng)建筑和特殊建筑對(duì)用水的需求,包括各種用水活動(dòng)的用水需求和建筑內(nèi)部增長的各種類型的用水需求,還包括客觀估計(jì)的存儲(chǔ)水量和那些來自各種不同衛(wèi)生器具間歇用水而增加的水量。這種需求水量不能容易得到。這需要建筑物內(nèi)部實(shí)際的用水量信息以及與建筑物本身相關(guān)聯(lián)的用水量信息,還需要一種理論框架去適應(yīng)由這種方法得到的數(shù)據(jù)并為這種設(shè)計(jì)方法提供基礎(chǔ)。統(tǒng)計(jì)和可能性分析為理論分析和設(shè)計(jì)步驟提供了必要的框架,但是關(guān)于用水需求量和用水方式的實(shí)際適用的數(shù)據(jù)是難以得到的。可以通過實(shí)驗(yàn)來獲得數(shù)據(jù),但是這種實(shí)驗(yàn)必須仔細(xì)的設(shè)計(jì),如果這種實(shí)驗(yàn)確實(shí)有用就應(yīng)該完全實(shí)行。實(shí)驗(yàn)中很有必要去監(jiān)測(cè)建筑物的總供水量和它一天的變化情況、管網(wǎng)中支管的流量變化、經(jīng)常使用的衛(wèi)生器具和排入排水管的確切水量等這些數(shù)據(jù)。因此,在這個(gè)領(lǐng)域?qū)嶒?yàn)調(diào)查稀缺一點(diǎn)也不令人感到驚奇。這些實(shí)驗(yàn)調(diào)查幾乎都是由國家相關(guān)建筑研究機(jī)構(gòu)和大學(xué)實(shí)施。因此,設(shè)計(jì)者只有將就用著這些有限的實(shí)際信息,盡量地在理論框架內(nèi)來使用這些信息并且以工程學(xué)判斷的方法來彌補(bǔ)可靠數(shù)據(jù)的缺失。水的使用我們現(xiàn)在轉(zhuǎn)向那些從各方面考慮起來的負(fù)荷評(píng)估的實(shí)際數(shù)據(jù)。從表1.1、表1.2和圖1.1來看,后者估算英格蘭和威爾士的總用水量為13000ml/d,這個(gè)概括的數(shù)據(jù)雖然不是為了設(shè)計(jì)直接使用,但是卻提供了有用的提示。顯然從生產(chǎn)負(fù)荷的觀點(diǎn)來看,這些用于住處沖洗廁所、浴缸和淋浴等消耗水量的衛(wèi)生器具是值得關(guān)注的。在商業(yè)和工業(yè)中,沖洗便器的水量還是占有相當(dāng)數(shù)量的。水的使用總量是在變化的,例如降低廁所貯水器的容積經(jīng)過一定的時(shí)間會(huì)影響總的情況—詳見表1.2。節(jié)約用水將在11章講述,11章將會(huì)講述更多關(guān)于水的使用情況.從設(shè)計(jì)的觀點(diǎn)來看,下一步有必要考慮用水活動(dòng)的多少以以及將來用水量在一天中的分布。很顯然,影響衛(wèi)生間大量用水的情況主要看用水在一天中的分布是否均勻或者它是否集中在幾個(gè)高峰的時(shí)段。小便器的大量用水主要用在小便器的自動(dòng)沖洗并且這種沖洗時(shí)間間隔是比較規(guī)則的。這些簡單的例子是為了舉例說明在傳統(tǒng)建筑中水的使用方式的重要性。有些數(shù)據(jù)是可以獲得的,在倫敦大部分廣泛的研究都是在一幢公寓中實(shí)施的,研究手段有儀器和問卷等。圖1.2舉例說明了在一個(gè)大的公寓中利用一天的時(shí)間研究而獲得的具體的用水形式的數(shù)據(jù)。這次研究表明主要的用水活動(dòng)有沐浴、衛(wèi)生間用水和飲用水,這些用水量常常占總用水量的大約80%。更廣泛地講,擁有一到二個(gè)成年人和55%擁有小孩的一個(gè)家庭所在的大的住宅(兩到三個(gè)房間中和許多住戶是退休者的小住宅中,主要有三個(gè)時(shí)段使用衛(wèi)生器具。這些時(shí)段是6點(diǎn)到9點(diǎn);17點(diǎn)到20點(diǎn)和21點(diǎn)到24點(diǎn)。在一天中使用洗滌池比使用衛(wèi)生間和洗臉盆分布更均勻。應(yīng)該注意到這些記錄是與出口處的供水量相關(guān)聯(lián)的,許多用水量并不包括灌滿洗滌池或槽的用水量—雖然在這方面沒有直接的證據(jù)。后者更為重要,因?yàn)檫@關(guān)系到廢水管網(wǎng)系統(tǒng)和污水池的水力負(fù)荷,后面將會(huì)對(duì)此觀點(diǎn)進(jìn)行討論。有一細(xì)節(jié)在這組圖表中并沒有記錄,以此為例,這些問題顯示出沐浴用水是在一周中分布的,而且沒有證據(jù)表明存在一個(gè)特殊時(shí)期是人們鐘愛沐浴而用水的。最近,由巴特勒組織的一個(gè)小規(guī)模的日常調(diào)查在英格蘭東南部已經(jīng)實(shí)施,調(diào)查的對(duì)象為由1到5人組成的28個(gè)不同的家庭。樣品中包含有50%的職業(yè)人員和15%的普通人員。所有人員允許使用衛(wèi)生間、洗臉盆、浴缸和洗滌池,其它器具在一定程度上可用。這項(xiàng)工作是在1987年的11月中旬的連續(xù)7天的時(shí)間內(nèi)完成的。上述報(bào)告顯示出:在工作日早上用水器具更頻繁地使用,達(dá)到高峰,這里定義為早上7:30至8:30。特別是洗臉盆和衛(wèi)生間在這個(gè)時(shí)段使用最多,而洗滌池在一天中的使用比較均勻。周末水的使用一般分布比較均勻和負(fù)荷比較低。因此,工作日高峰時(shí)期的數(shù)據(jù)應(yīng)該繼續(xù)用于實(shí)際設(shè)計(jì)是值得推薦的。表1.3總結(jié)了按照每戶用水量而得到的主要數(shù)值。分析將會(huì)繼續(xù)以觀察對(duì)用戶用水量的影響。對(duì)于經(jīng)常使用的衛(wèi)生間、洗滌池、浴缸和洗衣機(jī)等器具的用水量,發(fā)現(xiàn)其增長和住戶人數(shù)成比例增長(單位為用水量/戶/天。研究數(shù)據(jù)在圖1.3中總體較平滑和彎曲地表現(xiàn)了每個(gè)人的定額,它顯示出了早晨峰值的重要性和提供了實(shí)際用水量定額(如果要求的信息(獲得的頻率值(頻率/人/天乘以0.06。作為對(duì)照,作者寫到他從圖1.3得到的衛(wèi)生間峰值為0.45/人/天,少于編者的0.59/人/天這個(gè)數(shù)據(jù)。差異可能是由于被測(cè)者來自不同的社會(huì)團(tuán)體和不同的地域—獨(dú)立的房屋對(duì)照于公寓。他還寫道在報(bào)告中有一個(gè)明顯不一致的地方,那就是編者的研究中使用了熱水(1972,其熱水的使用量可能太高。按照巴特勒的方法,Gatt(1993報(bào)告了一份由馬耳他52個(gè)家庭組成的研究,該研究提供了上述概述類型的大量數(shù)據(jù)。他獲得的衛(wèi)生間工作日的高峰值為0.39/人/天—對(duì)比于前面章節(jié)的數(shù)值。20世紀(jì)90年代,T.P.Konen和同事Stevens,S.Murakama和廣島大學(xué)的同事以及東京技術(shù)部的F.Kiya已經(jīng)領(lǐng)會(huì)在到在該領(lǐng)域的實(shí)驗(yàn)工作的重要性。使用的概率分析需要的出口處的使用概率值將會(huì)在后面敘述。類似的概率值按照出口處的平均使用時(shí)間以及相關(guān)聯(lián)的隨機(jī)系列平均使用間隔來描述。換句話說,出口處任何時(shí)間內(nèi)的概率值定義為t/T的比值,其中t為出口處使用時(shí)間的平均值,T為使用間隔的平均值。在一般的研究中,求知概率值是確定獨(dú)立出水點(diǎn)在一個(gè)小時(shí)內(nèi)的使用時(shí)間所占的比例而確定的。按照這種方式獲得的一天的曲線與相關(guān)聯(lián)的表1.2中的用水活動(dòng)具有大致相同的形狀。在一天中很長時(shí)段如果一個(gè)器具沒有使用,就會(huì)發(fā)現(xiàn)它的使用概率值就會(huì)減小,使用的主要時(shí)段就會(huì)出現(xiàn)較大的概率值。作為一個(gè)例子,在這個(gè)研究中,大的公寓內(nèi)衛(wèi)生間在早晨一個(gè)小時(shí)內(nèi)的高峰時(shí)段的最大平均概率值大約為0.05。這還與沖洗貯水器的閥門有關(guān),意味著閥門沖洗的時(shí)間為0.05個(gè)小時(shí),也就是一個(gè)小時(shí)大約為3分鐘。據(jù)而制成的圖表。前面關(guān)于給水出水點(diǎn)的數(shù)據(jù)適用于給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì),然而廢水和污水排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要衛(wèi)生器具排水量的概率值。早期的數(shù)據(jù)(表1.5是在當(dāng)?shù)毓⒆罱P(guān)于出水點(diǎn)處的信息報(bào)告是否從某種形式上與表1.4相關(guān)聯(lián)是值得考慮的,支持和夸大他們或者顯示出了生活方式的改變。從研究中得到的關(guān)于水的供應(yīng)概率值為0.05的這個(gè)數(shù)值應(yīng)用于家庭環(huán)境中衛(wèi)生間的主要時(shí)段的使用頻率值是可以看作合乎情理的。這個(gè)值與已經(jīng)記錄流入的流量相關(guān)聯(lián),因此,它和給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)相關(guān)聯(lián)。然而對(duì)于廢水和污水排水系統(tǒng),相關(guān)聯(lián)的數(shù)值是鉸鏈孔處的出流量的概率值。這個(gè)值是小于相關(guān)聯(lián)的流入流量,和實(shí)際的流動(dòng)時(shí)間成比例。為了轉(zhuǎn)換流出概率值,很有必要知道注入時(shí)間和流出時(shí)間。根據(jù)研究描述得知:衛(wèi)生間的流入時(shí)間主要介于60至120秒之間,90%的時(shí)間它的流入時(shí)間超過75秒。以75秒為一個(gè)計(jì)算基本值,可以假定出流時(shí)間為5秒鐘,也就是可以把出流概率值看作是5/75或者是1/15,作為例子,與之相對(duì)應(yīng)的入流概率值為1/15*0.05或者為0.0033。這個(gè)計(jì)算序列已經(jīng)在表1.6中給出,表1.6還給出了洗臉盆的相類似的計(jì)算結(jié)果。從后面來看,這種折算更值得懷疑,因?yàn)閷?duì)于注入數(shù)據(jù),還沒有辦法知道供應(yīng)水是否用于充滿洗菜盆和它是否直接排入廢水管。后面的情況流出和流入的概率值可能或多或少相同。表1.6對(duì)以前得到的概率值和表1.6所列的數(shù)據(jù)按照相同的排序給出了暫時(shí)的評(píng)估。巴特勒?qǐng)?bào)道了他從28個(gè)家庭的研究中觀察得到的參數(shù)。表1.4中關(guān)于寫字樓的數(shù)據(jù)也將可能作出暫時(shí)性的解釋以用于排放。假定衛(wèi)生間的排出時(shí)間為5秒和給出了使用間隔,男人的排出概率值為0.0042,而女人則為這些數(shù)據(jù)與50%范圍的人口相關(guān)。推薦的準(zhǔn)則將會(huì)在更廣闊的人群中獲得許可。例如,對(duì)于75個(gè)人,無論對(duì)于要求還是義務(wù),頻率值將會(huì)更高。沒有數(shù)據(jù)適應(yīng)于洗臉盆,但是可以假定它與衛(wèi)生間的使用頻率是相同的—雖然人們不一定常常上完衛(wèi)生間就洗手,他們是經(jīng)常使用水龍頭洗手而不是一個(gè)充滿水的盆子。為了編寫準(zhǔn)則和規(guī)范的目的,很有必要降低使用簡單形式的數(shù)據(jù)和給出設(shè)計(jì)者在應(yīng)用上的適當(dāng)指引。早前的數(shù)據(jù)(表1.5已經(jīng)被廣泛用于指導(dǎo)使用間隔和將來家庭使用的概率值。列舉的三個(gè)器具的使用間隔大約為1200秒,后面的用于家庭中供水和排水設(shè)備的數(shù)據(jù)也常常認(rèn)為是合適的。但是對(duì)于寫字樓和工廠,預(yù)期用水量將會(huì)更加沉重。衛(wèi)生間用于定時(shí)沖刷的水量也許會(huì)達(dá)到極端,其間隔會(huì)達(dá)到大約120秒。正如已經(jīng)解釋過的那樣,數(shù)據(jù)是缺乏的。實(shí)際經(jīng)驗(yàn)告訴我們這種高頻率在現(xiàn)實(shí)中是不實(shí)際的。作為替代,300秒經(jīng)常假定為高峰或擁擠時(shí)段使用的時(shí)間間隔,而公共或商業(yè)用途則為300秒,這些數(shù)值將會(huì)在后面使用。設(shè)計(jì)者用他們的經(jīng)驗(yàn)和出版物的數(shù)據(jù)來選擇合適的概率值以滿足特殊情況。理論上的考慮如果建筑內(nèi)所有的可用器同時(shí)使用,設(shè)計(jì)令人滿意的給水和排水系統(tǒng)將會(huì)只與流體機(jī)理有關(guān)的事了。這種情況與ε實(shí)際情況相差甚遠(yuǎn),用水活動(dòng)在一天中是分散的,建筑物內(nèi)的任意一種器具在任意時(shí)刻的使用概率值是很小的。因此,決定器具同時(shí)使用的合理的假定組合的某些方法必須找到,這些方法將會(huì)是設(shè)計(jì)或測(cè)試給水、排水和污水裝置的基礎(chǔ)。從前,研究的興趣在于器具的供水方面;以后,興趣集中于那些概率值存在差異的器具的排放方面,正如從供水概率值中已經(jīng)看到的那樣。負(fù)荷一旦估計(jì)出來,正如第八章提綱所述的流體機(jī)理的一般過程將會(huì)用于確定裝置的尺寸。理論的基礎(chǔ)將會(huì)用于統(tǒng)計(jì)理論,還將適用于解決那些原則基本相似的一些學(xué)科的問題。Hunter(1940是最先用統(tǒng)計(jì)理論去設(shè)計(jì)建筑給水系統(tǒng)的人之一。Wise和Croft引進(jìn)了一個(gè)相似的方法用于污水和廢水設(shè)計(jì)的研究,這種方法從那時(shí)起廣泛用于這種特殊的系統(tǒng)并不斷改進(jìn)和發(fā)展。與衛(wèi)生器具使用相關(guān)的概率值的方法在前面已經(jīng)介紹過了?？紤]中的系統(tǒng)服務(wù)于建筑內(nèi)分布的許多器具,它的使用與其它系統(tǒng)或多或少的相對(duì)獨(dú)立。如果任意一個(gè)器具在T秒時(shí)間內(nèi)的平均使用時(shí)間為t秒,那么它在任意時(shí)間的使用概率值p定義為p=t/T。這個(gè)器具在T秒內(nèi)不使用的時(shí)間為(T-t秒,因此,它的不使用概率值為(T-t/T或(1-t/T或(1-p。舉個(gè)例子,在前面的部分發(fā)現(xiàn)的衛(wèi)生間排放的概率值為0.0044,不排放的概率值較大,為0.9956。換句話說,每個(gè)衛(wèi)生間在高峰使用時(shí)間的平均不使用污水和廢水系統(tǒng)的時(shí)間占該時(shí)段的所有時(shí)間的99.56%。各種給水器具同時(shí)使用和不使用的概率值為每個(gè)單獨(dú)概率值的乘積。所以兩個(gè)同時(shí)使用的概率值為p2,三個(gè)為p3,如此類推。一個(gè)規(guī)定數(shù)量的器具和其它將使用的器具的概率必須同時(shí)考慮使用的概率值和不使用的概率值。此外,很有必要讓所有器具的可能組合估計(jì)一個(gè)可能的負(fù)荷;例如,有A,B,C三個(gè)器具。A和B,A和C,B和C就是所有可能使用的組合。這些考慮導(dǎo)致用二項(xiàng)式定理來描述幾件相同類型器具中任意r件同時(shí)使用的概率值P為:P=Crnpr(1-pn-r(1.1其中Crn表示n件器具同時(shí)使用r件的組合數(shù)。當(dāng)概率值很小就如考慮中的很多特殊情況,泊松將這個(gè)公式換算成一個(gè)更簡便的公式:P=e-εεr/r!(1.2其中e自然對(duì)數(shù),其值為2.7183同時(shí)e=np。表1.7中的有些例子的概率值是從上述兩個(gè)表達(dá)式計(jì)算出來的(附帶提一下泊松.泊松表達(dá)式也許對(duì)初步勘探問題比較有用。式(1.1為給水初步設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)負(fù)荷以及污廢水管道裝置提供了一個(gè)基本的工具。計(jì)算過程就是估算一個(gè),二個(gè),三個(gè)或更多器具同時(shí)使用的概率值,計(jì)算結(jié)果與一些標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范作R=0….10P=1.00R=1….10P=0.1534R=2….10P=0.0124R=3….10P=0.00068R=4….10P=0.00002etc當(dāng)多于兩個(gè)或三個(gè)組合時(shí),其概率值是非常小的。作為一個(gè)特殊的服務(wù)標(biāo)準(zhǔn),0.01一個(gè)值通常應(yīng)該減小的。換句話說,實(shí)際的負(fù)荷應(yīng)該超過設(shè)計(jì)負(fù)荷而少于時(shí)段的1%。在這個(gè)基礎(chǔ)上,上述例子的設(shè)計(jì)負(fù)荷應(yīng)該是任意兩個(gè)洗滌漕的組合,三個(gè)洗滌槽同時(shí)使用的可能性是小于0.01的。常規(guī)項(xiàng)目這些建議的設(shè)計(jì)的問題的考慮因素可以表達(dá)為:∑Crnpr(1-pn-r=0.01其中∑表示上述所指項(xiàng)目的總和。這個(gè)計(jì)算過程就是第四章表4.2的基礎(chǔ),當(dāng)然,如果有需要,它還能延伸到更大數(shù)量的器具上。t=rr=n計(jì)算結(jié)果得到的。設(shè)計(jì)過程的建立到目前為止,討論只是集中于相同類別的獨(dú)立組別的器具,但是在實(shí)際中,管道系統(tǒng)通常包括各種各樣的器具。上面提出的方法沒有考慮在一個(gè)混合系統(tǒng)中各種不同樣式器具重疊的可能性和不可能性,因此,這種方法傾向于超安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。Hunter(1940首先認(rèn)識(shí)到在一個(gè)大型建筑估計(jì)給水負(fù)荷的這種缺陷,他試圖用分配一個(gè)“加權(quán)的”或“固定單元”到每一個(gè)器具的方法來克服這種缺陷,就好像一個(gè)負(fù)荷傾向的表達(dá)式。他的方法已經(jīng)廣泛使用,也適用于污水和廢水管道的設(shè)計(jì)。在過去多年中許多類似的方法已經(jīng)提出,例如Griffiths(1962,BurberryandGriffiths(1962.等的理論。最近,一種被稱為二項(xiàng)式分布的嚴(yán)密的實(shí)用性方法已經(jīng)嘗試于公寓的給水服務(wù)設(shè)計(jì)。這種方法要求比式(1.1更復(fù)雜的表達(dá)式,它把各種各樣的器具的每個(gè)不同概率值都直接考慮進(jìn)去。自從研究提及在設(shè)計(jì)方法中包括經(jīng)濟(jì)領(lǐng)域而超出傳統(tǒng)方法后,在這個(gè)領(lǐng)域更多的研究是值得的。用水當(dāng)量的方法首先認(rèn)為用水當(dāng)量的方法已經(jīng)很好的建立并已經(jīng)用于各種準(zhǔn)則中。這種方法是基于不同數(shù)量的器具因?yàn)樗鼈兊奶匦詴?huì)產(chǎn)生一個(gè)給定的流量負(fù)荷的事實(shí)的基礎(chǔ)上。因此圖1.5表明家庭排水系統(tǒng)10L/s的流量與大約160個(gè)衛(wèi)生間器具(13L或者270個(gè)洗滌槽所產(chǎn)生的流量差不多;13L是英格蘭傳統(tǒng)器具的流量,同時(shí)在此作為一個(gè)例子。因此這些器具的負(fù)荷量的相對(duì)值為:(1/160/(1/270假設(shè)這個(gè)衛(wèi)生間器具的13L分配一個(gè)10的數(shù)值作為它產(chǎn)生的負(fù)荷的表達(dá)式。根據(jù)這些圖形,那么洗滌槽相對(duì)于衛(wèi)生間就有一個(gè)5.9的值,因?yàn)?5.9=10*160/270。我們可以這么說10L/s的流量是由160個(gè)衛(wèi)生間器具(每個(gè)有一個(gè)10的值或270個(gè)洗滌槽(每個(gè)有一個(gè)5.9的值所產(chǎn)生。這種想法就是用水當(dāng)量方法的基礎(chǔ),重要的部分是小心的選擇一個(gè)i來建立當(dāng)量值來表達(dá)用于不同頻率的不同器具產(chǎn)生的負(fù)荷量、流量間的關(guān)系以及總的器具近照這些單元值來表達(dá)的負(fù)荷量。這種方法的兩種構(gòu)成部分是緊密相聯(lián)的。表1.8給出了平常使用的器具的給水和排水當(dāng)量值;還給出了得到圖1.5基本的曲線的所使用的獨(dú)立的器具的給水和排水的流量值。這些