专利名称：一种生活给水秒流量试验方法
技术领域：
本发明属于建筑生活给水秒流量的试验方法，适用于各种类型建筑生活给水系统的给水秒流量试验。
背景技术：
目前生活给水秒流量试验方法可归结为平方根法、器具用水概率法和平方根概率修正法三种。
平方根法是根据实测数据用统计分析等途径确定主要变量之间的近似关系。平方根法存在以下缺点①需要实测的数据量大，要投入大量人力物力，试验历时长；②数据统计分析过程繁杂；③不同国情、不同地域实测数据差别很大，试验得到的平方根公式计算结果差别很大，通用性差；④试验样本容量和供水保证率不明确。
器具用水概率法是通过实测大量卫生器具在不同用水状况下的用水概率，再对实测数据进行加工整理得到各种相应配套的设计图表，供设计使用。器具用水概率法存在以下缺点①需要实测的数据量大，要投入大量人力物力，试验历时长；②数据加工整理过程繁杂；③因不同国情、不同地域用水概率差别很大，整理加工而成的各种设计图表通用性差；④试验样本容量不明确。
平方根概率修正法是现行《建筑给水排水设计规范》〔GB50015-2003〕第3.6.4款住宅建筑生活给水秒流量所用的试验方法，是以最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率为概率共同边界条件，以5000人的的普通II型住宅最大用水时平均秒流量与设计秒流量相吻合做为秒流量边界，以幂函数做为概率分布函数，对平方根法加以修正。平方根概率修正法除了存在平方根法的弊端外尚存在以下缺点①将秒流量边界固结在用水总人数达5000人的普通II型住宅，每户配置的卫生器具给水当量为4，每户平均3.5人的样本条件下，使平方根概率修正法不具备普遍性和通用性；②算法中所用的小时变化系数Kh取值与其相对应的样本条件是否一致未经实测较验，即所用的Kh值是否与普通住宅II型，每户配置的卫生器具给水当量为4，每户平均3.5人，用水总人数5000人的样本条件相一致，未经实测较验；③以幂函数做为概率分布函数不够合理。
发明内容
为了克服平方根法、器具用水概率法和平方根概率修正法等给水秒流量试验法存在需实测数据量大、数据整理加工繁杂、通用性差以及试验样本容量和供水保证率不明确的缺点，本发明提供一种新的生活给水秒流量试验方法，通过建立样本容量数学模型、用水概率数学模型和给水秒流量数学模型，避免直接实测大量卫生器具在不同用水状况下的用水概率，只需实测样本收敛点的最大日逐时流量，经简单数据整理得到收敛点处的用水定额与小时变化系数之积，便能在一定的样本条件下推求任意节点单位当量最大用水概率，试验结果能得到该类型给水系统在一定样本容量试验条件下和一定供水保证率下的给水秒流量表，供设计直接查用，使生活给水秒流量设计步入更加科学、简便的轨道。本发明所采用的技术方案是 A.建立样本容量数学模型、用水概率数学模型和给水秒流量数学模型。由实际情况可知，在给水系统中卫生器具的开启和关闭是相互独立的随机事件，服从二项分布，当样本容量充分大时则服从正态分布，可得到给水秒流量数学模型 qg-计算节点给水秒流量(L/s)； N-计算节点所包含的有效给水当量数； m-计算节点在设计秒时段内同时开启的当量数，简称同启当量数； p-计算节点在设计秒时段内单位当量用水概率即平均每当量的用水概率； Y-m标准化了的随机变量，与保证率P相对应，可从标准正态分布表查得。
如果知道计算节点给水秒变化系数Ks，则可得到另一种给水秒流量数学模型 qg＝qoronKhKs/3600T＝qoro(N/No)KhKs/3600T＝qoNKhKs/3600doT (2) qg-计算节点给水秒流量(L/s)； qo-用水定额(L/人.d)； ro-单元人数，如每户人数、每平方米人数； No-单元有效给水当量数，如每户有效当量数、每平方米有效当量数； do-单元人均有效给水当量数，do＝No/ro； n-用水单元数，如户数、建筑面积平方数； N-计算节点所包含的有效给水当量数； Kh-样本收敛点的小时变化系数； Ks-计算节点给水秒变化系数； T-用水时间(小时)。
联立(1)、(2)式得 由(3)式变形得 由(4)式可知只有当N→+∞时，p收敛于某定值，用水量变化趋于缓和，则N在+∞处必然是Ks＝1。但实际工程并不存在N为+∞的情况，所以数学模型应令p在满足一定供水保证率和满足工程允许误差的条件下提前收敛于定值，同时有条件地存在Ks＝1，把p的收敛点称为样本收敛点。由供水保证率P得到不保证率(1-P)，在满足供水保证率和满足工程允许误差的条件下，令(4)式等号右边第二项
由(4)(5)式可得样本单位当量用水概率数学期望pj＝qoKhKs/720doT-(1-P) (6) 将(6)式得到的pj代入(5)式可得试验样本总有效当量即样本容量数学模型 Nj＝[Y/(1-P)]2pj(1-pj)(7) 样本收敛点就是N＝Nj的节点，在此节点处Ks＝1，因此(6)式变为 pj＝qoKh/720doT-(1-P)(8) 记Khi为N＜Nj节点的小时变化系数，由实际情况可知，对于N＜Nj的节点，必然存在Ks＞1和Khi＞Kh，对于N＜Nj的节点如果以Ks＝1、Khi＝Kh代入(4)式便可求得各节点单位当量最小用水概率pmin 由(3)式、(4)式可知单位当量用水概率p呈近似正态分布，各节点p必然存在最大值和最小值，变化区间为[pmin，pmax]，所以存在(pmin+pmax)/2＝pj从而得节点单位当量最大用水概率pmax即用水概率数学模型 pmax＝2pj-pmin (N＜Nj)(10) 最终得到给水设计秒流量数学模型 计算节点秒变化系数 或由(2)式得Ks＝qg/(qoronKh/3600T)＝3600Tqg/qornKh (14) 注(13)(14)式中对于N＜Nj的节点，Kh值本应采用Khi值，使Ks值、N值和Khi值对应同一节点，但是Khi值难以取得，本模型采用Kh值代替，因此对于N＜Nj的节点，本式计算得到的Ks值包含Khi的变化。
B.试验实测针对某一区域某种建筑类型给水系统秒流量的试验，应选取一定数量有代表性的试验样本，实测样本收敛点即Nj节点的最大日逐时流量并经过数据整理得到样本收敛点的实测qo、Kh值及两者之积，记为qoKh值或(qK)j值，用实测的(qK)j值代入样本容量数学模型，在满足供水保证率P≥0.99的前提下调整P、Y值，使实测(qK)j值所对应的样本容量与实测时所取的样本容量相等或近似相等，确保qo、Kh、(qK)j值与Nj值的真实对应关系，整理得到一系列与不同实测(qK)j值相对应的供水保证率和样本容量Nj； C.建立用水概率和给水秒流量数学模型，按有效当量从小到大的顺序，列表计算pmin、pmax、m、qg、Ks，由于模型误差在小当量处较大，必须对样本前端一定数量用水单元(约30个)的同启当量数m进行较核取与样本相同的供水保证率，按计算所得的单位当量最大用水概率，用二项分布计算、较核并微调样本前端同启当量数m数。也可以用其它更简便的较核方法。最后得到所试验建筑类型给水系统各节点在一定样本容量、一定供水保证率(P≥0.99)下的给水秒流量表，也可将计算结果制成函数图表。
本发明的有益效果是，建立一种与平方根法、器具用水概率法和平方根概率修正试验法不同的生活给水秒流量试验方法，使其具备以下优点需实测数据量少、数据整理加工过程简单、通用性好、试验样本容量和供水保证率明确；无需直接实测大量卫生器具在不同用水状况下的用水概率；适用于各种类型建筑生活给水系统的给水秒流量试验。
具体实施例方式本发明提供一种生活给水秒流量试验方法，其试验步骤是 A.分析建筑类型及其给水系统特征，初定模型参数，建立样本容量数学模型，初算不同参数下的样本容量Nj。
a.初定模型参数。根据建筑类型、卫生器具配置及使用人数等情况，确定No、ro、do、T值，并按现行的《建筑给水排水设计规范》初步确定qo、Kh值，列出可能的qo、Kh乘积即(qK)j值，初定模型参数； b.建立样本容量数学模型，初算不同参数下的样本容量Nj。将可能的qo、Kh乘积即(qK)j值制成等差数列，数列的每一项(qK)j值都分别按供水保证率P＝0.99、0.991、0.992、0.993、0.994、0.995、0.996、0.997进行初算，计算各供水保证率条件下的样本单位当量用水概率数学期望pj＝qoKh/720doT-(1-P)再计算样本容量即样本总有效当量Nj＝[Y/(1-P)]2pj(1-pj)。
计算表格形式如下 B.试验实测针对某一区域某种建筑类型给水系统秒流量的试验，应选取一定数量有代表性的试验样本，实测样本收敛点即Nj节点的最大日逐时流量并经过数据整理得到样本收敛点的实测qo、Kh值及两者之积，记为qoKh值或(qK)j值，用实测的(qK)j值代入样本容量数学模型，在满足供水保证率P的前提下调整P、Y值，使实测(qK)j值所对应的样本容量与实测时所取的样本容量相等或近似相等，确保qo、Kh、(qK)j值与Nj值的真实对应关系，整理得到一系列与不同实测(qK)j值相对应的供水保证率和样本容量Nj。表格形式如下 C.建立用水概率数学模型和给水秒流量数学模型，用经实测较核过的样本容量Nj和(qK)j值，按有效当量从小到大的顺序，列表计算样本单位当量用水概率数学期望值pj、样本各节点的单位当量最小用水概率pmin和单位当量最大用水概率pmax，取单位当量最大用水概率pmax作为节点设计用水概率，计算并较核样本前端同启当量数m，求节点给水秒流量，将计算结果制成表格或函数图表。
a.建立用水概率数学模型，计算样本的单位当量用水概率数学期望值pj和样本内(N＜Nj)所有节点最小、最大用水概率pmin、pmax pj＝qoKh/720doT-(1-P) pmax＝2pj-pmin (N＜Nj) b.建立给水秒流量数学模型，计算各节点给水设计秒流量 计算节点秒变化系数 或用Ks＝qg/(qoronKh/3600T)＝3600Tqg/qoronKh(N≤Nj) c.较核样本前端同启当量数由于模型误差在小当量处较大，必须对样本前端一定数量用水单元(约30个)的同启当量数m进行较核取与样本相同的供水保证率，按计算所得的单位当量最大用水概率，用二项分布计算、较核并微调样本前端同启当量数m数。简单一点的做法是，制表时让相邻行有效当量数之差尽量小，从而使相邻行之间同启当量数相差不大，只需用二项分布较核第一个用水单元同启当量数，将表格前端一定数量同启当量数整体错位，使第一个用水单元同启当量数满足二项分布计算结果并使经调整的前端同启当量数和相邻后续部分平滑衔接过渡。还可用粗测单元用水概率的办法较核第一个用水单元的单位当量最大用水概率。对于非整当量数应转化成整数再用二项分布计算。最后得到所试验建筑类型给水系统各节点在一定样本容量、一定供水保证率(P≥0.99)下的给水秒流量表，也可将计算结果制成函数图表。表格形式如下 表中m’-计算节点在设计秒时段内同时开启的当量数m经较核微调之后的数值，一般只针对样本前端一定数量(约30个)用水单元数；Ks’-随m微调而相应变动的秒变化系 举例说明针对II型普通住宅给水秒流量的试验。下面按照试验步骤和数学模型简要演示试验过程，并不完全展示试验计算数据。
A.初定模型参数，应用样本容量数学模型初算各(qK)j值在不同供水保证率下的样本容量即样本总有效当量Nj。模型参数II型普通住宅，每户配置的卫生器具给水当量为4，每户平均3.5人，由《建筑给水排水设计规范》查得qo＝130～300L/人.d、Kh＝2.8～2.3、T＝24小时。又因为正常情况下3.5人不会同时用4个当量，最可能的不利情况是3.5人同时启用三个卫生器具即约2.75个当量，所以No＝2.75，ro＝3.5，do＝No/ro＝0.7857。初算得各(qK)j值在不同供水保证率下的样本容量Nj B.试验实测实测所有样本收敛点即Nj节点的最大日逐时流量并经过数据整理得到用水定额qo、小时变化系数Kh值及两者之积(qK)j值。假设实测并整理得到Nj＝3999节点的qo＝200L/人.d、Kh＝2.5则(qK)j＝500，与初算确定的(qK)j值400相差较大，因此必须调整P、Y值，使实测值(qK)j＝500所对应的样本容量Nj与实测时所取的样本容量相等或近似相等，在此例中取(qK)j＝500，调整P、Y值为P＝0.9933、Y＝2.47得Nj＝3967≈3999。其它实测点调整过程同此，整理得到一系列与不同(qK)j值相对应的供水保证率和样本容量Nj C.由用水概率和给水秒流量数学模型，按有效当量从小到大的顺序，列表计算pmin、pmax、m、qg、Ks，并较核样本前端同启当量数，将计算结果制成表格 (P＝0.9933、do＝0.7857、T＝24、pj＝0.0301、Nj＝3967、(qK)j＝500) 表中n-户数；N＝3960时Ks＝0.999≠1是由于误差造成，应调整为1。
将表格中的用水概率数据制成函数图表，见附图
图中三条函数线的交点就是样本收敛点；中间的函数线即为此样本特定条件下的单位当量用水概率数学期望值Pj；下部的函数线即为此样本节点单位当量最小用水概率Pmin；上部的函数线即为此样本节点单位当量最大用水概率Pmax，即为节点单位当量设计用水概率；Pmax函数线与Pmin函数线关于Pj函数线对称。
权利要求
1.一种生活给水秒流量的试验方法，包括步骤
A.分析建筑类型及其给水系统特征，初定模型参数，建立样本容量数学模型，初算不同参数下的样本容量Nj；
B.实测样本收敛点即Nj节点的最大日逐时流量，经数据整理得到样本收敛点的实测用水定额与小时变化系数两者之积(qK)j。用实测(qK)j值代入样本容量数学模型，调整供水保证率P，使实测(qK)j值所对应的样本容量与实测时所取的样本容量相等或近似相等，整理得到一系列与不同实测(qK)j值相对应的供水保证率和样本容量Nj；
C.建立用水概率数学模型和给水秒流量数学模型，用经实测较核过的样本容量Nj和(qK)j值，按有效当量从小到大的顺序，列表计算样本单位当量用水概率数学期望值pj、样本各节点的单位当量最小用水概率pmin和单位当量最大用水概率pmax，取单位当量最大用水概率pmax作为节点设计用水概率，计算并较核样本前端同启当量数m，求节点给水秒流量，将计算结果制成表格或函数图表。
全文摘要
本发明公开一种生活给水秒流量试验方法，适用于各类建筑生活给水秒流量的试验。本发明解决了目前生活给水秒流量试验方法存在需实测数据量大、数据加工整理繁杂、通用性差以及试验样本容量和供水保证率不明确的缺点，通过建立样本容量、用水概率和给水秒流量三种数学模型，避免直接实测大量卫生器具在不同用水状况下的用水概率，只需实测样本收敛点的最大日逐时流量，经简单数据整理得到收敛点处的用水定额与小时变化系数之积，便能在一定的样本条件下推求任意节点设计用水概率，试验结果能得到该样本类型给水系统在一定样本容量试验条件下和一定供水保证率下的给水秒流量表，供设计直接查用，使生活给水秒流量设计步入更加科学、简便的轨道。
文档编号G01M99/00GK101799306SQ20091000733
公开日2010年8月11日 申请日期2009年2月11日 优先权日2009年2月11日
发明者沈忠文 申请人:沈忠文