建筑给排水设计中的节水节能技术研究

分类：建筑设计论文发表 时间：2011-07-18 11:12 关注：(1)

建筑给排水设计中的节水节能技术研究

魏天云

摘要:本文结合我国当前水资源严重匮乏的严峻形势，针对目前建筑给排水设计中存在的问题, 提出了要积极发展和推广高效节水、节能的新工艺、新材料、新设备，发展建筑中水工程，以达到节能减排、防治水质污染的目的。

关键词: 建筑；给排水设计；节能减排；环保

建筑给排水设计要本着节能减排的原则，做到从源头控制，同时它也肩负着节约资源、能源、保护环境的责任。作为设计工作者要从节水、节能和二次供水的污染防治等方面解决建筑给排水设计中的环保问题[1]。

1建筑给排水常见的水资源浪费的几种方式

1.1 热水供应系统循环方式选择不当造成浪费

我国目前热水供应系统的水量浪费也较为严重，主要表现在开启配水装置后，未能及时获得满足使用要求温度的热水，通常要放掉部分冷水后，热水设备才能正常使用。这部分流失的冷水，未产生使用功效，也即浪费的水量[2]。

1.2 超压出流造成浪费

卫生器具给水额定流量是给水配件出口在单位时间内流出的规定出水量。流出水头是保证给水配件流出额定流量，是阀前所需的静水压。若给水配件阀前压力大于流出水头，给水配件在单位时间内的出水量超过额定流量，称为超压出流，该流量与额定流量的差值，为超压出流量。给水配件超压出流不但会破坏给水系统中水量的正常分配，因超压出流量未产生使用效益，故为无效用水量。这部分浪费的水量不易被人们察觉和认识，所以至今未引起足够的重视。

1.3 卫生器具和配水器具造成浪费

部分老式的卫生器具和配水器具浪费了大量的水。如老式的高水位蹲式大便器的冲洗水箱，次冲洗水量竟达12L/s，这造成极大的水资源浪费，特别是在公共卫生间冲水系统、市政公共厕所冲水系统的选择方面，若选择不当，则造成极大的水资源浪费。

1.4 管道、阀门及其他给水配件等泄漏造成浪费

管道老化生锈，阀门的低劣质最等也造成大的水资源浪费。给水管道在管口接缝处及法兰、阀门连接处往外冒水，浮球阀损坏、漏水，无论是用于水池、水箱，其质量的低劣直接导致大量水从溢流管流出。其次埋在地下的管道漏水、爆裂也造成极大的水资源浪费。

2 节水技术具体措施

2.1完善热水供应循环系统

随着人们生活水平的提高，小区集中热水供应系统的应用也得到了充分的发展，建筑热水循环系统的质量也逐渐变得越来越重要了。大多数集中热水供应系统存在严重的浪费现象，主要体现在开启热水装置后，不能及时获得满足使用温度的热水，而是要放掉部分冷水之后才能正常使用。这部分冷水，未产生应有的使用效益，因此称之为无效冷水。这种水流的浪费现象是设计、施工、管理等多方面原因造成的。如在设计中未考虑热水循环系统多环路阻力的平衡，循环流量在靠近加热设备的环路中出现短流，使远离加热设备的环路中水温下降；热水管网布置或计算不合理，致使混合配水装置冷热水的进水压力相差悬殊，若冷水的压力比热水大，使用配水装置时往往要出流很多冷水，之后才能将温度调至正常。

2.2 控制超压出流

根据有关数据研究，当配水点处静水压力大于0.15MPa时，水龙头流出水量明显上升。建议高层分区给水系统最低卫生器具配水点处静水压大于0.15MPa时，采取减压措施，《建筑给水排水设计规范》第3.3.5条也规定，高层建筑生活给水系统应竖向分区，各分区最低卫生器具配水点处的静水压不宜大于0.45MPa，特殊情况下不宜大于0.55MPa，而卫生器具的最佳使用水压宜为0.20MPa-0.30MPa，大部分处于超压出流。所以应根据建筑给水系统超压出流的实际情况，对给水系统的压力做出合理限定。

2.3 推广使用节水型设备，减少用水量

卫生器具和配水器材是水的最终使用单位，一套节水性能设备的好坏，能够对水资源的节约产生非常大的作用。例如，通常淋浴喷头每分钟喷水7L多，而节水型喷头则每分钟只需要3L水左右，节约了一半的水量。可见卫生器具和配水器具的节水性能直接影响着整个建筑节水的效果。所以在选择节水型卫生器具和配水器具时，除了要考虑价格因素和使用对象外，还要考察其节水性能的优劣。

大力推广使用节水型卫生器具和配水器材是建筑节水的一个重要方面。例如，使用小容积水箱大便器。目前我国正在推广使用6L水箱节水型的两档冲洗水箱的大便器，或者以瓷芯节水龙头和充气水龙头代替普通水龙头。在水压相同的条件下，节水龙头比普通水龙头有着更好的节水效果，节水量为3%-50%，大部分在20%-30%之间。且在静压越高、普通水龙头出水量越大的地方，节水龙头的节水量也越大[3]。因此，应在建筑中(尤其在水压超标的配水点)安装使用节水龙头，以减少浪费。

采用多种形式的节水器具，具体比如说，延时自闭式水龙头在出水一定时间后自动关闭，可避免长流水现象。出水时间可在一定范围内调节，但出水时间固定后，不易满足不同使用对象的要求，比较适用于使用性质相对单一的场所，比如车站，码头等地方。光电控制式水龙头可以克服上述缺点，且不需要人触摸操作，可用在多种场所，但价格较高。目前，光电控制小便器己在一些公共建筑中安装使用。

2.4 雨水回收利用，节约水资源

雨水利用就是将雨水收集起来，经过一定的设施和药剂处理后，得到符合某种水质指标的水再利用的过程。类似于中水，处理后的雨水作为一种可以利用的水资源可以用于厕所冲洗、城市绿化、景观用水以及其他适应中水水质标准的用水。

建筑物收集雨水的一般结构是，由导管把屋顶的雨水引入设在地下的雨水沉沙池，经沉积的雨水流人蓄水池，由水泵送入杂用水蓄水池，经加氯消毒后送入中水道系统，为解决降尘和酸雨问题，一般将降雨前2min的雨水清除。目前，世界上许多国家都展开了对雨水利用的研究，以节约水资源，减轻当地的用水和污水处理负担。

2.5 废水再利用，开发中水的利用价值

中水，来源于建筑生活排水，包括人们日常生活中排出的生活污水和生活废水。中水指的是各种排水经过处理后，达到规定的水质标准，可在生活、市政、环境等范围内杂用的非饮用水。生活废水包括冷却排水、沐浴排水、漱洗排水、洗衣排水及厨房排水等杂排水。不含厨房排水的杂排水称为优质杂排水。

我国的建筑排水量中生活废水所占份额：住宅为69%，宾馆、饭店为87%，办公楼为40%，如果收集起来经过净化处理成为中水，用作建筑杂用水和城市杂用水，如冲厕所、道路清扫、城市绿化、车辆冲洗、建筑施工、消防等杂用，从而替代出等量的自来水，这样相当于增加了城市的供水量。

由于中水工程是影响到整个建筑的系统工程，在已建成建筑中改造比较困难。同时又因为其初期投资较高，所以要想制定成标准规范至少在目前看来是比较难于让开发商接受的。但是从长远看，在水资源越发缺乏的情况下，建设第二水资源─中水势在必行。它是实现污水资源化、节约水资源的有力措施，是今后节约用水发展的必然方向。

3 高层建筑给排水节能新技术

能源是发展国民经济的重要物质基础，也是制约国民经济的一个重要因素，我国和世界上绝大多数国家一样面临着能源危机，而在加强能源建设的同时，最大限度地提高能源的利用效率，大力降低能耗也己经越来越得到重视。所以，高层建筑也是建设部指定要求采用节能技术的建筑物之一[3]。

3.1 合理利用市政管网余压，充分利用给排水管的可用水头H0

在高层建筑中，充分满足用户用水的要求时，我们也要考虑对水资源的节约和能源的节约，特别是在城市管网水压难以完全满足其供水要求的时候，更是要合理利用市政管网余压，充分利用给排水管的可用水头H0、在城市供水中，根据城市供水规模大小不同，一般市政给水管网压力均在0.2-0.4MPa之间。合理利用市政管网压力，采用分区供水方式，可以减少二次加压能耗。这主要体现在用水量较大的公共服务商业设施，如公共浴室、汽车库等等。

如市政管网压力为0.3MPa，则五层及以下楼层可采用市政管网直接供水。五层以上采用无负压变频供水设备供水。这样既不浪费市政管网余压又不至于使低楼层管网压力过高，造成能耗及水量浪费。一些工程中将管网进水直接引人贮水池中，白白损失掉了H0，尤其是当贮水池位于地下层时，反而把H0全部转化成负压，甚不经济合理，因此应该重视H0的充分利用。

3.2 生活给水管道中减压节流措施

在生活供水中，根据小区和楼层的分布特点，减压节流也是有非常必要的。它的有效措施是控制给水系统配水点的出水压力，而设计单位必须提出在配水点前安装节流孔板、减压阀等措施来避免部分供水点超压，为用户提供适宜的服务水龙头，使竖向分区的水压分布更加均匀。即使在分区后各区最低层配水点的静水压仍高达300kPa-400kPa，进行设计流量计算时，若不采取减压节流措施，卫生器具的实际出水流量将会是额定流量的几倍。随之带来了水量浪费、水压过高的弊病，同时易产生水击、噪声和振动，致使管件损坏、破裂。所以在高层建筑给水系统竖向分区后仍应注意减压节流的问题。

3.3 二次供水设备的选择

由于传统的水泵─水箱供水方式中水质易受污染，所以二次供水已越来越多地被变频调速供水所取代。变频调速供水设备是20世纪90年代以来迅速发展并得到广泛应用的供水方式，它采用变频器改变电机的供电频率，根据用水量的大小实现对水泵的无级调速和循环软起动。变频设备已从最初的恒压变量供水发展到变压变量、变频气压供水等方式，根据系统的运行特点和设备的节约特性，合理地选择设备，其节能效果是十分突出的。一般情况下，因为在用水低谷时偏离设计工况最严重，设备的组成必须满足低谷用水量变化的特点，设备必须保证在系统用水低谷时效率高。当低谷用水量达不到单台水泵最大流量的20%时，宜设置小流量泵进行小流量时的自动切换；当低谷用水量为断续小流量时宜设置适合于断续供水的压力供水装置[4]。

3.4 热水供应和太阳能利用

热水供应系统可采取的节能措施主要有:降低使用温度(热水在管道和设备中的热损失与配水点要求的水温成正比，降低使用温度可减少能耗)；减少热水耗量，在满足使用要求的前提下减少流率；采用高效能保温材料减少热损失；提高换热器的传热效率；采用节能型产品；开发利用新能源等。太阳能作为一种取之不尽用之不竭的清洁安全的新能源，被越来越多地应用于热水供应系统。利用太阳能的直接加热设备有真空管式和热管式，其集热效率高，保温性能好，受环境影响小，全自动运行，操作简单，维护方便，可全年使用。在太阳能热水系统设计中应注意以下几个方面的问题：集热器的选用根据实际情况考虑其抗冻性能、抗热冲击性能、承压能力等因素；寒冷地区应采取可靠的防冻方式；集热应因地制宜综合应用串联、并联方式使水流平衡；必要时采取辅助加热方式。

4 生活用水二次供水的污染防治

由于城市供水体制的原因，二次供水是建筑给排水设计中保证水压的必然措施，为此也增加了贮水设施、供水设备等中间环节，增大了水质污染的可能性。在确定供水系统时，应做多方案比较，尽量减少中间环节。如在市政管网允许的情况下，供水设备直接从市政管网吸水而不设贮水池；尽量采用变频调速设备，取消高位水池(箱)。

4.1 管材

绝大部分自来水水质有腐蚀倾向，致使金属管道腐蚀严重，从而导致水中余氯迅速减少，浊度、色度、铁、锰、锌、溶解性总固体、细菌学指标等明显增大，造成水质污染。一些发达国家已明确规定普通镀锌钢管不再用于生活给水管。在设计中应当逐步推广使用硬聚氯乙烯给水管、铝塑管、钢塑管、聚丙烯管、聚丁烯管、交联聚乙烯管、纳米聚丙烯等卫生性能较好的新型管材，以保证生活用水在输送环节中不被污染。

4.2 水池(箱)

在很多情况下不得不设贮水池(箱)。水池(箱)中水质污染主要来源于以下3个方面：本体、附件、停留时间。传统的钢筋混凝土水池、水箱由于表面粗糙，极易滋生青苔、微生物、细菌；钢板水箱则易锈蚀，从而使水质下降建议采用不锈钢搪瓷钢板或达到卫生要求的玻璃钢水箱代替传统钢板水箱，采用钢筋混凝土水池时宜加内衬。水池(箱)检修孔、溢流管等附件极易因封闭不严而造成水质污染，在设计上应采取在溢流管上加防鼠网等措施。

水在水箱中贮存24h后余氯为零，超过24h后，水质会严重恶化，而生活消防合用水池中水的停留时间大都超过24h。为解决这个问题，除尽量单设生活水池外，还应在水池中补充加氯或采取其他消毒方法。

5 总结

建筑给排水节能潜能很大，在当前最重要的不是建筑节水技术，而是人们节约用水的生活习惯意识。若能减少人为自身的内在原因并充分使用节水型卫生器具，可节约建筑给排水方面所需能量的50%以上，那便是一件利国利民的大事。所以，使水资源不受破坏，并能进入良性的水质、水量再生循环，已成为政府和广大人民群众关注的焦点。因此要倡导、呼吁全民必须将淡水资源当作一种珍稀资源，节约用水。

参考文献

[1] 给排水设计手册编委会. 给排水设计手册[M]. 北京:北方工业出版社, 2007, 9.

[2] 李英. 建筑给排水节能节水措施的探讨[J]. 科技资讯, 2007, 35: 70.

[3] 龙永忠. 关于高层建筑给排水节能节水措施的思考[J]. 建材与装饰, 2007, 7: 41-42.

[4] 姜岩. 建筑给排水设计中的节能减排[J]. 环境保护与循环经济, 2007, 27(6): 21-22.