建筑给排水设计中的节水节能技术措施研究

2024-03-19武晋安

建材发展导向 2024年5期

武晋安

(太原市建筑设计研究院，山西太原 030000)

水资源短缺和污染问题越来越受到人们的关注，特别是在建筑工程领域中存在水资源和能源消耗。在节能降碳、绿色低碳背景下，绿色建筑理念被提出并在建筑设计中发挥着重要作用。作为建筑行业重要组成部分，建筑给排水在节水节能领域未能引起足够重视，这不仅给水源短缺和能源消耗带来压力，其设计效果还将直接影响项目质量和后期使用效果，不符合低碳节能要求。因此，给排水设计人员要秉承绿色建筑理念，大力应用节水节能技术解决能耗问题，提高水循环效率和降低能源消耗，从而促进建筑业的进一步可持续发展。

1 节水节能设计重要性及现状

1.1 节水节能技术应用的重要性

近年来，我国一直面临着水资源短缺以及分布极不均衡等问题，如东南沿海地区水资源丰富，西北地区水资源紧缺。在大力提高居民节约用水意识和提倡使用节水节能设备的同时，设计师应考虑通过节约水资源、提升能源利用效率等相关新技术来达到节水节能目标，而且还要在降低建筑施工成本和给排水系统的日常运行能耗方面加大相关技术的应用[1]。在此基础上，有助于改善人们的生产生活质量和促进经济发展。

1.2 节水节能设计现状

据相关资料统计，巨大的建筑业用电量迫切需要设计者们秉承绿色建筑理念、注重节水节能设计。据数据显示，建筑给排水能耗问题也不容忽视，主要由生活生产所需的给水、排水、热水等能耗所组成[2]。目前从业人员节水节能意识不强，在建筑给排水设计中没有充分考虑节水节能问题，如在用水过程中，用水器具工作压力存在“供大于求”问题，从而导致“隐形”水资源浪费增加；在热水系统水资源浪费方面，情况也较严重，由于没有采取全循环系统，要先将管内冷水排完后才能使用热水，累计下来水资源浪费也是不可忽视[3]。

2 建筑给水系统设计中的节水节能技术措施

2.1 注重分区给水方式，减少给水压力

在城市给水管网设计中，设计师要充分利用城市供水管网末端余压(一般为0.2～0.4MPa)，以此来避免或减少二次加压供水所带来的能耗。如图1所示，低层建筑(6层及以下楼层)的供水系统建议直接由市政管网供水，这种供水方式不会因为低楼层供水压力过高而造成的能耗浪费。中高层建筑(6层以上楼层)则建议由二次加压设备供水，从而降低水泵能耗。

图1 分区给水方式

为降低加压设备的运行管网成本，可采用管网叠压供水设施，即直接利用市政给水干管进行吸水加压。除此之外，在低高层给水设计过程中应用变频调速加压也是应用最多的供水设施，即结合用户实际用水量的多少(而不按照传统水泵特性曲线供水)，根据压力变化情况，有针对性调节水量，满足用户的用水需求，从而进一步保障和提高分区供水的节水节能效率[4]。通过合理的减压措施既可节约水泵的多余流量及所需扬程产生的功率，又可保障用水安全，进而提升整个给水系统的节能效果。

2.2 利用清洁能源

采用绿色清洁的新能源技术能有效降低能耗。现代热能供应系统主要有较为成熟的太阳能和风能等技术为热水器提供能源。我国拥有丰富的太阳能资源，年日照时数2 000h以上的面积超国土面积2/3，因此，在我国很适合太阳能热水器的推广。目前市场上太阳能热水器类型主要有：玻璃真空管型、平板型以及金属-玻璃真空管型等(如图2所示)。太阳能供热技术主要包括：循环管、循环泵、集热器以及补水箱等。在太阳能热水器设计中，为充分发挥太阳能的优势，2种输送热能形式(真空管和热管)被使用来提高热能传递效率[5]。除此之外，太阳能热水系统中内置加热系统应该具备较高的安全系数，进一步确保太阳能热水系统具有防冻、防雷、防过热等防护效果。因此，运用这些新型的清洁能源不仅能增强给水系统的节能效果，还能有效减少因燃料燃烧所造成的环境污染。

图2 太阳能供热技术

2.3 优化热水循环系统

改良热水循环系统是1种有效的节能技术，它可以减少用水时等待热水所需的时间，同时也可以减少水的浪费。目前冷热水双管系统应用于我国大部分浴室，但在使用该系统时，为达到设置温度，很多冷水被“无效”放掉，从而造成一定水资源浪费。为进一步提高热水器节水节能效率，1种改良热水循环系统被应用，即将冷水管、热水管统一成混合单管，并在混合单管前增加混水器，使冷热进水管充分混合，并由温控阀、循坏泵、温度传感器进行温度控制，这种系统的优势不仅能节省燃料的消耗和控制用水量，而且不用调整水温，从而提高洗浴过程中的舒适度。

2.4 合理控制超压出流

在用水过程中，用水器具工作压力存在“供大于求”问题，造成其流量大于额定流量，从而导致隐性水资源浪费增加。在实际生产生活中往往会出现超压出流现象，这不仅会因水压太大所造成的水资源浪费问题，还会因在水龙头启闭时所产生管道振动和水击现象，造成管道损坏、配件磨损等问题，从而影响其使用寿命。

当用水器具水压力太大时，其所造成的隐形水资源浪费就很明显。所以，当给水系统最低卫生器具配水点处静水压大于0.15MPa时，应采用在水表前装设减压孔板、减压阀等以及减少超压出流量等减压措施来达到节水节能的效果。

2.5 使用水量调节器与高效节水器

水量调节器是1种可以节约水资源的技术。它可以自动控制水流量，以满足需要，而不浪费过多的水。水量调节器的设计可以是手动或自动的，通常安装在水龙头或淋浴喷头上。高效节水器可以通过减少水流量来减少用水量，同时也可以减少能源的消耗。这种技术的设计通常是通过减小喷头孔径来实现的，从而减少水的流量。

此外，一些高效节水器还配备有自动关断、减少滴漏等功能来达到节水节能要求，如铜质节水龙头、感应式水龙头等市场上常用的节水型器具。虽然节水器具的购买成本相对较高，但其节水节能特性是传统器具所不具备的，如选择节水型器具等，相比非绿色建筑来说，绿色建筑的能耗可减少约5%。

以上介绍的节能技术措施在建筑给水设计中也得到了推广和应用。例如，在一些酒店和办公楼中，热水循环系统和高效节水器已经成为标准配置。

3 建筑排水系统设计中的节能技术

3.1 选用节水节能器具

建筑给排水设计者应科学合理使用节水型器具，优先选用小便器延时自闭式冲洗阀低流量马桶。作为一种有效的节水节能器具，低流量马桶的设计可以通过减少水箱的容量或设计更有效的冲水机构来实现，其优点在于既可以减少水的使用量，又可以减少废水的排放。除此之外，真空式坐便器、脚踏开关淋浴器等其他新型节水节能卫生器具也能减少水资源浪费。同时，水的二次利用也是提高水资源利用效率的重要方式，如将洗手池排水系统与冲便器进水系统进行串联设计。

3.2 利用真空节水排水技术

在建筑污水排放过程中，应合理利用真空负压技术替代普通冲洗方式。基于重力排水的真空排水技术通过真空设备使排水管道内的压力低于大气压，利用大气的失衡以空气为动力实现水的输送，即在真空负压作用下，直接形成汽水混合物，有利于短时间清洗管道内的污物并将浑浊物带入下水道，从而降低用水量。

对于高层建筑排水系统而言，真空排水技术能有效提高节水效能。具体而言，真空节水排水技术节水率可达65%以上。

3.3 强化中水回收利用系统

中水主要来源于人们日常生活中污废水的排放。例如洗衣机、洗手池、淋浴和浴缸等。据文献资料显示，在我国建筑排水量中，办公楼的生活废水所占比例最低，为40%；住宅比例其次，为69%；宾馆、饭店比例最高，为87%；。经过生物处理和膜分离工艺等处理方法，中水可以再次用于冲洗马桶或浇灌植物等用途。这种技术可以减少用水量，从而减少废水的排放。一些地区的政府也通过政策和法规来鼓励建筑物使用节能技术，例如要求新建建筑物必须配备中水回收系统。

3.4 发展能量回收系统

能量回收系统可以通过回收废水中的热能来减少能源消耗。这种系统通常通过在排水管道中安装热交换器来实现，将排水中的热能转化为可再生能源。例如热水或热空气等。这些可再生能源可以用于建筑的暖气或热水供应，从而减少能源的消耗和对环境的影响。

3.5 推进雨水再利用系统

目前，雨水作为宝贵的水资源，其再利用越来越受到世界各国研究者们的大量关注，特别是对于我国严重缺水的现状，雨水再利用显得格外重要。将雨水收集起来并进行简单处理后用于车辆清洗、厕所冲洗、景观用水、城市绿化等，即实现了雨水再利用，从而减轻当地的用水和污水处理负担，从节水的角度出发，高层建筑的雨水系统设计需考虑雨水渗透系统和雨水收集系统，即雨水可从屋面排入就近地面下渗利用，也可直接通过屋面、管道等收集系统收集起来。除此之外，还要加强节水景观建设(如种植耐旱绿植等)，从而进一步补充雨水池调蓄量。

4 应用案例

下面以太原市某小区高层建筑给排水设计为例，分析其节水节能技术研究。

项目概况：小区总用地面积76 366.8m2，建设内容为10栋住宅建筑及地下车库，楼层为17～28层；2栋6层商业楼，地下1层停车场，总建筑面积7 467m2。

考虑供水的可靠性和节水节能理念，高层建筑给水设计采用分区给水方式，即分为市政管网直接供水区(商业楼和住宅楼地下1层～地上1层)、供水低区(地上2层～地上10层)、供水中区(地上11层～20层)、供水高区(地上21层～28层)，其中，供水低区、中区、高区采用生活变频调速供水设备，可节约耗电量，节能效率为55%～65%。

设置雨水收集和调蓄净化再利用系统，其净化的雨水可供给地下车库清洗、园林绿化的灌溉等。设置中水回用系统(如图3所示)。生活所产生的污废水，经过中水回用系统(中水回用管和处理单元)后，处理后的水再用于日常的洗车、冲厕、景观用水等，从而提高居民生活中产生的废水污水的重复利用率。