分析建筑给水排水系统节能设计要求

2019-01-21孙地

中国资源综合利用 2019年9期

关键词：热水废水水资源

孙地

（鲁能集团有限公司，北京 100025）

在给排水系统节能设计中，人们必须贯彻节能环保、绿色生态理念，这样才能全面提高建筑整体节能效果。

1 给排水系统节能设计概述

据不完全调查，我国建筑能耗占全国生产总能耗的比重大于27%，并且建筑能耗逐年增加，每年增长速度大约为1%[1]。正因如此，我国才积极倡导建筑节能技术的应用，以推动我国经济实现长足发展。

建筑给水排水节能设计是指在满足建筑物的规划、新建（改建、扩建）、改造和使用要求的基础上，贯彻建筑行业相关的节能标准，积极应用现代节能型的建筑技术、工艺、设备、材料和产品，提高给排水系统的运行效率和运行性能，加强建筑物给排水系统的运行管理，降低水资源浪费量、提高电能利用率。例如，可以积极利用可再生能源，在保证建筑物给排水功能和环境质量的前提下，减少给水排水系统的能耗。虽然建筑给水排水的能耗在建筑能耗中所占比例不大，但降低其使用能耗、提高能源利用效率，有利于节约用水、改善设计系统的效率与保护环境。因此，重视建筑给排水的节能设计，对研究解决建筑节能问题将有着积极的作用和意义。

2 建筑给排水系统节能设计的要求

2.1 确定问题

对于给排水工程来说，如何将工程问题彻底解决并转变为功能需求是需要重点关注的问题。人们要明确给排水系统节能设计存在的问题，对设计流程进行优化。无论是新工程设计还是老旧工程改造，其首要任务就是明确要解决哪些问题。给排水节能设计主要遵循以下原则：在满足建筑用水需求下，降低水资源浪费；降低电能损耗，避免出现“大马拉小车”的问题；加强水资源的循环利用，降低水资源污染。针对这些问题，要全面做好给排水系统设计工作，这样才能够实现给排水设计的最终目标。

2.2 确定设计内容

在给排水设计中，人们要结合不同设计环节、部位的权重大小，设定给排水系统设计目标，并将某些环节加入到约束条件中，如保证水量、水压，确保水质合格，保证供水的安全性和经济性。另外，要根据实际情况确定设计内容，如建筑层高、设计要求、给排水等级等，客观地对以上内容进行科学设计，这样才能够保证给排水设计内容符合工程运行实际要求。

2.3 贯彻节能环保理念

要想确保给排水系统节能设计方案的合理性，人们既要改善工艺设计，也要加强技术、材料的革新，对传统供水消费方式进行调整，对水资源、电能进行优化配置，提高水资源利用率，避免造成水质污染和资源浪费等问题，突出人与自然和谐发展理念。导致水污染的根本原因是污染物随意排放，所以在给排水设计中要减少废水排放量，降低对自然水体的破坏。给排水系统设计要贯彻以人为本的理念，营造出健康、舒适、环保的居住环境，要减少浪费和污染问题，同时不牺牲建筑的舒适度，在确保满足居民日常生活需求的基础上，对水资源进行优化配置。另外，采用四位一体的给排水系统节能设计方案，“四位”主要包括环保、质量、性能和效率。

3 给排水节能设计方案

在给排水系统节能节水设计中，要重点关注设备投入。人们要正确选择设备，有效降低能源损耗，再综合采用各项节能技术，从而实现节能设计目标。

3.1 管材与阀门

众所周知，城市自来水供给中都会加入氯气消毒，但氯元素本身带有一定的腐蚀性，特备是在阀门处、管材衔接处，采用钢管、不锈钢管容易产生锈蚀问题，锈蚀问题会增加给排水摩阻、给排水不畅，因此在相同的水流和压力下，应用钢管、不锈钢的能耗更高。因此，在选择管材、阀门时，人们要采用化学性能更加稳定的材料，如铝塑复合管等，阀门也要采用防腐性能较强的材料，这样可以有效减少渗透概率，避免锈蚀物对自来水造成污染。在设计中，可以采用复合型管材，如U-PVC 管材、PP-R 管材、PE 管材等，这些材料不仅施工简单、便捷，也具备较强的可塑性、韧性，可以满足给排水系统节能要求[2]。

3.2 二次供水设备

水泵-水箱供水系统过去都采用混合材料，在实际使用中很容易产生锈蚀情况，污染箱体水资源。所以，要采用防腐性更好的二次供水设备，如不锈钢水箱、玻璃材质水箱等。再者，水泵-水箱运行中会消耗掉一定带能，建议采用二次供水变频调速供水或压罐供水方案。变频调速设备可以自动调节电机供电频率，根据水泵运行压力实现无级调速，采用变压变量、变频气压实现调节功能。同时，要根据给排水系统运行、设备节能两个方面科学选择二次设备，从而保证系统运行的节能效果。结合居民的生活规律，建筑会出现用水高峰期和低谷期，人们可以根据不同时间的用水量设置运行参数。特别是在用水低谷期，如果依然全能供电，会造成电能浪费。而自动变频系统会检测水泵运行状态，在水量小于单泵20%时即可判定为用水低谷期，此时系统会自动调节小流量泵供水方案，从而降低电能损耗。

3.3 卫生器与配水器

卫生器和配水器作为建筑用水的主要设备，也是给排水系统节能设计中的重要一环。在选择水龙头时，人们可以采用充气龙头和瓷心水龙头，这些节能型水龙头会自动调节水压，降低水体流速，满足用户用水需求并降低水资源浪费量。当今市面上很多节能型水龙头相比传统水龙头都可以节水至少30%[3]。对于卫生器来说，其设计标准是在保证冲洗干净的基础上，尽可能降低用水量，具有水容量小、冲击力强等特点。传统的卫生器水容量非常大，通常在6 L以上，而新型卫生器虽然容量没有改变，但是设置了两档水压（两个冲洗按钮），大压力按钮冲水量为4 L、小压力按钮冲水量为2 L，并配备了4旋流结构，可以提升冲水压力，降低用水量。另外，普通莲蓬头出水量为20 L/min，淋水较为集中，造成水资源浪费，而新型节能型莲蓬头出水量为10 L/min，淋水较为分散，在满足用户使用需求基础上，理论上减少50%用水量，实际节水效果明显[4]。

4 建筑给排水系统节能技术的设计应用

4.1 减压技术

给水水压会直接影响给水性能。在普通给排水系统设计中，为了保证给水质量，人们通常会增加给水压力，提升水流量，但也会造成严重的水资源浪费。给水管道一旦给水压力过大，就会出现超压问题，此时水流速度快。为了解决供给压力和用户需求的矛盾，人们可以采用减压技术，通过合理降低给水压力减少水资源浪费。在日常设计中，要着重考虑设备减压情况，在满足用户用水需求的基础上，尽可能降低给水压力。例如，为了提高冲击力，多数卫生器都采用超压设计方案，虽然采用了分压设计方案，但是低压按键依然可以达到350 kPa，甚至部分卫生器可以达到400 kPa。卫生器压力通常是节能型水龙（20～30 kPa）头的5 倍，也就是低压在100～150 kPa，高压在150～250 kPa[5]。同时，漩涡卫生器会通过漩涡增加冲击力，特别是在漩涡合流位置的漩涡冲力性能更强，可以用少量水冲击掉排泄物，因此配合漩涡设计即可降低用水量。

4.2 废水回收系统

虽然我国能源丰富，但是人均能源在国际上仅能排在中下等，为了实现节能目标，人们可以采用废水回收系统，实现废水二次利用。要采用无公害废水处理技术，将循环水用于小区清洁、植被浇灌等，从而提高水资源利用率。

在给排水系统设计中，可以将洗手池、洗碗池与废水回收系统连接，即可收集建筑废水。其主要处理流程为：利用排水管收集生活废水；对所收集的污水进行测试；结合国家相关标准在废水回收系统中对废污水统一处理；将杂质、垃圾与水体分离，垃圾直接排放到下水管，过滤水体进入二次净化系统，然后进行二次检测；检测合格的水体直接传输到储水箱中，用于坐便器冲洗或植被浇灌，无法二次使用的废水直接排放到下水管中。

4.3 热水系统

4.3.1 合理选择热源

合理选择热源是热水系统节能的前提，人们需要对建筑多种热源进行对比分析，而热水系统可以划分为集中热水供应系统、局部热水供应系统。其中，集中热水供应系统可以充分利用工业余热、废热、地热、太阳能。例如，南方地区可以采用地热水作为热水工业水源；西北地区可以利用太阳能供热；北方供热城市可以采用锅炉房热水、蒸汽作为热源。局部热水供应系统热源可以因地制宜地采用空气源热泵、太阳能、燃气等。如果采用电力作为热源，建议采用储热式电热水器，尽可能降低电力能耗[6]。

4.3.2 热水供应系统设计

一是集中热水供应系统应增设热水回水管道。对于要求随时获取温热水的建筑，除了采用循环系统干管、立管中热水循环，还需要采用支管热水循环，保证支管中热水温度达到使用标准。在一户多卫生间的情况下，支管延伸非常长，通常一次用水要放走大量冷水。

二是采用热水循环管道布设方案。该方案可以有效避免系统中热水产生短路循环，确保系统运用的循环效果，各个用水电能可以随时获取相应温度热水，对节能、节水有着重要意义。虽然该设计方案会增加前期投资量，但对后续节能大有裨益，可以减少调节维护工作量，应用更加舒适。同时，还可以采用循环泵机械方案，有效提升热水循环效果。自然循环水头由于无法实现同程循环，循环效果较差，无法达到节水效果，不建议使用。

三是高层热水系统分区要与给水系统分区保持一致，确保系统冷热水循环平衡，达到节能、节水的目的。四是淋浴室可以采用单管热水供应系统，达到节约用水、使用便捷的目的。但考虑到卫生器具给水配件热水不与冷水混合，所以要严格控制热水水温，保证热水的稳定性。