分析建筑給水排水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)要求

孫 地

（魯能集團(tuán)有限公司，北京 100025）

在給排水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中，人們必須貫徹節(jié)能環(huán)保、綠色生態(tài)理念，這樣才能全面提高建筑整體節(jié)能效果。

1 給排水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)概述

據(jù)不完全調(diào)查，我國建筑能耗占全國生產(chǎn)總能耗的比重大于27%，并且建筑能耗逐年增加，每年增長(zhǎng)速度大約為1%[1]。正因如此，我國才積極倡導(dǎo)建筑節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，以推動(dòng)我國經(jīng)濟(jì)實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)足發(fā)展。

建筑給水排水節(jié)能設(shè)計(jì)是指在滿足建筑物的規(guī)劃、新建（改建、擴(kuò)建）、改造和使用要求的基礎(chǔ)上，貫徹建筑行業(yè)相關(guān)的節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，積極應(yīng)用現(xiàn)代節(jié)能型的建筑技術(shù)、工藝、設(shè)備、材料和產(chǎn)品，提高給排水系統(tǒng)的運(yùn)行效率和運(yùn)行性能，加強(qiáng)建筑物給排水系統(tǒng)的運(yùn)行管理，降低水資源浪費(fèi)量、提高電能利用率。例如，可以積極利用可再生能源，在保證建筑物給排水功能和環(huán)境質(zhì)量的前提下，減少給水排水系統(tǒng)的能耗。雖然建筑給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，有利于節(jié)約用水、改善設(shè)計(jì)系統(tǒng)的效率與保護(hù)環(huán)境。因此，重視建筑給排水的節(jié)能設(shè)計(jì)，對(duì)研究解決建筑節(jié)能問題將有著積極的作用和意義。

2 建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)的要求

2.1 確定問題

對(duì)于給排水工程來說，如何將工程問題徹底解決并轉(zhuǎn)變?yōu)楣δ苄枨笫切枰攸c(diǎn)關(guān)注的問題。人們要明確給排水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)存在的問題，對(duì)設(shè)計(jì)流程進(jìn)行優(yōu)化。無論是新工程設(shè)計(jì)還是老舊工程改造，其首要任務(wù)就是明確要解決哪些問題。給排水節(jié)能設(shè)計(jì)主要遵循以下原則：在滿足建筑用水需求下，降低水資源浪費(fèi)；降低電能損耗，避免出現(xiàn)“大馬拉小車”的問題；加強(qiáng)水資源的循環(huán)利用，降低水資源污染。針對(duì)這些問題，要全面做好給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作，這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)給排水設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)。

2.2 確定設(shè)計(jì)內(nèi)容

在給排水設(shè)計(jì)中，人們要結(jié)合不同設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)、部位的權(quán)重大小，設(shè)定給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)目標(biāo)，并將某些環(huán)節(jié)加入到約束條件中，如保證水量、水壓，確保水質(zhì)合格，保證供水的安全性和經(jīng)濟(jì)性。另外，要根據(jù)實(shí)際情況確定設(shè)計(jì)內(nèi)容，如建筑層高、設(shè)計(jì)要求、給排水等級(jí)等，客觀地對(duì)以上內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)設(shè)計(jì)，這樣才能夠保證給排水設(shè)計(jì)內(nèi)容符合工程運(yùn)行實(shí)際要求。

2.3 貫徹節(jié)能環(huán)保理念

要想確保給排水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)方案的合理性，人們既要改善工藝設(shè)計(jì)，也要加強(qiáng)技術(shù)、材料的革新，對(duì)傳統(tǒng)供水消費(fèi)方式進(jìn)行調(diào)整，對(duì)水資源、電能進(jìn)行優(yōu)化配置，提高水資源利用率，避免造成水質(zhì)污染和資源浪費(fèi)等問題，突出人與自然和諧發(fā)展理念。導(dǎo)致水污染的根本原因是污染物隨意排放，所以在給排水設(shè)計(jì)中要減少廢水排放量，降低對(duì)自然水體的破壞。給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)要貫徹以人為本的理念，營造出健康、舒適、環(huán)保的居住環(huán)境，要減少浪費(fèi)和污染問題，同時(shí)不犧牲建筑的舒適度，在確保滿足居民日常生活需求的基礎(chǔ)上，對(duì)水資源進(jìn)行優(yōu)化配置。另外，采用四位一體的給排水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)方案，“四位”主要包括環(huán)保、質(zhì)量、性能和效率。

3 給排水節(jié)能設(shè)計(jì)方案

在給排水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水設(shè)計(jì)中，要重點(diǎn)關(guān)注設(shè)備投入。人們要正確選擇設(shè)備，有效降低能源損耗，再綜合采用各項(xiàng)節(jié)能技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)。

3.1 管材與閥門

眾所周知，城市自來水供給中都會(huì)加入氯氣消毒，但氯元素本身帶有一定的腐蝕性，特備是在閥門處、管材銜接處，采用鋼管、不銹鋼管容易產(chǎn)生銹蝕問題，銹蝕問題會(huì)增加給排水摩阻、給排水不暢，因此在相同的水流和壓力下，應(yīng)用鋼管、不銹鋼的能耗更高。因此，在選擇管材、閥門時(shí)，人們要采用化學(xué)性能更加穩(wěn)定的材料，如鋁塑復(fù)合管等，閥門也要采用防腐性能較強(qiáng)的材料，這樣可以有效減少滲透概率，避免銹蝕物對(duì)自來水造成污染。在設(shè)計(jì)中，可以采用復(fù)合型管材，如U-PVC 管材、PP-R 管材、PE 管材等，這些材料不僅施工簡(jiǎn)單、便捷，也具備較強(qiáng)的可塑性、韌性，可以滿足給排水系統(tǒng)節(jié)能要求[2]。

3.2 二次供水設(shè)備

水泵-水箱供水系統(tǒng)過去都采用混合材料，在實(shí)際使用中很容易產(chǎn)生銹蝕情況，污染箱體水資源。所以，要采用防腐性更好的二次供水設(shè)備，如不銹鋼水箱、玻璃材質(zhì)水箱等。再者，水泵-水箱運(yùn)行中會(huì)消耗掉一定帶能，建議采用二次供水變頻調(diào)速供水或壓罐供水方案。變頻調(diào)速設(shè)備可以自動(dòng)調(diào)節(jié)電機(jī)供電頻率，根據(jù)水泵運(yùn)行壓力實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速，采用變壓變量、變頻氣壓實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)功能。同時(shí)，要根據(jù)給排水系統(tǒng)運(yùn)行、設(shè)備節(jié)能兩個(gè)方面科學(xué)選擇二次設(shè)備，從而保證系統(tǒng)運(yùn)行的節(jié)能效果。結(jié)合居民的生活規(guī)律，建筑會(huì)出現(xiàn)用水高峰期和低谷期，人們可以根據(jù)不同時(shí)間的用水量設(shè)置運(yùn)行參數(shù)。特別是在用水低谷期，如果依然全能供電，會(huì)造成電能浪費(fèi)。而自動(dòng)變頻系統(tǒng)會(huì)檢測(cè)水泵運(yùn)行狀態(tài)，在水量小于單泵20%時(shí)即可判定為用水低谷期，此時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)小流量泵供水方案，從而降低電能損耗。

3.3 衛(wèi)生器與配水器

衛(wèi)生器和配水器作為建筑用水的主要設(shè)備，也是給排水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計(jì)中的重要一環(huán)。在選擇水龍頭時(shí)，人們可以采用充氣龍頭和瓷心水龍頭，這些節(jié)能型水龍頭會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)水壓，降低水體流速，滿足用戶用水需求并降低水資源浪費(fèi)量。當(dāng)今市面上很多節(jié)能型水龍頭相比傳統(tǒng)水龍頭都可以節(jié)水至少30%[3]。對(duì)于衛(wèi)生器來說，其設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是在保證沖洗干凈的基礎(chǔ)上，盡可能降低用水量，具有水容量小、沖擊力強(qiáng)等特點(diǎn)。傳統(tǒng)的衛(wèi)生器水容量非常大，通常在6 L以上，而新型衛(wèi)生器雖然容量沒有改變，但是設(shè)置了兩檔水壓（兩個(gè)沖洗按鈕），大壓力按鈕沖水量為4 L、小壓力按鈕沖水量為2 L，并配備了4旋流結(jié)構(gòu)，可以提升沖水壓力，降低用水量。另外，普通蓮蓬頭出水量為20 L/min，淋水較為集中，造成水資源浪費(fèi)，而新型節(jié)能型蓮蓬頭出水量為10 L/min，淋水較為分散，在滿足用戶使用需求基礎(chǔ)上，理論上減少50%用水量，實(shí)際節(jié)水效果明顯[4]。

4 建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能技術(shù)的設(shè)計(jì)應(yīng)用

4.1 減壓技術(shù)

給水水壓會(huì)直接影響給水性能。在普通給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，為了保證給水質(zhì)量，人們通常會(huì)增加給水壓力，提升水流量，但也會(huì)造成嚴(yán)重的水資源浪費(fèi)。給水管道一旦給水壓力過大，就會(huì)出現(xiàn)超壓?jiǎn)栴}，此時(shí)水流速度快。為了解決供給壓力和用戶需求的矛盾，人們可以采用減壓技術(shù)，通過合理降低給水壓力減少水資源浪費(fèi)。在日常設(shè)計(jì)中，要著重考慮設(shè)備減壓情況，在滿足用戶用水需求的基礎(chǔ)上，盡可能降低給水壓力。例如，為了提高沖擊力，多數(shù)衛(wèi)生器都采用超壓設(shè)計(jì)方案，雖然采用了分壓設(shè)計(jì)方案，但是低壓按鍵依然可以達(dá)到350 kPa，甚至部分衛(wèi)生器可以達(dá)到400 kPa。衛(wèi)生器壓力通常是節(jié)能型水龍（20～30 kPa）頭的5 倍，也就是低壓在100～150 kPa，高壓在150～250 kPa[5]。同時(shí)，漩渦衛(wèi)生器會(huì)通過漩渦增加沖擊力，特別是在漩渦合流位置的漩渦沖力性能更強(qiáng)，可以用少量水沖擊掉排泄物，因此配合漩渦設(shè)計(jì)即可降低用水量。

4.2 廢水回收系統(tǒng)

雖然我國能源豐富，但是人均能源在國際上僅能排在中下等，為了實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，人們可以采用廢水回收系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)廢水二次利用。要采用無公害廢水處理技術(shù)，將循環(huán)水用于小區(qū)清潔、植被澆灌等，從而提高水資源利用率。

在給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，可以將洗手池、洗碗池與廢水回收系統(tǒng)連接，即可收集建筑廢水。其主要處理流程為：利用排水管收集生活廢水；對(duì)所收集的污水進(jìn)行測(cè)試；結(jié)合國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)在廢水回收系統(tǒng)中對(duì)廢污水統(tǒng)一處理；將雜質(zhì)、垃圾與水體分離，垃圾直接排放到下水管，過濾水體進(jìn)入二次凈化系統(tǒng)，然后進(jìn)行二次檢測(cè)；檢測(cè)合格的水體直接傳輸?shù)絻?chǔ)水箱中，用于坐便器沖洗或植被澆灌，無法二次使用的廢水直接排放到下水管中。

4.3 熱水系統(tǒng)

4.3.1 合理選擇熱源

合理選擇熱源是熱水系統(tǒng)節(jié)能的前提，人們需要對(duì)建筑多種熱源進(jìn)行對(duì)比分析，而熱水系統(tǒng)可以劃分為集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)、局部熱水供應(yīng)系統(tǒng)。其中，集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)可以充分利用工業(yè)余熱、廢熱、地?zé)?、太陽能。例如，南方地區(qū)可以采用地?zé)崴鳛闊崴I(yè)水源；西北地區(qū)可以利用太陽能供熱；北方供熱城市可以采用鍋爐房熱水、蒸汽作為熱源。局部熱水供應(yīng)系統(tǒng)熱源可以因地制宜地采用空氣源熱泵、太陽能、燃?xì)獾取Ｈ绻捎秒娏ψ鳛闊嵩?，建議采用儲(chǔ)熱式電熱水器，盡可能降低電力能耗[6]。

4.3.2 熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一是集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)增設(shè)熱水回水管道。對(duì)于要求隨時(shí)獲取溫?zé)崴慕ㄖ?，除了采用循環(huán)系統(tǒng)干管、立管中熱水循環(huán)，還需要采用支管熱水循環(huán)，保證支管中熱水溫度達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)。在一戶多衛(wèi)生間的情況下，支管延伸非常長(zhǎng)，通常一次用水要放走大量冷水。

二是采用熱水循環(huán)管道布設(shè)方案。該方案可以有效避免系統(tǒng)中熱水產(chǎn)生短路循環(huán)，確保系統(tǒng)運(yùn)用的循環(huán)效果，各個(gè)用水電能可以隨時(shí)獲取相應(yīng)溫度熱水，對(duì)節(jié)能、節(jié)水有著重要意義。雖然該設(shè)計(jì)方案會(huì)增加前期投資量，但對(duì)后續(xù)節(jié)能大有裨益，可以減少調(diào)節(jié)維護(hù)工作量，應(yīng)用更加舒適。同時(shí)，還可以采用循環(huán)泵機(jī)械方案，有效提升熱水循環(huán)效果。自然循環(huán)水頭由于無法實(shí)現(xiàn)同程循環(huán)，循環(huán)效果較差，無法達(dá)到節(jié)水效果，不建議使用。

三是高層熱水系統(tǒng)分區(qū)要與給水系統(tǒng)分區(qū)保持一致，確保系統(tǒng)冷熱水循環(huán)平衡，達(dá)到節(jié)能、節(jié)水的目的。四是淋浴室可以采用單管熱水供應(yīng)系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)約用水、使用便捷的目的。但考慮到衛(wèi)生器具給水配件熱水不與冷水混合，所以要嚴(yán)格控制熱水水溫，保證熱水的穩(wěn)定性。

5 結(jié)語

建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能涉及內(nèi)容非常廣泛，需要將給排水系統(tǒng)中各個(gè)子系統(tǒng)相聯(lián)系，每個(gè)環(huán)節(jié)都要達(dá)到節(jié)水節(jié)能的標(biāo)準(zhǔn)要求。人們要采用先進(jìn)的設(shè)備、工藝和技術(shù)，以保證給排水系統(tǒng)的節(jié)水節(jié)能效益，加強(qiáng)水資源的循環(huán)利用、減少電能損耗，最終實(shí)現(xiàn)節(jié)水、節(jié)能建設(shè)目標(biāo)，保證建筑工程整體的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。