節(jié)能減排技術在建筑給排水設計中的應用

文／李杰 高郵市建筑設計院有限公司 江蘇高郵 225600

1、建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能減排技術應用的意義

近年來，高層建筑數(shù)量不斷增加，使撲救火災難度大幅度增加。火災是危害公共安全的主要災害，21世紀后，各國高層建筑迅速發(fā)展，火災發(fā)生次數(shù)不斷增多。為了避免火災發(fā)生，降低火災損失，需要設置科學可靠的消防給排水系統(tǒng)。隨著大氣污染加劇，人們意識到節(jié)能減排綠色建筑的重要性，高層建筑消防給排水高層設計具有更高要求。

1.1 給排水系統(tǒng)節(jié)能減排是建筑綠色發(fā)展的要求

目前，我國加快全面建成小康社會，城鎮(zhèn)化是人們生產(chǎn)生活方式向城市轉(zhuǎn)型的歷史過程，改革開放后我國城鎮(zhèn)化率不斷提高，各大城市的高層建筑是城市化發(fā)展產(chǎn)物，高層建筑興起解決了部分城市化問題。隨著高層建筑綜合體的發(fā)展，建筑行業(yè)的建筑高度面積不斷發(fā)展，對建筑機電設備提出更高要求，其中建筑給排水系統(tǒng)普遍應用于高層建筑。我國積極響應可持續(xù)發(fā)展主題，建筑業(yè)是資源能耗最大的產(chǎn)業(yè)，目前建筑業(yè)節(jié)能減排任務艱巨，給排水系統(tǒng)節(jié)能減排是建筑節(jié)能的重要部分，加強給排水系統(tǒng)節(jié)能減排是建筑綠色發(fā)展的要求。

1.2 給排水系統(tǒng)節(jié)能有利于建筑可持續(xù)發(fā)展

住建部要求北方城市集中供熱新建建筑按照用熱量計費，節(jié)能減排規(guī)劃推動能效水平提高成為主要任務，從規(guī)劃技術等方面推進建筑節(jié)能。節(jié)能減排要求提高機電系統(tǒng)節(jié)能效率，采用新型設備更新落后耗電設備，對電機系統(tǒng)實施變頻調(diào)速等節(jié)能改造率。可持續(xù)發(fā)展是我國發(fā)展的重要指導，能源有效利用度成為評價建筑物先進的重要指標。給排水系統(tǒng)是建筑物的重要部分，現(xiàn)有的給排水技術動力設備中主要應用變頻技術，現(xiàn)有的節(jié)能給排水安全方式仍存在缺陷。有必要加強建筑給排水系統(tǒng)設計中的節(jié)能減排技術研究。

2、建筑給排水設計節(jié)能減排技術研究

2.1 應用節(jié)能配水器具

我國建筑行業(yè)快速發(fā)展帶動給排水專業(yè)的發(fā)展，可以借鑒發(fā)達國家的相關技術，實現(xiàn)建筑給排水設計的快速發(fā)展。需要規(guī)范實施公共建筑節(jié)能設計標準，建立公共建筑模型數(shù)據(jù)庫，提出推廣運用高質(zhì)量閥門管材，推廣雨水收集利用技術。傳統(tǒng)鍍鋅鋼管易生銹，鍍鋅鋼管長期使用會導致接頭處腐蝕滲水，PVC管可以解決鍍鋅鋼管存在的問題。根據(jù)民用建筑節(jié)水設計標準，公共衛(wèi)生水龍頭采用紅外自動感應式控制，節(jié)水型噴頭噴水量約9L/min，合理運用節(jié)能型配水器具對建筑節(jié)水具有重要意義。

2.2 合理選擇變頻水泵

城市需要合理利用雨水資源，按照城鄉(xiāng)供水管理條例規(guī)定，新建建筑需要配套建設雨水收集利用系統(tǒng)。目前，節(jié)能減排得到群眾的廣泛關注，建筑給排水設計需要深入節(jié)能減排理念，有關節(jié)能減排設計的研究較多。高層建筑中，低區(qū)給排水要重點考慮市政給水管網(wǎng)，重視生活給水管道減壓節(jié)流，管道出水壓力過大會突發(fā)超壓出水流問題，導致出現(xiàn)水壓過高引起水資源浪費?？茖W合理地選擇變頻水泵可以避免傳統(tǒng)供水系統(tǒng)帶來的不利影響，與普通供水設備相比，變頻調(diào)速裝置可以節(jié)約30%的能量。

3、建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能減排設計現(xiàn)狀

3.1 管道配件選擇不當

現(xiàn)代城市建筑中，給排水高層建設會耗費較多資金，排水系統(tǒng)主要利用各種管道及附屬結構排出生活污水，建筑設計者需要根據(jù)規(guī)范做好給排水系統(tǒng)設計，目前建筑給排水系統(tǒng)設計問題主要包括管道配件問題、排水污染問題等。城市給水網(wǎng)建設規(guī)劃通常以增強供水管網(wǎng)壓力的方式為主，高層建筑物給排水管道設計中，需要設計人員選擇合適的給水應用設施，保證給水構件應用質(zhì)量。實際設計中，受人工成本等因素限制，部分設計人員對管道工作判斷出現(xiàn)平偏差會導致出現(xiàn)管道泄漏等問題。

3.2 排水管道泄漏

部分建筑物可能出現(xiàn)供水不足、供水系統(tǒng)能耗較大等問題，原因可能是用戶未掌握水流速度導致水資源浪費。一些建筑物給排水系統(tǒng)距離較近，建筑物供水系統(tǒng)包括熱水供應，部分給水系統(tǒng)設計不合理會導致等待時間長。建筑物設計未對熱水循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化，熱水循環(huán)管道設計中未采取保溫措施。建筑總體排水管道通常設置在地下深處，排水管道發(fā)生泄漏會對周圍土地造成污染。部分建筑物排水系統(tǒng)水壓設置不足，建筑物給排水設計不合理會影響居民生活質(zhì)量。

4、建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能減排技術設計應用

我國能源總量豐富但能源利用率較低，與我國經(jīng)濟實力與國際地位不相稱。近年來，我國城鎮(zhèn)給排水系統(tǒng)得到廣泛應用，城鎮(zhèn)人口平均綜合用水量為300L/d，使用給水前置設備每年可以節(jié)省給水能耗100.4億kWh。加強建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能減排技術設計具有重要意義，合理對給水管道進行節(jié)流減壓處理、有效使用雨水資源、應用性能較好的設備，可以促進建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能減排。建筑小區(qū)中水系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 建筑小區(qū)中水系統(tǒng)

4.1 優(yōu)化供水管道設計

市政工程中，供水管道水壓不變時，高層建筑易出現(xiàn)供水困難問題，改善水壓問題能夠保證高層建筑正常供水。高層建筑給排水系統(tǒng)設計時需要優(yōu)化原有供水管道，減少建筑物對水資源的消耗。建筑物給排水設計中需要采用不同的管道設計方法，高層住戶采用普通給排水管道，底層用戶采用市政工程給排水管道，保證高層用戶正常供水。建筑工程熱水主要由電能加熱，可以采用太陽能為熱能供源，保證使用清潔能源。目前，我國太陽能利用技術成熟，許多建筑供水系統(tǒng)應用太陽能實現(xiàn)熱能供應。城市中水系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 城市中水系統(tǒng)

4.2 合理選擇管道材質(zhì)

目前，我國開始限制建筑給水管道的最大壓力值，通常根據(jù)用戶用水量制定值域。給排水系統(tǒng)設計中，以用戶用水量為參考數(shù)據(jù)，對污水進行集中處理，減少環(huán)境污染。實際應用水超過額定水量會對機器造成損壞。給排水管道減壓處理中需要綜合考慮多種因素，供水管道工程涉及多種設備，管道的選材通常選用金屬材質(zhì)，但金屬管道長期使用對人體健康造成危害，可以選用PVC管道避免出現(xiàn)生銹情況，保證水資源清潔。在給排水系統(tǒng)設計中綜合考慮相關因素，能夠保證水資源最大利用率。屋面雨水收集與工藝流程如圖3所示。

圖3 屋面雨水收集與工藝流程

4.3 改進中水管道設計

近年來，工業(yè)廢水大量排放使區(qū)域水資源生態(tài)環(huán)境污染嚴重。需要開展中水管道回收處理工作，綜合處理小區(qū)日常生活工業(yè)污水，實現(xiàn)節(jié)約小區(qū)水資源回收處理，減少工業(yè)廢水對區(qū)域生態(tài)資源的污染。設計人員應關注中水管道設計，水管道連接距離嚴格控制為0.5m，中水管道布設選在小區(qū)排水管上方與小區(qū)飲水管下方。設計人員需要加大給排水系統(tǒng)的性能設計，避免出現(xiàn)小區(qū)水資源受到嚴重污染等現(xiàn)象。

4.4 正確選擇新型的或節(jié)水型的管道與水壓儀表

隨著城市高層建筑的數(shù)目越來越多，建筑給排水管道的設計成為了建設重點，高層建筑在管道設計需要考慮更多的因素，管道和水表儀器為了減少誤差必須加大對新型管材的研發(fā)。如靜音管和管材的開發(fā)和應用，減少了給排水管道的熱塑性損失和管道阻力的損耗，減少因長期使用熱塑性鍍鋅鋼管材而造成的嚴重水質(zhì)和環(huán)境污染，實現(xiàn)了節(jié)水環(huán)保節(jié)能目的。其次，相關配件的選擇也要經(jīng)濟與性能綜合考慮。因為配水型衛(wèi)生器具是整個建筑給水管理系統(tǒng)的核心和終端，設計者通常應該在裝修成本允許的范圍內(nèi)進行選擇配水器具使用充氣閥芯水龍頭、陶瓷閥芯水龍頭、節(jié)水腳踏延時開關自閉閥和節(jié)水腳踏開關淋浴器等，減少濺水，最大限度的有效節(jié)約用水。裝修用戶在選擇裝修的配水器具時候，我們可以盡量選擇采用沖水量小、采取真空吸力的坐便器，雙檔自動沖洗，減小沖水量，節(jié)約日常的用水。此外，設計者在裝修時還要根據(jù)自己的物業(yè)管理和裝修業(yè)主的實際要求來為設計者選擇合適的水表，水表一般要同時具備自動閥控、抄表和預付費三種功能，合理的控制水量。

4.5 優(yōu)化消防貯水池設計

在提高高層建筑給排水系統(tǒng)的節(jié)能減排性能時，設計人員需要優(yōu)化消防貯水池設計。近年來，人們越來越關注建筑消防安全問題。與高層建筑中的居民生活用水量相比，消防用水量更大。因此，消防貯水池不僅需要滿足滅火需求，還需要滿足火災延續(xù)期間的用水需求。火災事故具有突發(fā)性和不確定性，當水不流動并且長時間儲存在貯水池中時，水質(zhì)會發(fā)生變化，甚至出現(xiàn)二次污染的情況。為滿足生活用水水質(zhì)要求，工作人員需要經(jīng)常更換消防貯水池內(nèi)的水，而這又造成了水資源的嚴重浪費。因此，為避免水資源浪費，在開展高層建筑給排水系統(tǒng)設計工作時，設計人員應優(yōu)化消防貯水池設計，將消防貯水池和生活貯水池分開建設，從而保證消防貯水池的獨立性，在延長消防貯水池的換水周期的同時，避免影響建筑生活用水質(zhì)量。此外，設計人員還可以將消防貯水池與園林水景或游泳池相結合，進一步提高水資源的利用率。在設計高層建筑時，設計人員可以讓一個消防貯水池同時供應多個建筑。當水壓較低時，工作人員可以利用加壓水泵來滿足高層建筑的用水量。

4.6 充分利用雨水，提高水資源利用率

雨水再利用是當前解決水資源短缺問題的有效方式之一。因此，為實現(xiàn)高層建筑給排水系統(tǒng)設計的綠色化，設計人員應充分利用雨水資源，提高水資源利用率，最大化地節(jié)約水資源，實現(xiàn)節(jié)能減排目標。具體而言，在設計高層建筑給排水系統(tǒng)時，設計人員應以收集雨水為目的來設計建筑結構，并且采取相關處理措施，使處理后的雨水達到中水標準。處理后的雨水可應用于綠化、廁所沖洗等，從而有效減少水資源的浪費。雨水再利用的整個流程為：工作人員先將雨水引入雨水沉砂池，經(jīng)過初步凈化后，使其流入蓄水池，并且對其進行氯消毒，最終將其排入中水管道系統(tǒng)。雨水再利用能夠減少水資源污染，從而在保證居民正常生活質(zhì)量的同時，有效減輕當?shù)氐挠盟摀?。另外，在設計高層建筑地下給排水系統(tǒng)時，設計人員應做好自然采光與通風設計，科學合理地設置通風口和井下格局，最大限度地減少電力通風設備和動力風孔的使用數(shù)量。在鋪設地下輸水管道時，設計人員需要根據(jù)具體的地下環(huán)境狀況來確定管道分節(jié)的長度。對于井下環(huán)境惡劣、積水很深的區(qū)域，設計人員可以根據(jù)實際情況來增設維護工具暗格箱。中水循環(huán)系統(tǒng)的主要作用是，實現(xiàn)水資源循環(huán)利用，提高水資源的利用率。在設計中水循環(huán)系統(tǒng)時，設計人員應控制好水壓，因為這將直接關系到建筑的節(jié)水效果，水管壓力過大還會造成安全問題。因此，設計人員應根據(jù)建筑頂層供水需求來選擇合適的給排水管道，從而在保證給排水系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性的同時，減少水資源的浪費。

4.7 建立完善的建筑內(nèi)部循環(huán)熱水供應系統(tǒng)

為實現(xiàn)高層建筑給排水系統(tǒng)的節(jié)能減排目標，在開展建筑節(jié)能減排設計工作時，設計人員應將綠色環(huán)保、節(jié)能減排理念落實到設計的各個環(huán)節(jié)中。高層建筑節(jié)能減排設計不僅需要滿足人們越來越高的生活質(zhì)量要求，還需要避免資金浪費。目前，雖然熱水系統(tǒng)在住宅小區(qū)中的應用越來越廣泛，但是許多住宅小區(qū)仍存在熱水供應不足的問題，這不僅影響了房屋建筑的舒適性，還造成了水資源浪費。因此，在設計高層建筑內(nèi)部循環(huán)熱水供應系統(tǒng)時，設計人員需要保證熱水溫度達到設計標準，避免出現(xiàn)無效冷水的情況，從而減少給排水系統(tǒng)運行過程中水資源的浪費。此外，設計人員還應做好阻力平衡設計以及熱水管網(wǎng)布置設計，完善循環(huán)熱水供應系統(tǒng)，并且根據(jù)相關建筑設計標準要求，綜合考慮成本與工期，保證循環(huán)熱水供應系統(tǒng)的科學性和合理性，從而避免水資源浪費。

結束語：

隨著我國經(jīng)濟快速發(fā)展，城市居住人口不斷增加，建筑規(guī)劃設計工作需要順應可持續(xù)發(fā)展原則，合理運用市政管網(wǎng)給排水余壓，達到城市能源清潔綜合利用目的。文章通過建筑物給排水系統(tǒng)分析，應用節(jié)能減排技術對給排水系統(tǒng)進行設計，控制水流速度減少水資源浪費，通過應用太陽能裝置對水進行恒溫加熱。未來建筑發(fā)展中，積極應用節(jié)能減排技術對給排水系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，大力宣傳節(jié)能理念，提高水資源利用率。