建筑給水工程的節水節能方法分析

曹 楊,李太富,方 俐

(1.西華大學能源與環境學院成都 610039;2.中國華西工程設計建設有限公司成都 610081)

1 建筑給排水系統中水電資源浪費現狀及原因

1.1 超壓出流現象

建筑內部給水系統的壓力,必須能將需要的水量輸送到建筑物內最不利點的用水設備處,并保證有足夠的工作水頭。衛生器具給水額定流量是按照衛生器具用途和使用要求而規定的衛生器具給水配件單位時間的出水量。最低工作壓力是為基本上滿足衛生器具使用要求而規定的給水配件前的工作壓力。給水配件前的壓力大于最低工作壓力,給水配件在單位時間內的出水量超過額定流量的現象,稱超壓出流現象[1]。該流量與額定流量的差值,為超壓出流量。為了滿足最不利點水頭的要求,超壓出流現象必然存在。超壓出流現象不但會破壞給水系統中水量的正常分配,因超壓出流的水未產生任何效益,即為無效水量。而且當水壓過大時,水龍頭啟閉時易產生水擊及管道振動,使得閥門和給水龍頭等磨損較快,縮短使用壽命,并可能引起管道連接處松動漏水,加劇了水的浪費。在高層建筑中,高區的供水還必須由水泵提供,提升這部分無效水量又直接造成了電能的浪費。

1.2 給水管道及附件的損壞導致水量浪費

管道的老化及生銹,閥門、水表、龍頭等的破損導致水量的損耗。給水管道在管子接縫處及法蘭、閥門連接處都會有不同程度的漏水現象。尤其埋于地下的的管道破裂漏水更不易被發現,造成極大的水資源浪費;其次是給水附件的不合理選擇,造成實際出流量遠大于需要的用水量,造成水量的浪費。

1.3 加壓貯水系統選擇不合理造成浪費

目前新修高層建筑的消防加壓系統一般都是各號樓單獨設置,這就造成工程建設和設備投資及運轉費用過高,并且多座貯水池的大消防貯水及定期換水也造成了嚴重的水電資源的浪費。再加上一些設計人員只求符合設計規范,沒有考慮到設備及管道的投資以及后期運轉上的資源消耗。比如給水方式選擇的不合理,給水分區的不合理,以及選擇水泵機組的不合理都造成了不同程度資源的浪費。尤其以水泵機組選擇不合理造成資源浪費最為嚴重,因為水泵機組的運轉是靠電能以維持,在整個給水工程中 95%～98%的電能是用來維持水泵的運轉,因此在設計時這方面必須引起重視。

2 節能措施的分析

2.1 充分利用市政給水管網的流出水頭

目前,我國城市的自來水管壓力在非高峰期用水時,市政給水管網壓力一般能在0.15～0.35MPa,此壓力值可以滿足高層建筑的低區以及部分多層建筑的供水要求,可以充分利用。在高層建筑中,切不能將管網出水直接引入貯水池中,白白將市政管網的流出水頭損失掉。在有條件的地方,經有關主管部門批準,可以引入 WWG型無負壓給水設備。無負壓給水設備是直接串聯到市政給水管網或原有管網上加壓,有效利用原有管網壓力達到節能的目的而對市政給水管網或有壓管網不產生負壓,能穩定和調節流量的給水設備。WWG型無負壓給水設備節電效果可達 50%～90%,節水可達 13%以上,而且在停電的情況下可以達到不停水的效果。

2.2 合理確定給水系統的垂直分區及減壓節流問題

高層建筑給水系統垂直分區的目的,是保證給水設備和衛生器具的正常使用,避免壓力過高,出現不必要的能量浪費。同時避免衛生器具供水大大超過額定流量,造成水量浪費。分區壓力過高,不僅使衛生器具出水過猛,而且在啟閉衛生器具時易產生水擊,甚至使管件破裂、衛生器具部件損壞,增加維修量。所以在設計時,垂直分區壓力值一定要適宜[2]。然而為了達到最不利點的流出水頭,其他管段超壓現象必定存在,這就涉及到需要設計人員更合理的分區以減小超壓現象造成的危害。為了達到規范規定的關于管段和衛生器具承壓的要求,目前采用的最有效的措施就是設置減壓孔板或者減壓閥門,但在減壓閥門前的管段必定也是處于高壓狀態,通過減壓閥,白白削減掉了這部分勢能。是否能將這部分勢能轉化為電能,直接為電磁減壓閥提供電源,這還有待研究探索。

2.3 合理設計水泵的運行參數及管網的管徑

在不設調節水箱的供水方式中應選用高效節能的變速水泵。通過合理設定水泵參數優化配置可避免恒速泵給水系統中水泵始終按最不利工況運行所引起的水量、電能浪費的問題,在各類資源緊缺的今天有著廣闊的前景。同樣,在熱水供應系統中,隨著水泵自控技術及各種監測儀表和新型感溫材料的出現,循環水泵的運行也可采用變流量變揚程的自動控制系統?？梢钥紤]在配水龍頭處裝設簡易的水流指示器或在最遠配水點處裝設感溫元件,把信號傳遞至循環水泵的控制系統,根據熱水的不同配水工況命令水泵時停時轉隨機改變其運行參數,從而節省電耗。采用變頻調速裝置比一般供水設備節電 10%～40%。有的設計人員或者施工人員圖節省管材,故意把管徑縮小一個型號,雖然也能達到高層建筑最不利點的流出水頭,但由于管徑的縮小,提升同樣重量的水所消耗的電能就要多很多。而在自動噴水滅火系統中,按正常計算所選用的管徑,確實符合最不利點的噴水強度,但經核算,需要放大一號管徑才能符合規范[3]里“9.1.4”條:“最不利點作用面積內任意四個噴頭圍合范圍內的平均噴水強度輕,中危險級不應低于本規范表5.0.1規定值的 85%”要求。所以,無論從經濟角度還是從安全角度考慮,管徑是需要放大一號的。

2.4 充分利用太陽能資源

太陽能作為清潔能源,取之不盡,用之不竭,是節能的重要的途徑。而今太陽能對于供水最有效的利用就是太陽能熱水器,太陽能熱水器是由集熱器、儲水箱、給水箱、循環管、循環泵、配水管等組成。我國大部分地區均處北緯 40°以北,日照時間較長,均適合推廣太陽能熱水器。昆明月半灣高層住宅小區工程[4]合理地把太陽能運用到了高層住宅建筑供水中,在此小區中,通過利用太陽能,用戶平均每日節約電量達 7°之多,小區全年同比節約用電 237×104KW·h,相當于年節約標準煤近 1000 t。

3 節水措施的分析

3.1 開發中水資源

建筑中水系統是很有效的水資源可持續利用系統,它將建筑物內的污水、廢水加以收集、處理,實現生活污水、廢水的重復利用,既節省水資源,又保護環境,具有明顯的經濟效益和社會效益。盡管中水系統初期投資增加,但是從長遠角度來看,其成本費用還是低于直接使用自來水的成本費用,而且實現了資源的可持續發展。其次是雨水的利用,雨水利用就是將雨水收集起來,經過一定的設施和藥劑處理后,得到符合水質指標的水得以利用的過程,類似于中水,處理后的雨水作為一種可以利用的水資源可以用于廁所沖洗、城市綠化、景觀用水以及其他適應中水水質標準的用水,以減少自來水的用水量,減輕污水處理費用。目前,世界上許多國家都展開了對雨水利用的研究,以節約水資源。

3.2 加強水表的管理

水表的設置對水量的控制起著重要的作用。增加小區進戶總水表,通過與各戶水表進行水量平衡分析,有利于查出漏水隱患。其次水表計量的精確性關系到對漏損控制的評價和采用的對策,為此應采取有效措施提高水表計量的準確度。

3.3 利用經濟杠桿促進節水

我國現行水價偏低,根據人均用水量標準估算,每人每天的水費僅為 0.2元,水的低價格完全不能體現水的實際價值,不利于人們節水意識的形成,就節水的經濟效益而言也是微不足道。美國的一項研究認為,通過計量和安裝節水裝置,家庭用水量可降低l1%,如果水價增加一倍,家庭用水可再降低 25%。因此應合理制定水價或合理制定居民用水定額管理制度措施,如實行“超定額累進加價制度”或者采用階梯式或季節式水價等,充分利用價格杠桿的作用來提高人們節水的意識,達到節水的目的。

4 結束語

建筑業作為我國經濟發展的支柱產業,正在飛速發展,而人們對供水量和水質的要求以及消防的要求也在不斷擴展,這就對設計人員、施工人員以及監理提出了更高的要求,不僅要符合規范規定的要求,更要把好校核關,努力做到既為投資方節約成本又避免能源的浪費。而目前節約能源的關鍵除了節水節能技術,還要加強人們的節水節能意識和改變用水習慣,應倡導節約資源,杜絕浪費。

[1]郭莉莉.建筑能耗現狀及節能潛力[J].鐵道工程學報,2006(4)

[2]李亞峰,蔣白懿.高層建筑給水排水工程[M].化工出版社,2004

[3]GB 50084-2001自動噴水滅火系統設計規范[S]

[4]王秀祥,鄒國瑞.挑戰高層住宅熱水節能極限[N].云南經濟日報,2008