建筑節能技術在給排水設計中的應用

黃伯雙，王建森，何永成

（河南省天域園林工程有限公司，河南 潢川 465150）

1 建筑節能的概念

建筑節能，在發達國家最初為減少建筑中能量的散失，現在則普遍稱為“提高建筑中的能源利用率”，在保證提高建筑舒適性的條件下，合理使用能源，不斷提高能源利用效率。

建筑節能具體指在建筑物的規劃、設計、新建（改建、擴建）、改造和使用過程中，執行節能標準，采用節能型的技術、工藝、設備、材料和產品，提高保溫隔熱性能和采暖供熱、空調制冷制熱系統效率，加強建筑物用能系統的運行管理，利用可再生能源，在保證室內熱環境質量的前提下，減少供熱、空調制冷制熱、照明、熱水供應的能耗。

2 建筑節能的適用范圍

建造過程中的能耗，包括建筑材料、建筑構配件、建筑設備的生產和運輸以及建筑施工和安裝中的能耗。使用過程中的能耗，包括房屋建筑和構筑物使用期內采暖、通風、空調、照明、家用電器、電梯和冷熱水供應等的能耗。建筑節能包括范圍的能耗 一般占一國總能耗的30%左右。隨著我國建筑節能新標準出臺，門窗節能產品倍受市場青睞。目前，我國建筑能耗已占全社會總能耗的40%;而門窗能耗又占建筑能耗的45%～50%，據相關專家預測未來門窗節能新技術將成為建筑節能重點。

3 減少能源總需求量的建筑節能技術

（1）建筑規劃與設計。在建筑規劃和設計時，根據大范圍的氣候條件影響，針對建筑自身所處的具體環境氣候特征，重視利用自然環境(如外界氣流、雨水、湖泊和綠化、地形等)創造良好的建筑室內微氣候，以盡量減少對建筑設備的依賴。具體措施可歸納為以下三個方面：合理選擇建筑的地址、采取合理的外部環境設計(主要方法為：在建筑周圍布置樹木、植被、水面、假山、圍墻);合理設計建筑形體(包括建筑整體體量和建筑朝向的確定)，以改善既有的微氣候;合理的建筑形體設計是充分利用建筑室外微環境來改善建筑室內微環境的關鍵部分，主要通過建筑各部件的結構構造設計和建筑內部空間的合理分隔設計得以實現。同時，可借助相關軟件進行優化設計，如運用建筑陰影模擬，輔助設計建筑朝向和居住小區的道路、綠化、室外消閑空間及利用CFD軟件，分析室內外空氣流動是否通暢。

（2）圍護結構。建筑圍護結構組成部件的設計對建筑能耗、環境性能、室內空氣質量與用戶所處的視覺和熱舒適環境有根本的影響。一般增大圍護結構的費用僅為總投資的3%～6%，而節能卻可達20%～40%。通過改善建筑物圍護結構的熱工性能，在夏季可減少室外熱量傳入室內，在冬季可減少室內熱量的流失，使建筑熱環境得以改善，從而減少建筑冷、熱消耗。首先，提高圍護結構各組成部件的熱工性能，一般通過改變其組成材料的熱工性能實行。其次，根據當地的氣候、建筑的地理位置和朝向，以建筑能耗軟件DOE-2.0的計算結果為指導，選擇圍護結構組合優化設計方法。最后，評估圍護結構各部件與組合的技術經濟可行性，以確定技術可行、經濟合理的圍護結構。

（3）提高終端用戶用能效率。高能效的采暖、空調系統與上述削減室內冷熱負荷的措施并行，才能真正地減少采暖、空調能耗。首先，根據建筑的特點和功能，設計高能效的暖通空調設備系統，例如：熱泵系統、蓄能系統和區域供熱、供冷系統等。然后，在使用中采用能源管理和監控系統監督和調控室內的舒適度、室內空氣品質和能耗情況。如歐洲國家通過傳感器測量周邊環境的溫、濕度和日照強度，然后基于建筑動態模型預測采暖和空調負荷，控制暖通空調系統的運行。在其他的家電產品和辦公設備方面，應盡量使用節能認證的產品。如美國一般鼓勵采用“能源之星”的產品，而澳大利亞對耗能大的家電產品實施最低能效標準(MEPS)。

（4）提高總的能源利用效率。從一次能源轉換到建筑設備系統使用的終端能源的過程中，能源損失很大。因此，應從全過程(包括開采、處理、輸送、儲存、分配和終端利用)進行評價，才能全面反映能源利用效率和能源對環境的影響。建筑中的能耗設備，如空調、熱水器、洗衣機等應選用能源效率高的能源供應。例如，作為燃料，天然氣比電能的總能源效率更高。采用第二代能源系統，可充分利用不同品位熱能，最大限度地提高能源利用效率，如熱電聯產(CHP)、冷熱電聯產(CCHP)。

4 建筑節能技術在給排水設計中的應用

根據我國目前建筑供水、用水的特點給排水節能設計的要點主要集中在三個方面：一是利用清潔、環保型能源(如太陽能等)作為建筑熱水供應設備；二是合理利用市政管網的余壓，采用分區供水方式并使用節能效果顯著的供水設備設施；三是節能、節水型的衛生器具，節水型的衛生器具能夠有效地減少水的消耗量，而且對降低供水能耗也有著重要的意義。

（1）合理利用市政供水管網余壓。盡管城市市政供水管網壓力可能不同，但普遍在0.2～0.4MPa之間，五層以內的建筑的供水壓力基本上是可以滿足的。但隨著我國經濟的快速發展，土地資源越來越趨于緊張，為了提高土地的利用效率，城市建筑出現了越來越多的小高層、高層，甚至超高層建筑，這些建筑的樓層遠遠多于五層，因此，為了滿足正常供水，必須采用二次加壓技術來實現對建筑的正常供水。此時，合理利用市政管網壓力，采用分區的供水方式可以非常有效地減少二次加壓的能量消耗。這樣設計還避免了低樓層管網壓力過高帶來的生活不便及其水資源的浪費。

（2）采用無負壓變頻供水設備。儲水池、加壓水泵、高位水箱等是二次加壓供水的主要設備，但二次加壓供水一直都沒能解決二次污染的問題，而且能源消耗相比其它方式也偏大，在新型建筑給排水設計中已經不是最佳方案，而采用環保性更好、能源消耗更少的無負壓變頻供水設備成為首選。原因主要以下幾個方面：一是可以有效地降低成本。采用無負壓變頻供水設備不需要二次加壓供水方式中的儲水池和水箱，降低了建造成本；二是對環境的污染更小。二次加壓供水是需要將水輸送到儲水池或水箱，水在儲水池或水箱存放過程中，可能會有大量的微生物生長，導致水的污染。無負壓變頻供水設備供水時，水不需要儲存，減少了污染；同時節能效果突出。傳統二次供水方式首先加壓將水輸送到儲水池，然后再一次加壓進行供水，這樣造成了能源的浪費。而采用無負壓變頻供水設備進行二次供水，設備的水泵是跟市政管網是直接連接的，可以有效地利用原有市政管網壓力供水；節水效果突出。常規的二次供水方式的儲水池或水箱都是混凝土結構，抗滲防漏性能一般，不可避免地存在著跑冒滴漏現象，雖然量不是很大，但日積月累，造成的浪費也是非常驚人的。而且為了防止水的污染，需要定期清理儲水池或水箱，無負壓變頻供水設備供水方式基本上不會出現上述的這種情況。

（3）充分利用清潔、環保型能源。采用清潔、環保型能源對減少傳統能源的消耗具有重要的意義，如地熱、風能以及目前應用最廣，技術最成熟的太陽能。在此針對太陽能在給排水節能中的應用進行詳解。我國大部分地區位于北緯40°以北的地理位置，日照時間比較充足，太陽能資源比較豐富，為太陽能的廣泛應用提供了良好的基礎條件。而且隨著太陽能技術的逐漸成熟，其技術成本也得到了相應的下降。基于以上兩個原因，目前太陽能在我國的應用越來越多，應用范圍也越來越廣。但在給排水節能設計方面主要是利用太陽能制備生活熱水，減少了大量的傳統能源的消耗，從而減少了對環境的污染。目前太陽能熱水器按集熱器形式分為兩類：平板型和真空管型。這兩類都具有集熱效率高、保溫性能好、操作簡單維修方便等系列優點，且熱水系統可安裝在屋頂、墻壁及陽臺等位置，十分方便建筑設計。

（4）采用節水型管材、衛生器具及配水器具。給排水節能設計需要全方位綜合考慮各種因素，在水的輸送過程中，也可以采取一定的措施進行節能節水，如采用優質管材、閥門。由于鍍鋅鋼管容易生銹，這樣必然會影響水質，而且經過一段時間閑置后，再次使用時會有銹水流出，如果流入到干凈的水中，可能導致整個容器里的水的水質不合格，造成水資源的浪費。此外，接頭處經常銹蝕，隨著時間的推移，會不同程度地出現漏水滲水現象，但如果采用新型管材如鋁塑復合管、鋼塑復合管、PP-R管、PE管、pvc-u管不銹鋼管、銅管等，就能夠很大程度上杜絕漏水、滲水等資源浪費問題。

（5）其他節能措施。建筑給排水設計在節能方面的應用的措施非常多，如采用自動控制計量、發展建筑中水系統、雨水回收利用、在熱水管道設計中應盡量采用塑料管材以代替原來的金屬管材等。

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