淺談武漢市民用建筑節水技術及管理——以青山區為例

顏 波,盧 帥,江 杏,葉 琦

(武漢科技大學 管理學院,湖北武漢 430081)

一、民用建筑節水的必要性

《老子》有言:“上善若水,水善利萬物而不爭。”水資源是基礎自然資源,同時也是戰略性經濟資源,是綜合國力的有機組成部分,水資源正日益影響全球的經濟與發展。推行節約用水政策,加強水資源的管理和利用,是緩解水資源危機,減輕環境污染,促進經濟和社會持續發展的重要措施,也是現階段全球共同關注和各國政府的重點議題之一。水資源極度短缺和嚴重浪費現象并存是我國現階段存在的主要問題。節約用水應是防止水資源危機,解決供需矛盾的長期的必要的方針。

民用建筑(Civil Building),指供人們居住和進行公共活動的建筑的總稱。民用建筑按使用功能可分為居住建筑和公共建筑兩大類。有關數據顯示,民用建筑用水量占到總用水量的16%左右,人們要生存,就少不了用水,故而民用建筑節水具有十分重大的意義。

一是經濟效益。減少給水系統的運行和維護費用,減少水廠的建設水量,降低建設水廠的投資,減少污水處理廠的建設數量等等。

二是社會效益。減少國家水供應壓力,增強干旱的預防能力,降低水資源的消耗,及時調用國家不同區域的用水差異,防止缺水帶來的社會不穩定等等。

三是環境和生態效益。維護河流的生態平衡,美化環境,節約用水可以避免地下用水的過度開采,防止地下水的污染等等。

二、武漢市青山區民用建筑節水現狀

對于青山區民用建筑節水,就居住建筑而言,主要是在飲用,洗滌,沖廁,洗澡及洗車等方面著手進行的;就公共建筑而言,主要從沖廁和場地清潔等方面入手。

青山區的獨立式舊房在節水方面主要依靠居民的傳統方法,比如:控制水龍頭開關至中小水量并及時關水;使用臉盆洗臉及洗手,收集洗衣,洗菜,洗澡水等沖洗馬桶;衣物集中洗滌,洗滌劑放適量,小件衣物手洗;間斷放水淋浴等。而新建的小區式的集體住房在節水方面除了上述方面之外還可以靠新型用節水設備,比如節水龍頭,可分量調節出水量的大小;節水型馬桶,每次用水9L,比傳統馬桶節約大約4L水等。

青山區公共建筑也有部分是很早以前建立的,這些建筑的廁所采用的是溝槽式的,可采用感應式排水系統節水,而對于新建的公共建筑則多采用的是抽水馬桶,可節約用水。至于場地清潔和洗車則采用的是灑水車和機械清潔,這也從某種程度上能節約一定的水量。

三、武漢市民用建筑節水現狀

據相關數據顯示,2010年全市總用水量大概為31.53億立方米,其中全工業用水量15.33億立方米,占總用水的48.6%,居第一位;農業用水量10.19億立方米,占總用水的32.3%,居第二位;生活用水量6.01億立方米,占總用水量的19.1%。如果能讓民用建筑節水上發揮更大的優勢尤其注重對給排水系統的優化改進及部分生活污水的重復循環利用,那么就能在節水節能上邁出重要的一步。

當前武漢市民用建筑節水,主要體現在以下幾個方面:

(一)研制推廣節水型設備,節水器具普及率達到了8%

1.節水型便器沖洗設備。雙沖洗水量控制裝置的坐便器,延時自閉沖洗閥式小便斗或自動感應沖洗小便斗均有較好的節水作用。

2.節水型水龍頭。如現在大量使用的自閉式龍頭、感應式龍頭等均可起到節水作用。

3.節水型淋浴設施。公共浴室淋浴采用單管恒溫供水,一般可節水10%-15%;若采用踏板閥,做到人離水停,一般可節水15%-20%。

(二)進行管網改造

到2010年,城鎮居民生伙用水定額達到168L/天,管網漏失率由2005年的19%降到14%。

(三)公民節水意識

目前民用建筑,一般都設有水表,合理定價,按表收費,讓用水者直接承擔經濟責任,事實證明節水效果明顯。對于賓館、飯店、寫字樓、集體宿舍以及其他公共場所內的用水設施加強管理,及時檢查維護,嚴防浪費現象。各種經濟和行政管理措施的實行會不斷的增強公民節水意識,公民節水意識是在全社會推行節約用水的軟環境,公民節水意識的增強可對其他具體節水措施起到事半功倍的作用。

四、武漢市民用建筑節水存在的問題

(一)“隱形”水量浪費

超壓出流就是指給水配件前的壓力過高,使得其流量大于額定流量的現象。如按照《建筑給水排水設計規范《GB50015—2003》的規定,一個洗滌盆水龍頭在管徑15mm時,額定流量為0.15～0.2L/s;若在上述相同條件下,因水壓過高導致其出流量大于0.2L/s時,即為超壓出流。此時的出流量與0.2L/s的差值為超壓出流量,這部分流量未產生正常的使用效益,是浪費的水量。由于這種水量浪費不易被人們察覺和認識,因此可稱之為隱形水量。這種“隱形”水量流失并不亞于“顯形”的漏水量。武漢市建筑給水系統中超壓出流現象是普遍存在而且是十分嚴重的,由此造成的水的浪費問題是不可低估的。

(二)熱水供應浪費

隨著人民生活水平的提高和建筑功能的完善,建筑熱水供應已逐漸成為建筑供水不可缺少的組成部分。據統計,在住宅和賓館飯店的用水量中,淋浴用水量已分別占到30%和75%左右。就節水效果而言,支管循環方式最優,立管循環方式次之,無循環方式浪費水量最大,干管循環方式次之。由于目前武漢許多建筑系統采用干管循環和無循環方式,因而造成大量的水被浪費。

(三)器具用水浪費

由于公民節水意識淡薄,追求節水用具上價格的便宜,很多住戶用普通水龍頭代替洗衣機專用水龍頭,這樣做存在兩個問題:一是按普通水龍頭標準生產的產品,上密封要求較低,如管網壓力大時,就會由上密封漏水;二是普通水龍頭出水口沒有做特別要求,不太適合與洗衣機的接口連接,常有因家中無人,接口崩開而發生嚴重跑水的事故。

五、“3R”水循環經濟下節水技術實踐

“循環經濟”一詞源自美國經濟學家波爾丁,是他在20世紀60年代提出生態經濟時談到的。“循環經濟”理論側重于整個社會物質的循環利用,強調的是循環和生態效率,資源被多次重復利用,并注重生產,流通,消費全過程的資源節約。

資源是地球賴以生存的基礎,而水資源是地球上唯一不可替代的資源,尤其是在當今社會水資源嚴重匱乏的情況下,將“循環經濟”理論應用于水資源的節約上就顯得尤為重要。從宏觀層面上講,水循環經濟就是,在水資源的利用上由傳統高開采,低利用,高排放的“資源——產品——污染排放”模式向新型低開采,高利用,低排放“資源——產品——再生資源”反饋式流程發展;而從微觀層面來說,水循環經濟就是要從單獨一個點或者小區域上實現水資源閉合循環利用。

將水循環經濟理論應用于民用建筑節水上,實現供水,用水和排水等環節的健康循環。

輸入端減量原則(Reduce):要求在供水環節,減少進入生產和消費流程的水資源量,即用較少水資源投入滿足既定的生產或消費需求,在經濟活動的源頭就做到節約水資源或減少污染。要求人們使用節水器具或采用節水實踐來減少對水資源的過度需求,從而達到減少廢水排放的目的。

過程控制再利用原則(Reuse):為了提高水資源的利用效率,要求從上一工序或過程排出的水可以直接被下一工序或者過程利用,水資源在生產消費過程中盡量多次重復利用,鼓勵人們采取措施將生活水重復使用后用于沖廁,灌溉等用途。

輸出端的再循環原則(Recycle):要求將生產和消費過程中的污水可以變成可利用的資源而不是無用的廢水。廢水資源化通常有兩種方式:一是水資源循環利用后形成與原來相同的產品;二是水循環利用后與原來形成不同的產品,廢水資源化后形成的不同產品可用于不同的途徑。再循環原則要求失去功能的廢水恢復功能,從而可再利用,以使整個水循環實現閉合。

下面用圖來表示這整個循環過程:

“3R”水循環經濟圖

結合武漢市民用建筑節水現狀及其中存在的問題,應用“3R”水循環經濟理論對節水節能作出更進一步的分析。

(一)輸入端減量(Reduce)

1.節水型水嘴、淋浴器:在保證使用功能的前提下,控制流量,達到節水目的,要求壓力0.01MPa,流量小于0.15L/s。主要運用于住宅和公共建筑的冷、熱水供水管路末端。

2.節水型便器系統:平均用水量標準要求小便器平均用水量不超過3L,坐便器平均用水量不超過6L,蹲便器平均用水量不超過8L。主要適用于住宅和公共建筑的便器系統。

3.延時水嘴:每次用水量在2～4L,可有效節水。主要適用于機關、廠礦、醫院、學校、商場或其它公共場所。

4.腳踏式水嘴、淋浴器:腳踏出水,離開后停水,可有效節水。但由于使用者必須一直踩踏才能使用,會有些不便。主要適用于機關、廠礦、醫院、學校、商場或其它公共場所。

5.感應式水嘴、淋浴器:采用紅外線反射原理,人體或人手在感應距離內出水,人離開后停水,避免了傳統開關人走水長流的水資源浪費。主要適用于機關、廠礦、醫院、學校、商場或其它公共場所。

6.IC卡節水控制器:通過射頻卡和智能水控終端對用水進行控制和管理,采用預付費方式,用水按時間或按流量計費,能有效對終端用水進行控制。主要適用于機關、學校、廠礦、公共浴池等。

7.智能觸摸式數顯溫控器:水嘴、淋浴器等設備在使用時出水的溫度即時顯示在顯示屏幕上,使用者能提前知道水溫是否適合自己,并有記憶上次的功能。減少了使用者在使用時用手試水溫導致的浪費,并且消除了被燙傷的危險。主要適用在家庭和各種有冷、熱水供水系統的未端的水嘴、淋浴器上。

8.壓力流沖擊式坐便器:利用供水管網壓力,增加壓力推動,提高了沖水的瞬時流速,且與新型坐便器相結合,在保證排污能力的同時,設計了漩渦沖洗與噴射沖洗,提高了沖洗效果,每次沖洗用水量不大于4L,大大減少了用水量,并設有過壓裝置以確保使用安全。設計新穎,排污能力強,節水效果顯著。主要適用于住宅和公共建筑的坐便器系統,也可用于老式坐便器的改造,供水壓力不低于0.06MPa。

9.噴射式沖洗節水坐便器:采用特制的便器,利用自來水管網的壓力,采用噴射技術,有效完成便器沖洗,可防止污物在排水管道內產生淤積,大、小便分(4L、2.5L)兩檔,一次沖水后的稀釋率＞500。可手動、自動(電磁閘)控制。內設有水量調節系統,可做到最大限度的節約用水。主要適用于住宅和公共建筑的坐便器系統,供水壓力0.1MPa～0.3MPa。

10.免水沖立式小便器:內壁涂層采用憎水、殺菌材料,起到潔凈和殺菌功能。小便斗的下部內置充有輕質阻集液的阻集器,并設有隔離筒,起到水封作用,阻止異味的散發。達到免水沖的目的,節省水資源。主要適用于公共建筑的男用衛生間的小便系統。

(二)過程控制再利用(Reuse)

1.建立中水系統

中水回用系統是指民用建筑物或居住小區內使用后的各種排水如生活排水、冷卻水及雨水等經過適當處理后回用于建筑物或居住小區內,作為雜用水的供水系統。雜用水主要用來沖洗便器、沖洗汽車、綠化和洗灑道路。

據有關研究資料顯示,在城市建筑小區采用中水系統后,居住區用水量將節省30%—40%,同時排放量減少35%—50%,對于商住小區設置中水系統可節水70%,科研事業單位可節水40%左右,對一般居民住宅,可節水30%左右。這對社會和環境效益的深遠影響是無法估量的。

以色列是在中水回用方面最具特色的國家。占全國污水處理總量46%的出水直接回用于灌溉,其余33.3%和約20%分別回灌于地下或排入河道,其中水回用程度之高堪稱世界第一。他們采取的中水回用處理過程為:城市污水的收集→傳輸到處理中心→處理→季節性儲存→輸到用戶→使用及安全處置。在回用方式上,包括小型社區的就地回用,中等規模城鎮和大城市的區域級回用。

我國中水主要還是用于居民沖廁、灌溉、景觀用水、洗車,正在開發在工業和農業中的使用。北京、天津、青島等缺水嚴重地區走在中水市場的最前面,這些城市都把中水回用列入城市大的總體規劃之中。

但對于武漢市來說,《武漢市建設項目配套建設節水設施管理規定》第十條:建筑面積在3萬平方米以上,且日用水量300立方米以上的賓館,飯店,以及建筑面積在10萬平方米以上的校園等建設項目,應按照國家,省有關技術規范的要求,配套建設中水設施。鼓勵建筑面積10萬平方米以上的居住區及其他民用建筑配套建設中水設施。具體辦法由市水行政主管部門擬定,報市人民政府批準后實施。這就為民用建筑設立中水系統有了政策上的支持,也正是大力發展中水系統作用的巨大潛力所在。

2.加快開發利用家庭微型中水系統

北京立德雅科技發展有限公司研制的家用自動節水裝置應用技術,由安裝有清污識別器、免維護過濾器和提升泵的支架、洗滌器具的分流器以及帶殺菌功能的儲水箱組成。以家庭為單位的節水系統,不存在戶與戶之間的交叉。支架放在洗衣機底下,不占用家庭地面。可有效地將洗衣機的二、三次排水,純水機廢水和其它分流的廢水(廚房、衛浴)回收再利用,可100%代替便器沖洗用水,可節約生活用水50%,節水效果顯著。可用于住宅衛生間、廚房等廢水回用等。假設在武漢,每家每戶都能裝上這樣的微型中水系統,可想而知,節約的水量將是很可觀的。

家庭微型中水系統給民用建筑節水提供了一個更方便快捷的渠道。

(三)輸出端再循環(Recycle)

膜生物反應器(MBR)為20世紀90年代國際上新興的水處理技術,主要應用于城市污水的凈化。MBR主要有以下特點:處理效率高,出水水質好,設備緊湊,占地面積小,易實現自動控制,運行管理簡單。目前MBR已應用于美國、德國、法國、埃及等十多個國家,規模從6m3/d至13000m3/d不等。我國對MBR的研究主要仍以對生活污水的處理為主。據有關數據顯示,應用MBR技術后,主要污染物的去除率可達:COD=93%,SS=100%,出水懸浮物和濁度接近于零,處理后的水質良好且穩定,可以直接回用,能夠實現污水資源化。

在資源短缺的今天,污水處理回用是開發利用水源的有效措施,將膜生物反應器應用于民用建筑生活污水的處理上,經過處理的水用于綠化,沖廁,沖洗,補充觀賞水體等非飲用目的,而將清潔水只留用于飲用等高水質要求的用途,這樣不僅節約了水資源,也減少了環境污染。

現在已經生產的A2-MBR系列智能一體化膜生物反應器是將膜分離技術與生物處理技術,智能化控制技術有機結合起來的一體化成套水處理設備。克服了傳統水處理工藝的流程冗長,占地面積大,操作管理發雜等缺點,具有結構緊湊,外觀美麗,占地面積小,運行費用低,穩定可靠,自動化程度高,維護操作方便等優點,特別是出水水質好,優于中水水質標準,特別適用于中小型規模的污廢水處理和回用。還有A3-MBR系列膜生物反應器組器,也是生活污水處理及回用工程的首選。

膜生物反應器技術以及其優質的出水水質被認為具有較好經濟,社會和環境效益的節水技術而備受關注,而高水質要求正好符合民用建筑生活用水要求,這就為民用建筑節水提供了切實可行的途徑。

六、民用建筑節水管理對策

(一)制定利于節水用水的優惠政策,鼓勵倡導市民節約用水。公民自身素質的提高、自身節水意識的提高、以及法律意識的加強是公民節約用水的另一保障,所以應該加強節約用水的宣傳力度,增強公民的節水意識以及法律意識。比如:城市主要交通要道制作節水公益廣告、利用媒體宣傳、舉辦節水有獎征文活動、刊報節水廣告等等。

(二)法律是約束人類活動最好的行為準則,所以應該把節水節能納入相關的法律政策,節水節能的制度,搞好節水節能法律法規的相關宣傳工作。健全節水法規體系,加強法制管理,推進全社會節水,逐步建立起政府調控、市場引導、公眾參與的節水型社會管理體系。

1.實行計劃用水制度。水行政主管部門和相關部門應該根據水資源統一規劃用水供求計劃,編制好用水計劃,經批準才可下達執行。

2.實施用水統計工作制度。相關部門應該做好各行業的用水統計工作。

3.取水、用水均要安裝計量設施。計量設施必須符合國家標準,各用水單位應該加強用水的管理,健全用水統計資料,如實按期上報相關部門。

4.實行節水技術改造投資項目發布制度。推動用水器具生產企業及現有高耗水行業的節水技術改造。

5.實行節水產品標識制度,強化用水節水設施和節水器具、設備生產質量的監督。

6.制定統一的再生水管理辦法,由水行政部門統一管理再生水系統的設計、建設、運行。加強再生水管理隊伍的能力建設。實行對用水單位的水量平衡試制度,促進合理用水。

7.實施節約用水補助金制度,用于支持節約用水技術改造、管理及補助對節水工作作出重大貢獻的用戶,激勵大家積極節約用水。

8.引導和規范建立各類用水組織。

9.建立發達的信息互通制度,包括信息采集、管理和發布系統,及時向全社會發布用水信息、水權和水市場信息。

(三)節水設備的推廣和研發是公民節水意識提高同時的有效輔助設備,因此應該大力研制推廣節水型設備:比如節水型便器沖洗設備、節水型水龍頭和淋浴設施等等。

(四)剩余水壓對節水設備會產生極大作用,水壓太大容易損壞節水設施產生滴漏,故此應該減小剩余水壓,在容易安裝且不受安裝位置限制的前提下,研制新式減壓節流裝配,只有這樣才有利于減小水壓的推廣應用。

(五)開發新技術,研制新設備,減低中水系統處理成本,實現廢水、污水的重復利用。

(六)制造研發節水設施的材料的質量直接影響節水設施的質量,所以應該提高管材、附件和施工質量,防止水源的滴漏現象。

(七)重新對供水管網的改造、鞏固、維護,降低管網的滴漏。加強城市應急輸配水管網的建設。

節約用水勢在必行,民用建筑節水措施不一而足。實踐證明,只要采取一項措施或多項措施兼用,其節水效果都將是顯著的。“堅持開發與節約并舉,把節約放在首位”,不僅能取得顯著的經濟效益,而且能在一定程度上緩解城市用水供需矛盾,解決高峰期缺水問題,還能減少污水排放量,保護環境,取得較好的社會效益和環境效益。

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