論綠色建筑給排水設計的節水措施分析

摘要：21世紀，隨著綠色建筑的興起以及《綠色建筑評價標準》（GB/T"50378—2006）規范的制定，對綠色建筑給排水設計提出了以節水及水資源利用為主的各項要求，其中很多關鍵技術措施在一般工程中不多見。本文以某超高層辦公樓設有生活給水系統和管道直飲水系統。本章對這兩個系統的具體設計進行介紹，并對給水設計中涉及綠色建筑達標控制項的內容進行了對比、分析和研究。

關鍵詞：超高層辦公樓;綠色建筑;建筑給排水;節水措施

1.引言

當前，城市的用水量日益增加，我國人均水資源占有量僅為世界平均水平的28%，水資源短缺已成為制約我國經濟社會可持續發展的重要因素。因此，本文圍繞綠色建筑評價標準展開技術策略的研究，能降低設計過程中遇到重大技術性問題的可能性，降低各專業在綠色建筑設計過程中的配合難度，對順利完成綠色建筑的各項要求具有重要意義，本文就結合實際情況，對綠色建筑中節水措施進行分析論述。

2、國內外綠色建筑綜合評價體系

2.1"國外綠色建筑綜合評價體系

眾所周知，在經歷了能源短缺危機和環境污染的事件后，發達國家就開始探索和“綠色建筑”有關的發展原則和技術，并逐步成立了有關的技術協會、研發組織，對綠色建筑的評價方法作出相關的研究。到了上世紀"90"年代，綠色建筑的綜合評價指標開始逐步成熟起來，可把其分為三個發展階段，早期為對綠色建筑產品及技術的一般評價以及相關介紹和展示;中期為對建筑方案及環境的設計和評價;近期為對建筑整體環境表現的綜合評審和評價。

2.2"綠色建筑中的給排水主要技術措施

給排水設計在綠色建筑設計中主要負責水資源的節約與利用以及在條件許可的情況下利用各種可再生能源進行熱水加熱。綠色建筑中的給排水技術措施主要分為中水回用、雨水收集回用、節水措施、可再生能源利用四部分。

2.2.1"中水回用

中水作為一種穩定的、水質較好處理的第二水源，對其進行回用能起到有效的節水作用。中水回用在國外已經有很長時間的時間，使用普遍，回用的效率高，具有很好的經濟效益。

在建筑中再生水通常被稱作中水，中水是指各種排水經處理后，達到規定的水質標準，可在生活、市政、環境等范圍內雜用的非飲用水。建筑中的中水水源主要包括盆浴和淋浴排水、盥洗排水、空調排水、洗衣排水、廚房排水和沖廁排水。這幾種水源的水質不一，一般把它們歸為"3"類：

1）優質雜排水：空調排水、盥洗排水和沐浴排水等水質較好的原水

2）雜排水：除了沖廁排水以外的原水

3）生活污水：所有中水的混合

中水的處理工藝一般主要分為物理和生物處理兩種。物理處理法就是通過沉淀過濾等方法去除無水腫的雜質以及大顆粒污染物。生物處理法是通過微生物的代謝作用把污水中的污染物轉化為無害的物質。中水由于水質較差，物理處理很難達到使用要求，所以多采用生物處理法。

2.2.2"雨水收集回用

城市建設越來越注重發展雨水收集和利用工程，把原來被排走的雨水儲存起來加以利用，既增加了水資源，也是節約自來水使用量的好措施。同時，通過雨水收集利用的廣泛開展，由于雨水被留住或回滲地下，減少了排水量，減輕了城市洪水災害威脅。因此，地下水得以補充，水環境得以改善，生態環境得以修復。可以說，雨水收集利用是城市水資源可持續利用的有效措施之一。

我國城市雨水利用發展較晚，許多設計人員來自于環境、市政領域，在雨水回用的設計過程，往往采用環境工程或者市政工程的設計標準和思想，從而造成雨水回用項目投資較大、運行費用較高，不利于雨水回用在城市大范圍推廣。國內有部分雨水收集示范項目，但仍未獲得大范圍的推廣，目前在國內已經提出強制進行雨水收集利用城市包括如下：北京、深圳、上海、南京、大連、青島、鄭州等城市。

2.2.3"可再生能源利用

在給排水設計中，可再生能源主要作為熱水加熱的熱源來使用。目前用于加熱水的可再生能源主要是太陽能。太陽能熱水系統的作用主要是通過集熱器把太陽能轉換為熱能用以加熱水，再通過熱水管道輸送至各個用戶;通常包括太陽能集熱器、儲水箱、泵、連接管道以及控制系統等設備。

2.2"綠色建筑評價標準介紹

《綠色建筑評價標準》（GB/T"50378-2006）是"2006"年頒布實施關于綠色建筑的國家標準，目前為推薦性標準性質，標準本身可作設計參考之用，標準把綠色建筑分為三個星級，三星目前是我國認可的綠色建筑最高級別，二星一星次之。此標準采取得分制作為評價表現的準則，即得分越多表現越好，當建筑的表現高于設定的標準后，便可得分。

3、給水工程設計及綠色建筑節水措施

3.1"生活給水系統

3.1.1"給水系統設計

1）水源

本工程以市政自來水為水源，從市政給水管引入一條"DN200"給水管供本建筑使用。根據自來水公司提供的資料，市政管網的供水壓力為"0.3Mpa。

2）生活用水量確定

本項目生活用水量包括辦公用水、空調補水、游泳池補給水、游泳池淋浴水，食堂用水、車庫沖洗和綠化用水等項目，各項用水定額、單位數量、用水時間、時變化系數、最大時用水量及日用水量等均列于表"3-1。

表"3-1"生活用水量計算表

用水

單位名稱

用水定額

單位數量

用水

時間

最大時用水量

（m3/h）

日用水量

（m3/d）

辦公室

60L/人"d

3000人

10

2.0

36

180

空調補給水

30m3

10

1.0

30

300

游泳池

補給水

120m3/d

10

1.0

12

120

游泳池沐浴

60L/人·d

500人·次

10

2.0

6

30

食堂

15L/人·d

2000人·次

3

1.0

10

30

車庫沖洗

3L/m2

10000m2

3

1.0

10

30

綠化

3L/m2

1500m2

3

1.0

1.5

4.5

不可預見

系數1.10

10.5

70

總計

116

765

由上表可知，計算可得最高日用水量"Qd=765m3/d，最大時用水量"Qh=116m3/h。

3）分區及供水方式

市政管網的供水壓力為"0.3Mpa，能滿足三層以下用戶的供水壓力要求，但由于該地區屬于新城區，市政給水管道不夠完善，管網末端可能出現壓力不穩等問題;若"1-3層采取直接供水方式，難以保證供水可靠性。因此，市政直接供水僅供給負三層至負一層用戶，一層到三層用戶采用加壓供水方式，提高供水安全可靠性。

給水系統豎向分為四個區，對于供水壓力大于"0.45MPa"的配水橫管，設可調式減壓閥進行減壓，保證每一個用水點出水壓力小于"0.45MPa。

市政直接供水區：負三層至負一層;

低區：首層至七層;

中區：八層至二十二層（八層至十四層經減壓供水）;

高區：二十三層至三十八層（二十三層至三十一層經減壓供水）。

本工程采用變頻供水方式，各區均設一套變頻供水設備。各區主要技術參數：低區：Q=30m3/h，H=60m;中區：Q=6m3/h，H=120m;高區：Q=6m3/h，H=185m。供水模式詳見附圖中的生活給水系統圖。泵房供水設備根據管網水力計算進行選泵，生活用水加壓設備采用變頻給水設備，水泵在其高效區內運行。采用管內壁光滑、阻力小的給水管材，適當放大管徑以減少管道的阻力損失和水泵揚程。

4）生活貯水池

為保證生活用水負荷衛生要求，在負三層設獨立生活貯水池，與結構底板完全脫開，并設置二氧化氯消毒設備，以保證出水余氯量。因采用的是變頻調速泵設備，不設天面生活水池，避免了二次污染。

5）管材和閥門

生活給水系統中室外埋地管道的管材采用"DN≥100"不銹鋼管，卡箍連接。生活給水管道上的閥門，原則上當"DN≤50"時采用截止閥;當"DN"gt;50"時用閘閥或蝶閥。但在水流需雙向流動的管段上及各種排空泄水閥一律用閘閥或蝶閥;安裝空間小的部位宜采用蝶閥。

3.1.2"給水方式確定的依據

1）供水方式的比較

根據自來水公司提供的資料，市政管網的供水壓力為"0.30Mpa，其供水壓力并不滿足高層用戶的最低用水壓力要求，只能通過加壓供水的方式來滿足高層用戶的需求，而常用的加壓供水方式有高位水箱供水、氣壓供水、變頻調速供水、管網疊壓供水這四種。常用的加壓供水方式及其能耗等比較見表"3-2。

表"3-2"常用供水方式比較表

序號

供水

方式

水泵運行

工況

能耗

情況

供水安全

穩定性

消除二次

污染

一次

投資

運行

費用

1

高位

水箱供水

均在高效

段運行

1

好

差

1

1

2

氣壓供水

比1稍差

>1

比1差

較差

lt;1

稍>1

3

變頻

調速供水

部分時間

低效運行

1～2

比1差

較差

lt;1

>1

4

管網

疊壓供水

比3稍差

差

好

lt;1

通過上表的比較發現，這四種常用供水方式都有其各自優缺點，而其中高位水箱供水和管網疊壓供水優勢較大，對于供水方式的選擇，除了從節能節水以及經濟效益方面考慮，還應該根據工程的實際情況來比較。

1.高位水箱供水

設置高位水箱，能保證供水的可靠性，即使發生了停電等意外，也能繼續對全樓用戶進行供水一段時間。但增加了結構負荷，水箱供水水質比較差，增加了二次污染的機會。本項目作為綜合了通信生產及辦公、會議、展覽、體育等用途的綜合性辦公大樓，通信設備面區面積為"23，800m2，設有大量的通信設備，設備層的面積非常緊張，如果采用有水箱形式的供水系統，建筑、結構都需要付出非常大的代價[13]。塔樓頂部設備區按具體功能需求設置，設建筑設備機房、衛星天線、通信設備機房、直升飛機停機坪等區域，沒有充足的空間去設置高位水池。綜上所述，本項目不適合采取高位水箱（池）的加壓供水方式。

本項目的最大時用水量為"121m3/h，日用水量為"780m3/d，供水規模較大，氣壓供水方式由于耗能大，耗鋼量大，供水壓力的變化大，一般不宜用于供水規模大的場所，因此也不適合作為本工程的加壓供水方式。

2.疊壓供水方式

疊壓供水是利用室外給水管網余壓直接抽水再增壓的二次供水方式，此種供水方式已廣泛應用于國外工程的給水系統中，而在國內的普及程度還有待提高。為了防止城市供水管網產生負壓，影響到周邊的用戶用水，造成供水不均，自來水公司規定建筑不能直接從市政管網上直接抽水。

疊壓供水主要利用無負壓供水技術，通過智能化措施控制穩壓設備，使市政管網的壓力保持穩定，充分利用了管網壓力的同時，也不對周邊用戶用水產生影響。用水高峰時能量儲存器釋放預充的一定壓力的氣體，保證穩壓補償罐高壓腔的水帶有一定壓力補償到恒壓腔中，在一定時間內可補充市政管網來水量的不足;通過雙向補償器，在用水低谷期時對穩壓補償罐進行蓄能，對用戶管道氣穩壓補償作用，充分利用了市政管網的壓力，節能效果顯著。

無負壓供水技術能有效避免二次污染，從經濟效益和節水節能效益上具有一定的優勢。其優點可以概括成以下幾點：

a.減少二次污染的發生，無需定期清洗、消毒。

b.無跑、冒、滴、漏等現象，能有效節水。

c.整套設備安裝連接好后便可運行，運行維護簡單。

d.無建造水池或水箱，機房所占面積小，也無需設置凈化消毒設備，綜合投資小。

雖然疊壓供水方式存在著眾多優點，但仍存在一些技術問題有待解決：

a.大多數管網疊壓供水設備采用負壓消除技術，其功能是在供水管網供水量小于水泵抽水量時通過消除設備自身產生的負壓而保障供水管網水壓不進一步降低，但并不能夠保障供水管網的最小自由水頭。當管網疊壓供水設備消除負壓時，設備所在位置剩余

壓力等于零，受其影響，在一定范圍內供水管網的水壓已經不能夠滿足最低壓力不小于10mH2O"的要求。特別是管網疊壓供水設備安裝在地下室時，局部管段可能已經產生負壓。

b.在建筑內部管網未進行豎向分區且管網疊壓供水設備有旁通管路的條件下，出現停電情況時，管網疊壓供水設備可利用供水管網原有壓力通過旁通管路向水壓線以下的區域供水。但對于最低用水設備所需壓力高出供水管網最高壓力的系統，如采用豎向分區的高層建筑的高區（上區）管網，一旦停電馬上就會停水無法保證建筑的連續可靠供水。

本建筑作為廣州市未來新"CBD"的一棟高定位的綜合性建筑，如果出現斷水等故障，將會受到重大的經濟損失。

管網疊壓供水技術已相繼應用到很多建筑的供水系統中，其節能和水質安全的優點都在實踐中得到證實，如能在技術上和政策規范上進一步完善和改進，必將成為一種普及度高的節能衛生供水方式。

3.變頻調速供水方式

變頻調速供水設備是國內應用最為廣泛的一種供水方式，其原理是變頻調速供水設備在運行時變頻調速器控制水泵電機的速度，通過速度的變化保持水壓恒定，當管網實際水壓低于設定水壓時，變頻調速器會按順序循環軟啟動相應臺數的水泵來滿足水壓恒定，當管網實際水壓高于設定水壓時，變頻調速器按相反順序切掉相應的水泵電機。變頻調速供水方式具有以下優點：

a.供水壓力穩定，且工作壓力可按需設定，可充分保證最不利點的用水壓力。b.根據用水量的大小自動調節水泵的運行，做到有效節能。

c.對多臺泵組循環軟啟動，減少沖擊，消除水錘。

d.無需高位水箱、水塔水質清潔，無二次污染，亦減少物業管理工作量。

f.采用可編程控制，全自動運行，功能完善齊全，操作維護方便。

g.結構緊湊，占地少，投資省，建設周期短。

由于變頻調速供水方式對于供水的可靠性，同時具備一定的節水節能優點和其相對成熟的技術使得這種供水方式廣泛應用于國內很多高層建筑的供水系統中。

根據各種供水方式的優缺點以及結合本工程自身特點，最終確定使用變頻調速供水方案。

2）串聯給水與并聯給水

對于超高層建筑一般都設有避難層，對建筑高度超過"100m的超高層建筑，如仍采用并聯供水方式，其輸水管道承壓過大，存在不安全隱患，本建筑屬于超高層建筑，最高供水點高程為"164m，能在避難層設置泵房等設施，若采用串聯供水，不但減少了管井立管，對管材和接口的要求較低，無需高壓管材，但是此種供水方式需在中間層設置泵房，要有較高的防震要求和自動控制要求，并且占用更多的空間。對于分區并聯供水，無需在中間層設置泵房，減少結構負荷;設備集中，方便運行和管理。但分區并聯供水對輸水管的材質要求較高，國內工程常用的給水管道和管件的最大公稱壓力為2.5MPa，根據本工程的實際情況，即使使用分區供水，其高區的給水管道壓力也并未超。過"2.5MPa，仍能有效保證高區供水的可靠性。綜合以上特點，本工程采用了分區并聯給水的供水方式。

3）減壓措施

常見的減壓措施主要有減壓閥和減壓水箱兩種。減壓水箱無需任何機械裝置，不易出現故障，保證了連續供水的可靠性，但減壓水箱必須占用更多建筑面積，并且容易出現二次污染，需要定期消毒、管理。減壓閥安裝方便，占用空間少，但容易出現故障，需要定期檢修，故一般都設一用一備，兩個一組，能有效保障供水可靠性。綜上所述，本工程的減壓措施使用減壓閥，只要控制好減壓閥的有效工作壓力，即可起到跟減壓水箱相同的減壓作用。

3.1.3"綠色建筑節水措施

對照“評價標準”控制項要求，采取了相應的措施，具體說明如下。

1）節水型潔具的利用

根據“評價標準”的要求，選用合適的節水器具，以達到節水的要求。節水器具清單見表"3-3。

表"3-3節水器具清單見

節水器具名稱

節水器具主要特點

節水庫

坐便器

采用的是2檔式節水型直沖式坐便器，

其沖水量為3升和6升，滿足節水要求。

50%

小便器

自動感應直沖式：沖水量3升，

內部電池的電子感應沖水閥，掛鉤機蜂窩式篩網。

65%

混合水龍頭

自動調節出水溫度嗎，能有效節水節能。

45%

2"水表的設置

根據“評價標準”條文的要求，按照水表的不同用途和安裝位置等設置了不同類型的計量水表，詳見表"3-4。

表"3-4"水表設置情況表

水表編號

測量水表

安裝位置

L-01

總水表

室外

L-02、L-03

生活總水表

室內

L-04

消防總水表

室內

L-05

綠化總水表

室外

Y-01、Y-02

裙樓直飲水

水泵房內

Y-03、Y-04、Y-05、Y-06

塔樓直飲水

水泵房內

3.2"直飲水管道系統

直飲水處理機房設于負三層，直飲水處理工藝如下所示：

下轉第254頁

上接第252頁

處理工藝流程：自來水→原水箱→水泵→機械過濾器→活性炭過濾→軟化器→鹽桶→保安過濾器→反滲透→中間水箱→中間水泵→反滲透→精濾→消毒→純水箱→水泵→用戶。

主樓及裙樓各樓層分別設有飲用水點。飲用水系統采用變頻供水、立管全循環方式，工作時間內每區至少一臺水泵保持工況運行，不另設循環泵。管道系統采用枝狀管網，直飲水管道采用不銹鋼管。

1）用水量

直飲水用水量按照"2"L/（人天）計算，服務人數為"3000"人，最高日用水量約為6m3/d。

2）給水系統

集中設置一套直飲水系統，機房設置在地下三層。辦公樓各分區最低飲水嘴處的靜水壓力不宜大于"0.40MPa，直飲水系統豎向分成"3"個區，對于靜水壓力過大的區域，設置可調式減壓閥保證每個供水點不大于"0.40MPa。

a.低區：塔樓"1～7"層及裙樓"1～6"層。

b.中區：塔樓"8～21"層。

c.高區：塔樓"22～37"層。

3.3"本章小結

超高層建筑中的供水方式眾多，對于使用何種供水方式要根據工程的具體情況確定。本超高層建筑由于有大量通信設備，設備層使用面積緊張，選用變頻調速+并聯分區供水+減壓閥結合的供水方式能占用最少的設備層面積，騰出空間;而最高供水點為天面消防水箱進水管，與生活給水泵的高程差約為"178m，而一般管材的"2.5Mpa"的最大承壓能保證系統安全性。根據“評價標準”規定采取以下措施：衛生間選用"2"檔式節水型直沖式坐便器、自動感應直沖式小便器;根據用水用途和用水區域分別設置水表進行計量，提高用水人的節水意識，杜絕浪費，也能及時發現漏水點。

4、結束語

綜上所述，當前，我國人均水資源占有量僅為世界平均水平的28%，水資源短缺已成為制約我國經濟社會可持續發展的重要因素。因此，希望本設計能給綠色建筑的給水排水設計提供一些設計經驗和設計參數，為其他工程設計人員提供借鑒與參考，也為提高綠色建筑給排水工程設計水平做出努力，最后期待各位專業人員提出寶貴意見。

參考文獻：

[1]倪華明，劉晨，朱剛，徐亞同.城市雨水回收利用現狀及發展——上海案例[J].凈水技術"2012，31（2）：1-5

[2]廣東省綠色建筑評價標準（DBJ/T"15-83-2011）[S].中國建筑工業出版社，2011

[3]孔石.超高層建筑綜合體給水系統設計探討[J].中國給水排水，2013，39（1）：76-79