雨水收集利用系統(tǒng)在二星級綠色建筑設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

【摘要】雨水是一種比較干凈的水資源，加強(qiáng)對雨水資源的儲存和利用，能夠有效的緩解水資源緊張的局面。本文以安徽省合肥市的某大學(xué)新建綜合實(shí)驗(yàn)樓為例，以雨水資源的收集與利用為研究對象，并從地區(qū)特點(diǎn)、雨水量與經(jīng)濟(jì)效益上進(jìn)行探索符合二星級綠色建筑設(shè)計(jì)的方案，將雨水資源的效益最大化，同時還為其它辦公樓雨水收集利用設(shè)計(jì)參考。

【關(guān)鍵詞】綠色建筑；節(jié)水；雨水收集；雨水利用；經(jīng)濟(jì)效益

引言

綠色建筑（Green Building）的理念是美籍意大利建筑設(shè)計(jì)師在20世紀(jì)60年代提出的，指在壽命期內(nèi)，最大限度的節(jié)約資源（節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材）、保護(hù)環(huán)境、減少污染，為人們提供健康、適用和高效的使用空間，與自然和諧共生的建筑。由于能源危機(jī)，上世紀(jì)90年代“綠色建筑”的概念逐漸興起[1]。綠色建筑又稱生態(tài)建筑或可持續(xù)建筑，指在建筑的全生命周期內(nèi)實(shí)現(xiàn)高效率的利用資源，最低限度的影響環(huán)境的建筑物。

根據(jù)最新2014年版的《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》[2]，綠色建筑評價體系共有7類指標(biāo)，其核心是節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材、保護(hù)環(huán)境，綠色建筑每類評價指標(biāo)分為控制項(xiàng)和評分項(xiàng)，還統(tǒng)一設(shè)置了加分項(xiàng)。控制項(xiàng)是綠色建筑必備條款[3]，建筑物的等級劃分是根據(jù)評分項(xiàng)的分值來確定。評價標(biāo)準(zhǔn)將綠色建筑劃分為三個等級，三個等級均應(yīng)滿足該標(biāo)準(zhǔn)中所有控制項(xiàng)的要求，且每類指標(biāo)的評分項(xiàng)不應(yīng)低于40分。綠色建筑總得分達(dá)到50分、60分、80分時其等級分別對應(yīng)為一星級、二星級、三星級。節(jié)水與水資源利用是綠色建筑中一個非常重要的環(huán)節(jié)[4]，是節(jié)約資源與環(huán)境保護(hù)的重點(diǎn)內(nèi)容，在綠色建筑評價指標(biāo)中權(quán)重占18%[2]。在節(jié)水與水資源利用的章節(jié)中，評分項(xiàng)分為節(jié)水系統(tǒng)（35分）、節(jié)水器具與設(shè)備（35分）和非傳統(tǒng)水源利用（30分）三項(xiàng)，其中非傳統(tǒng)水源利用包含合理使用非傳統(tǒng)水源（15分）、冷卻水補(bǔ)水使用非傳統(tǒng)水源（8分）和景觀水體設(shè)計(jì)使用非傳統(tǒng)水源（7分）三類。

1、項(xiàng)目概況

安徽省合肥市地處于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候區(qū)，四季分明，氣候溫和，雨量適中，多年平均降水量為982.6mm，夏季6～8月份最多，春季次之，冬季最少，多年平均蒸發(fā)量為835mm[5]，一年一遇日降雨量為45.3mm，兩年一遇的日降雨量為82.1mm[6]。

本設(shè)計(jì)中的綜合樓地處安徽省合肥市，地上共18層，地下3層，總規(guī)劃用地面積16469.4平方米，規(guī)劃總建筑面積約39000平方米，主要為學(xué)院實(shí)驗(yàn)室用房和部分學(xué)校、學(xué)院行政辦公用房。其具體規(guī)劃面積統(tǒng)計(jì)如表1所示。

2、綠色建筑設(shè)計(jì)達(dá)到二星級標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計(jì)方案

本工程根據(jù)實(shí)際情況，側(cè)重于非傳統(tǒng)水源的收集與利用方面，設(shè)計(jì)達(dá)到二星級標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)滿足該評分項(xiàng)下的指標(biāo)：

1）合理使用非傳統(tǒng)水源。設(shè)置雨水收集利用系統(tǒng)，將處理后的雨水用于沖洗車庫、道路澆灑和室外綠化灌溉，使非傳統(tǒng)水源利用率達(dá)到8%；

2）利用雨水對景觀水體進(jìn)行補(bǔ)充；

3）滿足節(jié)水系統(tǒng)和節(jié)水器具與設(shè)備評分項(xiàng)下的指標(biāo)，如綠化灌溉時使用節(jié)水型灌溉方式、安裝水表計(jì)量用水和雨水回用管網(wǎng)系統(tǒng)應(yīng)采取有效措施避免漏損等。

3、非傳統(tǒng)水源分析核算

3.1雨水徑流總量計(jì)算

根據(jù)《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB50400-2006）[7]的規(guī)定：雨水儲存設(shè)施的有效儲水容積不宜小于集水面重現(xiàn)期1～2年的日雨水設(shè)計(jì)徑流總量扣除設(shè)計(jì)初期徑流棄流量；雨水可回用量宜按雨水設(shè)計(jì)徑流總量的90%計(jì)；當(dāng)雨水回用系統(tǒng)設(shè)有清水池時，其有效容積在缺乏資料的情況下可按最高日設(shè)計(jì)用水量的25%～35%計(jì)算。徑流系數(shù)[8]的值因匯水面積的地面覆蓋情況、地面坡度、地貌、建筑密度的分布、路面鋪砌等情況的不同而不同，根據(jù)實(shí)際情況加權(quán)平均計(jì)算得到該項(xiàng)目的平均雨量徑流系數(shù)ψc=0.67。雨水設(shè)計(jì)徑流總量是匯水面積上在設(shè)定的降雨時間段內(nèi)收集的總徑流量，其計(jì)算公式為：

W=10 ψc hy F （1）

式（1）中，W為雨水設(shè)計(jì)徑流總量（m3）；ψc 為雨量徑流系數(shù)；hy為設(shè)計(jì)降雨厚度（mm）；F為匯水面積（ha）。

根據(jù)合肥市和該建筑物的資料，計(jì)算得一年一遇的可回用的雨水徑流總量為451.8m3，兩年一遇的可回用的雨水徑流總量為818.8m3。

3.2非傳統(tǒng)水源用水量計(jì)算

本設(shè)計(jì)收集的雨水只用于綠化、道路和硬質(zhì)鋪磚沖洗和車庫沖洗。根據(jù)《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50555-2010）[9]的規(guī)定，綠化澆灑用水定額一級養(yǎng)護(hù)取0.5m3/（m2·次），澆灑道路用水定額為0.5L/（m2·次），停車庫地面沖洗用水量為2L/（m2·次），年沖洗12次。考慮到用水量比較小，砂濾罐的反沖洗用水量按其總用水量的15%計(jì)算。

根據(jù)上述統(tǒng)計(jì)，總用水量取40m3。清水池按照最高日用水量的30%設(shè)計(jì)，故清水池的總的體積為12m3。

3.3非傳統(tǒng)水源利用率計(jì)算

根據(jù)建筑物的用途及《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015-2003，2009年版），本項(xiàng)目的最高日用水量為：

非傳統(tǒng)水源利用率計(jì)算是根據(jù)年用水量計(jì)算的，其計(jì)算公式為[2]：

根據(jù)上表核算，本項(xiàng)目的非傳統(tǒng)水源利用率為12.70%，滿足非傳統(tǒng)水源利用率評分規(guī)則中的要求。

4、非傳統(tǒng)水源收集利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 非傳統(tǒng)水源收集系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雨水收集利用須因地制宜，從簡便、實(shí)用原則出發(fā)。本項(xiàng)目鄰近校園中的人工湖，為充分利用現(xiàn)狀條件，節(jié)約儲水的成本，將人工湖作為本設(shè)計(jì)的調(diào)蓄設(shè)施。查閱相關(guān)資料得知，人工湖水面面積為60000m2，設(shè)其可變調(diào)節(jié)深度設(shè)計(jì)為0.1m，水位變化甚微，蓄水量為6000m3，通過后續(xù)計(jì)算能夠滿足設(shè)計(jì)建筑物的再生水用量。人工湖還接收從校園其它區(qū)域匯流的雨水，因此雨水補(bǔ)充只要能夠達(dá)到常水位，雨水儲存量能夠滿足本設(shè)計(jì)回用水量的需求。

鑒于屋面雨水與地面雨水污染程度的不同，雨水收集時分開考慮：屋面雨水水質(zhì)較好，可以通過雨水管網(wǎng)系統(tǒng)直接排入人工湖；地面道路雨水初期雨水污染比較嚴(yán)重，利用場地高差和現(xiàn)有的雨水管網(wǎng)系統(tǒng)，在排水管網(wǎng)末梢設(shè)置雨水截流井，截流初期雨水后再排入人工湖，截流后的雨水排入市政排水管網(wǎng)，當(dāng)人工湖的水位超過最高警戒水位線的時候，通過溢流井排入市政管網(wǎng)。當(dāng)久旱人工湖中的水不能滿足用水量要求時，采用市政自來水補(bǔ)充清水池中的水。雨水回收利用系統(tǒng)的流程如圖1所示。

4.2 非傳統(tǒng)水源處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雨水利用系統(tǒng)的核心就是雨水處理系統(tǒng)。人工湖水面較大，匯集的雨水能夠得到一定的沉淀，湖中水質(zhì)較為良好，采用“過濾+消毒”處理工藝水質(zhì)就能滿足《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》（GB/T 18920-2002）的要求。如上圖1雨水收集利用系統(tǒng)流程圖所示，中水處理站從人工湖中抽水，通過砂濾罐過濾，加入次氯酸鈉消毒后進(jìn)入清水池，然后根據(jù)需要進(jìn)行使用。

由于本處理系統(tǒng)受天氣和用水時長等因素限制，且有用水量集中等特點(diǎn)，故本設(shè)計(jì)水處理設(shè)備按每天運(yùn)行4h設(shè)計(jì)，處理水量為最高日非傳統(tǒng)水源用水量，清水池容積按照處理設(shè)備一個周期處理水量設(shè)計(jì)。

4.3 非傳統(tǒng)水源利用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雨水經(jīng)過處理后儲存在清水池，由于地勢平坦，整個再生水只用來綠化、澆灑道路和車庫沖洗，故水泵的揚(yáng)程并不是太高，管網(wǎng)的整個水壓不是太高，水泵采用專用變頻給水泵，同時綠化方面安裝雨天關(guān)閉系統(tǒng)，節(jié)約用電用水。

5、其它節(jié)水與水資源利用措施

雨水的回收利用是雨水的直接利用形式，除此之外，本項(xiàng)目還使用了其它的節(jié)水和水資源利用形式。

（1）雨水的間接利用，即雨水的滲透利用[10]，讓雨水回滲地下，補(bǔ)充涵養(yǎng)地下水資源。同時還起到降低場地徑流系數(shù)、環(huán)節(jié)地面沉降、減少水澇等。雨水的回滲可以分為分散式滲透和集中回灌兩大類，本項(xiàng)目采用的是分散式回滲，通過在區(qū)域內(nèi)的非機(jī)動車道路、地面停車場和其它硬質(zhì)鋪地采用透水地面，采用滲透性鋪地材料；綠化部分采用下凹式綠地，利用綠地的水分涵養(yǎng)功能，能夠?qū)⒔邓偷剞D(zhuǎn)化成土壤水和地下水，有利于盡快恢復(fù)城區(qū)地下水采補(bǔ)平衡，也可以減少道路必備的大量配套雨水井和雨水管。

（2）綠化灌溉采用噴灌、微灌等高校節(jié)水灌溉方式。噴灌系統(tǒng)采用半自動灌溉系統(tǒng)，灌溉時間、灌水量和灌溉周期根據(jù)預(yù)先編制的程序或者根據(jù)需要人工手動控制，同時整個灌溉系統(tǒng)的管線采用PE管，接口部分采用熱熔連接，盡量減少管網(wǎng)的漏損量。

結(jié)束語：

本項(xiàng)目使用雨水作為非傳統(tǒng)水源進(jìn)行處理利用，用于綠化、道路、硬性鋪磚地面和車庫的沖洗，一方面節(jié)約了大量的自來水有著很好的直接經(jīng)濟(jì)效益[11]，另一方面減少了雨水的排放，減少消除污染物的費(fèi)用和城市設(shè)施運(yùn)行費(fèi)用，具有很好的間接經(jīng)濟(jì)效益。本項(xiàng)目充分利用現(xiàn)有的人工湖，非傳統(tǒng)水源利用率為12.7%，還設(shè)計(jì)了雨水滲透利用系統(tǒng)和綠化噴灌系統(tǒng)，補(bǔ)充地下水同時也節(jié)約用水，具有很好的環(huán)境和社會效益。根據(jù)《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》，本設(shè)計(jì)能夠很好的達(dá)到設(shè)計(jì)二星級的標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)驗(yàn)可以供同行參考。

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