建筑給排水設計中的節能節水措施研究

孟超

摘要：城市化進程的加快在提高城市人口數量和人均消費水平的同時，極大推動了建筑業的發展，因此建筑業耗能耗水問題接憧而至。給排水系統是建筑的主要工程之一，同時也是主要的耗能耗水的建筑系統，因此做好建筑給排水節能節水工作是降低我國社會總耗能的重要途徑。以我國建筑給排水節能節水性能現狀為切入點，對節能節水應用的重要性進行分析，對建筑給排水中的節能節水措施展開探討并提出相關措施。

Abstract： The accelerating process of urbanization has greatly promoted the development of the construction industry while increasing the number of urban population and per capita consumption. Therefore， the problem of energy consumption and water consumption in the construction industry has come one after another. The water supply and drainage system is one of the major projects of construction， and it is also the main building system for energy consumption and water consumption. Therefore， building water supply and drainage for energy saving and water saving is an important way to reduce the total energy consumption in our society. Based on the current status of energy saving and water saving performance of water supply and drainage in our country， the importance of energy-saving and water-saving applications is analyzed. Energy-saving and water-saving measures in building water supply and drainage are discussed and relevant measures are proposed.

關鍵詞：建筑給排水；節能節水；措施研究

Key words： building water supply and drainage；energy saving and water saving；research on measures

中圖分類號：TU821 文獻標識碼：A 文章編號：1006-4311（2018）21-0272-03

0 引言

據產業研究院的《2013-2017年中國智能建筑行業市場前景與投資戰略規劃分析報告》相關數據顯示，我國建筑行業成為當前耗能耗水的主要產業之一，根據報告數據可以將其歸為三大問題：一是建筑耗能量大，截止到2015年我國建筑總耗能在社會總耗能中的比例達到33%；二是城市化的加快提高了高耗能建筑的比例；三是節能節水觀念在建筑業中的應用性不強。因此，在建筑給排水系統中加入節能節水設計以降低建筑耗能耗水總量，對提高建筑產業的運行效率，減少社會資源浪費具有重要意義。

1 在建筑給排水系統中應用節能節水技術的意義

就我國的水資源看，當前我國的淡水資源總量達28000億m3，淡水總量居世界第四，但由于我國國土面積較大且人口總量多，人均水資源僅為2300m3，從人均持有量看甚至不到世界平均水資源的四分之一。除此之外，我國正處于工業和服務業的高速發展階段，對各種自然資源包括水資源的需求量大且依賴程度高，因此消費量也較大，根據2013年中國水資源公報顯示，2013年內全國總用水量達6183.4億m3，依照該消耗勢頭發展下去，我國很快就會面臨水資源極度匱乏的問題。根據國家統計局信息顯示就我國耗能情況看，我國工業耗能在社會總耗能中的比重仍在持續加大，尤其是建筑、有色金屬以及電力等行業的耗能比值更是呈現上升趨勢，到2010年我國六大高耗能行業在社會能源總消耗量中的比重達到77%，并根據產業信息網相關數據顯示，截止到2015年，我國建筑、鋼鐵和電力等六大高消耗行業的工業消耗量增加值同比增長率將高達12.8%。綜合以上數據顯示，建筑業是我國社會高耗能產業之一，降低建筑業的耗能耗水指標能夠有效緩解當前我國水資源匱乏以及各項能源消耗過度的現狀。這就需要在建筑業中考慮到節能節水的思想，這里將集中針對建筑給排水設計中的節能節水措施展開研究，并給出一系列切實可行的建議和方案。[1]

2 節能節水設計在我國建筑給排水系統中的應用現狀

在當前我國建筑業過分追求建筑產量以提高企業市場占有率的實際情況下，由于建筑施工中節能節水設計的應用無法直接提高企業利潤，因得不到相關部門的重視而處于薄弱環節。建筑給排水工程可分為給水系統和排水系統，從這兩大方面分析現階段節能節水在建筑給排水中應用的主要問題并可總結為以下幾點：

2.1 建筑排水系統主要問題

一是排水系統超壓，排水系統主要用于排除生活、生產及工業用水污水，因而不需過大的壓力，尤其是用于排除生活用水過程中。而在實際生產生活過程中，排水系統由于過大的壓力不僅會造成水資源大量超壓出流，更需要消耗更多動力，從而造成水資源、電力資源以及其他相關能源的不必要浪費。不僅如此，過大的壓力和動力會增強管道等傳輸介質的振幅和頻率，進而對各個運輸管道造成破壞降低使用壽命。二是排水管道間的連接問題，管道與管道連接處需要通過各個精細配件進行連接以保障正常的排水功能，而部分是施工人員由于工作能力或態度問題導致連接工作出現縫隙，從而造成水資源的大量浪費。且多數管道都鋪設于地下，出現小面積的滲漏問題也不容易發現。

2.2 建筑給水問題

一是熱力系統不夠科學造成水資源浪費，在生活生產中，當需要用到熱水時通常需要先放出大量冷水，這部分冷水一年內的累計值相當可觀，造成了資源的嚴重浪費；二是給水系統的壓力問題，給水去向一般為生產、生活、消防和聯合供水，除消防用水和部分工業生產用水對水壓要求較高外，大部分生活用水的供水壓力沒有必要設置過高，若適當降低生活用水壓強能夠減少大量不必要的能源消耗量；三是在施工過程中選擇的衛生器具的使用性能和耐用性不符合給水系統標準，導致施工結束后給水管道的滲水甚至冒水現象屢次發生。

3 在建筑給排水中應用節能節水的具體措施

3.1 將給水系統水壓控制在合理區間

根據我國給排水相關指標的要求，我國建筑設計中衛生器具給排水的水壓最佳區間為0.2-0.3MPa，高層建筑的給排水系統應設置為豎向分區，生活用水的水壓最好控制在0.45MPa以下，若存在樓層較高或用水要求較高等特殊狀況時，生活用水的給排水壓強也應控制在0.55MPa以內。并且對于這種特殊情況，設計人員應根據建筑樓層的具體高度以及其他相關因素作為核算指標，以此確定水壓的最佳范圍，不同高度的樓層設置不同的供水水壓，樓層較低的可以將水壓控制在較低水平，較高的可以將水壓適當調高，以防止過度消耗造成能源浪費。除此之外，當發現生活用水的水壓指標不合理時，無論是在設計過程中還是在施工結束后都要對具體情況進行針對性的分析和水壓控制研究。[2]

為保證生活供水水壓能夠長期維持在合理區間內，在考慮到實際用水靜水壓力以及工作壓力限制的前提下，在給水系統中安裝減壓裝置，當出現水壓過高時能夠對水壓限制做到及時有效的控制。傳統共用供水立管串聯減壓分區供水方式不能實現分區供水的目標，由于串聯的特點需要消耗大量的動力才能將水供至高樓層區，選擇支管減壓能夠有效避免這種狀況（支管減壓裝置如圖1所示）。

可以使用比例式減壓閥和可調節式減壓閥作為豎向分區的供水裝置，要注意其中比例式減壓閥最好選擇垂直安裝的方式，而可調節式減壓閥最好選擇水平安裝，因此適用于配水支管的減壓。注意在選擇可調節是減壓閥的閥前壓力值與閥后壓力值的差值在0.4MPa以內，而比例式減壓閥要注意將減壓的比例控制在4：1以內，并要根據實際情況尤其是對噪音要求比較高的地區要適當降低壓力閥的壓力值。

3.2 供水方式合理節能化發展

常速泵組+高位水箱管網疊加供水方式是當前最節能的一種供水裝置之一，其裝置結構圖如圖2所示，通過這種組合裝置的供水方式能夠有效利用市政供水壓力，并通過圖表不難看出該裝置中的水泵運行效率都處在高效率階段，且水泵最大日最大時流量要比變頻調速泵組的流量少，一般來說只占變頻調速泵組的1/3-1倍左右，因此，高位水箱的供水過程更安全、合理、穩定且節能。[5]

在實際建筑供給水系統中最常用的供水方式有氣壓供水、管網疊壓供水、變頻調速供水以及高位水箱供水四種方式，就水泵運行情況看，只有高位水箱供水方式能夠使水泵都在高效段運行；就耗能情況看，變頻調速供水方式耗能最多；就供水安全穩定性能看，高位水箱的穩定性最好而管網疊壓供水方式的穩定性最差。因此，從節能節水方面看，管網疊壓和高位水箱最能滿足降低耗能耗水的需求，但在實際應用過程中還要考慮到其他因素，結合經濟、綠色等因素綜合考慮選擇最佳供水裝置。

3.3 嚴格節水器具和儀表的選擇標準

第一，采用新型節能的節水衛生器具，具體選擇方式如下：一是采用節水型的大便器產品，傳統的大便沖洗箱需要消耗過量的水，從而導致水資源的過度浪費，因此最好采用感應式的出水方式并將簡易坐便器容積控制在6L以內；二是公共浴室中的供給水方式將傳統雙管淋浴改為單管恒溫混合閥，通過保證管道初期的水溫減少需要放出冷水的量，若能夠配合紅外感應裝置、腳踏閥淋浴器以及手拉延時自閉淋浴器等新型淋浴器能使節水效果更好，一般來說這種方式比傳統雙管淋浴方式多節約至少20%的水量；三是在家用浴池或工業水箱設置水位溢出警報，當水位達到上限或即將達到水位上限時能夠及時發出預警，及時關閉開關防止水資源浪費；四是在建筑綠地綠化用水過程中，改變傳統水管灌溉的方式為微噴滴灌的澆水方式，這樣既能滿足綠化正常灌溉用水，又能節約數量相當客觀的水資源。[3]

第二，選擇更精確的用水計量裝置：一是無論是引入管還是入戶管都需要在水管上設置精密的水表，將用水量精確反映出來；二是學校及社會各個浴池改變原來統一繳費不限時的營業方式，改為辦置洗浴卡統一刷卡洗浴的方式，根據實際用水量確定洗浴花費，減少大眾的洗浴用水量。

3.4 合理利用太陽能資源，采用更節能的熱力系統

第一，合理開發利用太陽能等新型能源，太陽能是目前為止取之不盡，用之不竭的一種自然資源，并且適用于絕大多數地區，只要每年日照時數能夠達到1400小時、每年太陽輻射量在4200MJ/m2以上，且一年內極端最低氣溫在零下45℃以上的地區都可以將太陽能作為供熱系統能源。并且使用太陽能相較于常規的熱力系統相比具有更高的經濟價值，在太陽能資源豐富地區的增投資回收年限較短，一般來說回收日期在5-8年以內，即使是太陽能資源比較枯竭的地區回收期限也能控制在15年以內。第二，根據地區資源優勢充分利用地表水源熱泵作為熱水供應系統，在水文地質條件豐富的地區可以充分發揮其地表水源優勢，除此之外工業較發達的地區排放出的污水也可以作為水源熱泵進行二次利用。第三，根據熱水的使用用途適當調節水溫，由于管道在運輸熱水的過程中會造成熱力資源的浪費，并且由于管道內外溫度差異會使設備中的熱損失隨著水溫的升高而增加，運輸管道的熱力資源浪費公式為：

Q=1.163∏DLK（1-η）[（tc+tz）/2-tj]

其中，Q表示管段熱損失；D表示管段的外徑（單位為m）；L表示管段長度（單位為m）；K表示無保溫管段的傳熱系數，在計算過程中一般取值為2.8W/m2·℃；H表示保溫管段的保溫系數，在無保溫的管段中取0，一般采用的系數值為0.6-0.8；tz表示管段終點的最終水溫（單位為℃）；tc表示管段起點的初始水溫（單位為℃）；tj表示管道外壁的空氣平均溫度（單位為℃），以盡可能消除管道內外溫差對熱水管道熱損失計算過程造成的影響。[4]

從上述公式不難看出水溫與管道熱損失大致呈現正比的關系，因此適當調節供水水溫能夠減少大量的熱損失，防止資源的過度浪費。

4 總結

建筑業是我國工業耗能較高的產業之一，而建筑給排水設計是建筑的重要組成部分之一，同時也是造成建筑用水耗能的主要原因，因此做好建筑給排水設計的節能節水措施能夠節約大量的水資源和其他能源，促進社會的綠色可持續發展。本文從控制及水系統水壓、采用常速泵組和高位水箱管網疊加的節能供水方式、選擇更精密的節水器具和儀器設備以及合理利用太陽能等熱力系統的角度出發，對節能節水觀念在建筑給排水設計中的應用提出了一系列可行性建議。除此之外，節能節水的高效實施還需要廣大市民共同努力并提高節約意識，減少生活用水和工業污水量。

參考文獻：

[1]李靜，孫小虎.建筑給排水設計中的節水節能技術研究[J].住宅與房地產，2016（27）：183.

[2]王昱.綠色建筑節水節能技術在某高層建筑給排水設計中的應用[D].廣東工業大學，2015.

[3]汪娃項琦.建筑給排水設計施工中節水節能技術的應用[J].建材與裝飾，2016（40）：5-6.

[4]李賽寧，尚影影，李洋，李士松.建筑給排水節能節水技術及應用研究[J].信息化建設，2016（04）：344，346.

[5]賀偉.淺談建筑給排水節能節水技術和應用[A].武漢大學黨委研究生工作部.武漢大學第九屆研究生學術科技節系列活動之“第八屆湖北省給水排水工程與環境工程研究生學術論壇”論文集[C].武漢大學黨委研究生工作部，2014：6.