某高層綠色建筑雨水回收系統設計與分析

曹 苑 （安徽建工集團有限公司建筑設計研究院，安徽 合肥 230001）

1 背景

我國水資源浪費十分嚴重，水資源匱乏是不爭的事實。減少水資源的浪費、循環使用水資源課題亟待解決。隨著水資源供需矛盾的日益加劇，建筑行業正采取很多有效的措施，因地制宜的進行雨水綜合利用。建筑物采用雨水回收收集系統，是綠色建筑的要求，符合我國可持續發展戰略。

雨水回收技術具有如下諸多優勢。首先，雨水屬于優質資源，雨水的主要污染物為顆粒物，經過簡單處理即可作為雜用水來源，即非飲用水來源。第二，雨水的來源較為廣泛，包括路面及其公共區域匯集的雨水、綠化區域匯集的雨水和屋頂所匯集的雨水，可以利用建筑屋周邊構筑物、雨水管道進行收集，設置雨水調節構筑物，不需要增設專門的雨水管道，可以減少投資成本。第三，雨水處理的工藝流程比較簡單，雨水水質的污染程度主要取決于地面污染程度、道路墊層和屋面的材質以及不同季節的雨水量和大氣空氣質量等。CODcr是衡量雨水污染程度的主要指標，初期雨水的質量不佳，CODcr指標可達1000mg/L，利用價值不高，需要將初期雨水排放之后，收集利用中后期雨水，此時的雨水CODcr指標僅為50mg/L～100mg/L，物化處理后即可滿足城市雜用水水質標準，用于城市綠化澆灌、道路及地庫清洗等用途。

合肥地區屬亞熱帶濕潤性季風氣候，地處中緯度地帶，位于江淮之間，全年氣溫冬寒夏熱，春秋溫和，屬于暖溫帶向亞熱帶的過渡帶氣候類型，為亞熱帶濕潤季風氣候。年平均氣溫15.7℃，降雨量近1000mm，日照2100多個小時。

合肥的氣候特點是，四季分明，氣候溫和、雨量適中、春溫多變、秋高氣爽、梅雨顯著、夏雨集中。春天冷暖空氣活動頻繁，常導致天氣時晴時雨，乍暖乍寒，復雜多變。夏季季節最長，天氣炎熱，雨量集中，降水強度大，雨量主要集中在5～6月的梅雨季節。秋季季節最短，氣溫下降快，晴好天氣多。冬季天氣較寒冷，雨雪天氣少，晴朗天氣多。

年降雨氣候資料 表1

綜上分析，從合肥本地的氣候條件來看，雨水收集利用具有一定的經濟性和可行性。

2 項目概況

創新國際項目基地位于合肥市高新區彩虹路與創新大道交口西北側，為一類高層綜合辦公樓，地上23層，含辦公會議、健身、餐飲和中型商業等功能，頂層為空中花園，屋頂為上人平屋面,地上總建筑面積62049m2。地下室共2層，為地下車庫及設備用房，建筑面積15118m2，本工程總建筑面積77167m2。

圖1 建筑設計效果圖

3 項目給排水設計

3.1 生活給水系統

本項目總體供水由城市自來水作為水源。本建筑生活用水采用分區供水方式。

3.1.1 分質供水

根據項目場地標高和用水量平衡，本項目收集部分綠地、硬質地面、屋面的雨水，處理后回用于景觀補水、綠化澆灌、道路廣場沖洗、地庫澆灑。當回用雨水不足時，采用市政自來水作為補充，且景觀補水不采用市政自來水，其它用水采用市政自來水。

3.1.2 分區供水

本工程采用分區供水系統。負二層至四層為Ⅰ區，由市政給水管網直接供水。五層至十層為Ⅱ區，由設于負二層生活泵房內的Ⅱ區變頻供水設備加壓供水。十一層至十七層為Ⅲ區，由設于負二層生活泵房內的Ⅲ區變頻供水設備加壓供水。十八層至二十三層為IV區，由設于負二層生活泵房內的IV區變頻供水設備加壓供水。

3.2 生活排水系統

本工程污、廢水采用合流制。室內+0.000以上污廢水重力自流排入室外污水管，地下室廢水采用潛水泵提升至室外污水管。污水經化糞池處理后，排入市政污水管。廚房油污廢水需經隔油池處理后方可排入污水管網。

3.3 雨水排水系統

屋面雨水均采用內外排水系統重力流排至室外雨水管道。會同室外雨水收集系統排入市政雨水管網。

4 雨水回收系統的技術分析

4.1 建筑用水量計算

本項目地塊的建筑生活用水包括辦公和配套商業的室內生活用水，以及室外景觀補水、道路沖洗、綠化澆灌和用水等。本項目統計了全區的用水總量，以便計算整個地塊的非傳統水源利用率。

4.1.1 商業部分用水

商業部分營業面積為11857m2，根據《民用建筑節水設計標準》（GB 50555-2010）中續表 3.1.2，商業部分用水定額為5 L/（m2營業面積.d），商業部分用水天數為365d。

則商業部分年用水量為：

Q商業=11857×5÷1000×365=21639.03 m3

4.1.2 配套辦公部分用水

辦公部分的面積為49961 m2，根據《全國民用建筑工程設計技術措施給水排水》2.1.2規定，辦公樓有效面積為建筑面積的60%計算，人均有效面積為5～7 m2，本項目取6 m2，則辦公人數為：

N辦公區=49961×60%÷6=4996人

根據《民用建筑節水設計標準》（GB 50555-2010）中續表3.1.2，辦公節水定額取為33 L/(人.班)，年用水天數為250d。則辦公年用水量為：

Q辦公區=4996×33÷1000×250=41217.00m3/a

本項目的年用水量統計見下表：

表2

4.2 雨水收集量計算

4.2.1 雨水收集途徑

①路面及其公共區域匯集的雨水

路面上所匯集的雨水有以下特點；污染多、污染程度大，匯水面較分散，初期雨水水質差。

②綠化區域匯集的雨水

綠化區域匯集的雨水，經過綠化的表面沉積、滲濾，泥砂含量少，但是這種雨水會含有較多（綠化）的肥料、（植物腐爛形成的）腐殖質和其它可溶性物質，雨水成分也比較復雜。

③屋頂所匯集的雨水

屋頂雨水在三種雨水中水質相對較好，主要含一些固體顆粒（降塵造成）。且屋頂雨水匯水面較集中，較易收集。

本項目收集部分綠地、硬質地面和屋頂的雨水，處理后回用于景觀補水、綠化澆灌、道路廣場沖洗、地庫澆灑。

4.2.2 雨水量計算

雨水收集根據《民用建筑節水設計標準》（GB50555-2010）中5.2.4條規定雨水設計徑流總量公式：

W=(0.6～0.7)10ψchyF

式中：W——雨水徑流總量（m3）；

ψc——雨量徑流系數；

hy——設計降雨厚度（mm），取值為995.20mm；

F——匯水面積（hm2）。

0.6～0.7——本項目系數取值為0.7雨水匯水面積及雨水量見表3。

4.3 雨水處理工藝流程

本項目雨水匯水面積及可收集雨水量 表3

圖2 雨水處理工藝流程圖

從建筑物屋面及地面收集到的雨水水質因地墊面接觸過程和降雨過程接觸混濁空氣發生污染，需做處理可達到綠化用水水質要求。針對雨水水質的具體情況，我們對雨水中的COD、SS及其他少量污染物做進一步處理，經精密過濾后方可進行回用。

本項目場地和屋面的雨水首先進入雨水棄流裝置，去除初期污染較嚴重的雨水，較干凈的雨水進入到雨水處理系統，通過遙控浮球閥控制蓄水池水量，當雨水超過蓄水池警戒水位時，雨水自動溢流至下游雨水管網。收集在池中的雨水經過過濾消毒后用于各用水點，如綠化澆灌、道路沖洗。

4.4 出水水質指標

利用處理完的雨水，用于綠化、道路沖洗、地庫沖洗和景觀補水等，其出水水質應達到《建筑與小區雨水利用工程技術規范》（GB50400-2006）所規定的用水水質的標準。

表4

4.5 雨水處理構筑物和機房

本項目在室外設置1個雨水蓄水池，收集經匯集后室外雨水（包含屋面雨水和場地雨水），經初期棄流處理后貯存雨水，用于室外廣場地面澆灑及綠化灌溉等。雨水處理終端構筑物設于建筑物的南側綠化帶下方。

4.6 雨水回用安全保障措施

水管與景觀給水管相連接。綠化、景觀配水管等不與自來水管網相連接。雨水回用系統管道作相應顏色標識以區別自來水系統管道，水池（箱）、閥門、水表及給水栓等均有明顯的“雨水”標識、禁止飲用，以防止人員誤飲誤用。

4.7 非傳統水源利用率計算

表5

4.7.1 雨水利用量

①綠化澆灑用水

合肥市屬亞熱帶濕潤性季風氣候區，景觀草坪適宜種植暖季型植物，按照《民用建筑節水設計標準》（GB50555-2010），綠化澆灑用水定額可按暖季型一級養護用水0.28 m3/（m2·a）計算。

表6

②道路澆灑用水

按照《民用建筑節水設計標準》（GB50555-2010）規定，道路、廣場的澆灑用水定額可按澆灑面積0.5 L/（m2·次）計算，每年澆灑30次計算。

表7

③地庫沖洗用水

按照《民用建筑節水設計標準》（GB50555-2010）規定，地庫沖洗用水按2～3 L/（m2·次）計算，每年澆灑30次計算。

表8

4.7.2 水量平衡計算

本項目收集綠地、硬質地面、綠化屋面和硬質地面的雨水，處理后回用于綠化澆灌、道路廣場沖洗。其年均水量平衡計算見表9。

4.7.3 蓄水池容積的計算

綠化噴灌日用水量6.87m3，道路澆灑日用水量2m3，日總用水量8.87m3。根據一次雨水收集量可供三天至七天用水量，考慮到實際降雨頻率及持續干旱時間的間隔，雨水儲存池有效容積按7d的回用雨水用量計算：V=7×8.87=62m3，考慮PP模塊實際容積率，取模塊池容積為80m3。

5 總結與意義

5.1 社會效益分析

5.1.1 雨水回收能有效解決城市內澇問題

隨著城市的發展，城市用地內的硬化范圍大幅增加，而硬化的地面不利于雨水的迅速排出，暴雨季節，短時間內有較大的水量集聚，從而導致城市內澇，使城市面臨巨大的防洪壓力，造成較大的經濟損失。通過建筑物雨水回收以及城市透水地面吸納，可以減少暴雨期的雨水匯集量，減少洪峰徑流的形成概率，減輕城市雨水管道的負荷，可有效減少暴雨災害對城市造成的經濟損失。

表9

5.1.2 雨水回收能改善城市的生態環境

建筑物大規模采用雨水回收技術，可有效地保護水資源，提高水資源的利用率，減輕城市周邊河流湖泊對城市的供水壓力，有效恢復和重塑城市周邊自然水環境，提高城市整體生態環境水平。良好的生態環境對維持城市人口的身心健康有著重要意義，也能為城市帶來旅游商機，增加經濟效益。

5.2 經濟效益分析

合肥市目前自來水水費為3.20元/m3，則若使用自來水進行綠化灌溉、道路地面澆灑，1 m3水的直接成本為3.20元，本工程中雨水回用處理系統運行成本費用較低，約0.15元/m3。則使用非傳統水源與使用自來水相比較，每立方米的水可節約3.05元的成本，每年可節約水費約7993元，具有較明顯的直接效益。