淺議建筑給排水節(jié)水節(jié)能設(shè)計

姜 旭 升

(上海環(huán)境工程設(shè)計研究院有限公司，上海 200072)

0 引言

《中華人民共和國水法》于1988年1月21日首次實施執(zhí)行，并先后于2002年、2009年、2016年經(jīng)過三次修訂。其中第八條明確規(guī)定：國家厲行節(jié)約用水，大力推行節(jié)約用水措施，推廣節(jié)約用水新技術(shù)、新工藝，發(fā)展節(jié)水型工業(yè)、農(nóng)業(yè)和服務(wù)業(yè)，建立節(jié)水型社會[1]。《中華人民共和國節(jié)約能源法》于2008年4月1日起施行，GB 50555—2010民用建筑節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)也于2010年12月1日起實施。隨著各國家級節(jié)水節(jié)能法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)發(fā)布實施，各省市也相應(yīng)推出了具體詳細的節(jié)水節(jié)能地方法規(guī)及措施。設(shè)計人員在進行建筑給排水設(shè)計時采取必要的節(jié)水節(jié)能措施不僅是合法合規(guī)的要求，更是適應(yīng)環(huán)保發(fā)展趨勢，建設(shè)低能源消耗社會的要求。

節(jié)水與節(jié)能是相輔相成的。節(jié)水的同時即意味著節(jié)能；節(jié)能，也蘊含著節(jié)水。

1 充分利用市政供水壓力

《城鎮(zhèn)供水服務(wù)》中規(guī)定供水管網(wǎng)末梢壓力不應(yīng)低于0.14 MPa，一般市政給水管網(wǎng)壓力在0.2 MPa～0.4 MPa之間。除了少數(shù)低層建筑供水可直接由市政管網(wǎng)壓力供給外，大多數(shù)建筑均需增設(shè)加壓泵供水。以往多采用低位水池→水泵→高位水箱方式供水。這種模式下市政管網(wǎng)的壓力在水池處被白白釋放掉了，沒有得到有效利用。從節(jié)能角度考慮，合理的供水模式為建筑低層(3層以下)直接利用市政管網(wǎng)水壓供水；超過3層的樓層由疊壓變頻供水設(shè)備在市政管網(wǎng)壓力基礎(chǔ)上加壓供水。這樣高低區(qū)均能充分利用市政管網(wǎng)壓力，減少電能消耗，達到節(jié)能效果。

2 合理設(shè)置變頻供水機組中輔泵及氣壓罐

疊壓變頻供水一般分為恒壓變流量和變壓變流量兩種模式，實際應(yīng)用中以恒壓變流量模式居多。應(yīng)當(dāng)引起重視的是小流量運行時的節(jié)能水平是決定變頻供水設(shè)備節(jié)能效率高低的關(guān)鍵因素之一。若只是依靠變頻主泵低速運轉(zhuǎn)來保證管網(wǎng)恒壓，雖然與工頻運行相比具有一定節(jié)能效果，但并不能做到“不用水，不耗電”，還不是徹底的節(jié)能。在變頻供水機組設(shè)置氣壓罐及小流量輔泵可以在用水極少的情況下使變頻主泵進入睡眠狀態(tài)，由輔泵供水，直至輔泵也進入睡眠狀態(tài)，達到最大程度節(jié)能。因此，筆者認為，除變頻主泵外，小流量輔泵及氣壓罐是變頻供水機組不可缺少的節(jié)能關(guān)鍵設(shè)備。

設(shè)置小流量工頻輔泵和氣壓罐供水造價適中，目前應(yīng)用較多；設(shè)置小流量變頻輔泵和氣壓罐供水比前者多了一臺輔泵變頻器成本，目前在應(yīng)用規(guī)模上略少，但更符合節(jié)能趨勢。輔泵是否變頻可視具體項目投資情況決定。設(shè)置輔泵和氣壓罐的變頻供水機組具體配置為：

3臺～4臺主泵，其中1臺備用，設(shè)1臺主泵變頻器；1臺～2臺小流量輔泵，其中1臺備用或無備用，可設(shè)1臺輔泵變頻器或不設(shè)變頻；1個氣壓罐。

下面對輔泵選型及氣壓罐調(diào)節(jié)容積做簡要闡述。

2.1 輔泵選型

2.1.1輔泵流量確定

輔泵流量通常可按照單臺主泵設(shè)計流量的1/3～1/2直接選取。

2.1.2輔泵揚程確定

輔泵揚程的確定按系統(tǒng)供水規(guī)模分兩種情況，設(shè)計者需根據(jù)不同情況分別認真計算確定。

對規(guī)模較小的供水系統(tǒng)(如普通單體建筑的獨立供水系統(tǒng))來說，最不利供水管路較短(一般不超過150 m)，輔泵揚程與主泵揚程差別不大，可以近似參照主泵揚程來確定輔泵揚程，主輔泵運行時所需水頭一般相差在5 m H2O以內(nèi)。

對規(guī)模較大的區(qū)域供水系統(tǒng)(比如小區(qū)供水泵房)來說，最不利供水管路較長(一般大于500 m)，由于輔泵運行時系統(tǒng)流量較小，整個管路水頭損失將比主泵運行時小很多(主輔泵揚程差別一般超過10 m H2O)，這時輔泵揚程應(yīng)另行計算，不能再按主泵揚程選泵，以利節(jié)能。

2.2 氣壓罐調(diào)節(jié)容積確定

氣壓罐調(diào)節(jié)容積與輔泵流量有關(guān)，可按如下公式計算確定：

Vt=αa×Qb×3 600/(4nb)。

其中，Vt為氣壓罐的調(diào)節(jié)容積，L；Qb為輔泵額定流量，L/s；αa為安全系數(shù)，宜取1.0～1.3；nb為輔泵在1 h內(nèi)啟動次數(shù)，宜取6次～8次。

3 出水壓力控制

在同等條件下，同一用水器具配水管處水壓越高單位時間內(nèi)的出流量就越大。從使用功能上來說，并不是水壓越高越好。美國《洲際旅館衛(wèi)生工程》中明確規(guī)定，最不利點衛(wèi)生器具處的服務(wù)壓力應(yīng)經(jīng)常維持在0.15 MPa±0.05 MPa。日本提出舒適流量的概念，也就是對用水器具的出流量進行控制，使其在滿足用水需求的同時不出現(xiàn)出水沖擊和濺水。具體而言，各種水龍頭的適宜流量為0.13 L/s～0.17 L/s，我國《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》中所規(guī)定的額定流量也基本在這一范圍內(nèi)。所以我國《民用建筑節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定各用水點供水壓力不應(yīng)大于0.2 MPa。我國《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于用水點處壓力要求主要有兩條：一是規(guī)定了各種衛(wèi)生器具的最低工作壓力；二是規(guī)定靜水壓大于0.35 MPa的入戶管宜設(shè)減壓或調(diào)壓設(shè)施。設(shè)計人員在進行工程設(shè)計時往往認為只要滿足最低壓力及最高壓力要求就可以了，而對于用水點處壓力大于0.2 MPa的情況不太關(guān)注，這樣就對水的浪費造成一個潛在的機會。對此，我們可以具體的計算加以比較。假設(shè)同一管路減壓前壓力為0.3 MPa，減壓后壓力為0.2 MPa，根據(jù)流體力學(xué)公式：

其中，v2為減壓后管道流速，m/s；v1為減壓前管道流速，m/s；P2為減壓后管道水壓，MPa；P1為減壓前管道水壓，MPa。

計算可知理論節(jié)水量為18%。所以從節(jié)水角度考慮，給排水工程師在進行設(shè)計時應(yīng)對供水點壓力進行精細控制，杜絕潛在的水浪費漏洞。

4 太陽能—空氣源熱泵聯(lián)合熱水系統(tǒng)

建筑熱水傳統(tǒng)熱源主要為燃料類(天然氣、管道煤氣、煤、柴油等燃料)及直熱式電熱水器。這類熱源的普遍特點是熱效率低，污染嚴重。太陽能作為一種清潔的環(huán)保能源已廣泛應(yīng)用于生活熱水系統(tǒng)。太陽能熱水系統(tǒng)工作時除維持管路水循環(huán)的電力輸入外不再需要額外的能耗，理論上是一種最節(jié)能的熱水制備系統(tǒng)。但是，太陽能系統(tǒng)目前還具有占地面積大、受氣候條件影響大、出水溫度不穩(wěn)定等缺點。空氣源熱泵經(jīng)電力做功可將從空氣中獲取的低品位熱能轉(zhuǎn)化為可供利用的高品位熱能，其熱效率一般都能達到300%以上，同時具有占地面積小、布置靈活等特點。太陽能—空氣源熱泵聯(lián)合熱水系統(tǒng)利用太陽能集熱器產(chǎn)生的低溫?zé)崴鳛榭諝庠礋岜玫妮o助熱源，改善熱泵的運行工況，使兩者都在較穩(wěn)定的高效條件下工作，這種組合形式的熱水系統(tǒng)能夠保證全年全天候的熱水供應(yīng)。

太陽能—空氣源熱泵聯(lián)合熱水系統(tǒng)運行原理如圖1所示。

太陽能—空氣源熱泵聯(lián)合熱水系統(tǒng)工作原理：

1)當(dāng)水箱溫度T3低于設(shè)定溫度8 ℃時空氣源熱泵及熱泵循環(huán)泵自動啟動運行；當(dāng)水箱溫度T3達到設(shè)定溫度時，空氣源熱泵及熱泵循環(huán)泵停止運行，進入待機狀態(tài)。

2)當(dāng)太陽能集熱器出水溫度T2大于水箱溫度T3 5℃且T3小于設(shè)定溫度時太陽能循環(huán)泵自動啟動運行；當(dāng)集熱器出水溫度T2與水箱溫度T3溫差小于2 ℃時太陽能循環(huán)泵停止運行。

3)補水控制：當(dāng)水箱水位低于低水位時進水電磁閥開啟，進行補水；當(dāng)水箱水位達到高水位時進水電磁閥關(guān)閉，停止補水。

5 雨水利用

傳統(tǒng)的雨水設(shè)計只是將雨水進行簡單外排，既浪費了潛在的水資源，又增加了雨水外排的能耗。雨水就地下滲和雨水再生利用是雨水設(shè)計節(jié)水節(jié)能的兩種方式。

5.1 雨水就地下滲

在進行雨水設(shè)計時給排水專業(yè)應(yīng)與總圖、園林等專業(yè)密切配合，盡量降低建成后場地雨水徑流系數(shù)，減少雨水外排量。主要措施有：

1)降低建設(shè)區(qū)域總徑流系數(shù)。道路鋪裝選用新型透水性材料，比如多孔瀝青、透水性混凝土、透水磚等。

2)為雨水截留創(chuàng)造條件。與總圖、綠化等專業(yè)配合，設(shè)計下凹式道路綠化帶，將雨水口設(shè)在低于道路路面的綠地內(nèi)，使雨水進入雨水口前先經(jīng)過綠地進行充分吸收下滲。采用滲透式雨水管道，增加雨水在綠地內(nèi)的滲透量，減少雨水外排量。

5.2 雨水再生利用

1)為降低處理成本，收集再生的雨水主要為屋面雨水。

2)《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》中規(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年～2年的日雨水設(shè)計徑流總量扣除初期徑流棄流量[2]。針對雨水儲存設(shè)施有效容積，筆者建議應(yīng)根據(jù)項目所在地區(qū)降雨氣候特征區(qū)別對待。當(dāng)可收集降雨量少于需水量時，可按降雨量確定雨水儲池容積；當(dāng)可收集降雨量大于需水量時，可按需水量確定雨水儲池容積。

6 采用節(jié)水型生活用水器具

所謂節(jié)水型生活用水器具是指比同類常規(guī)產(chǎn)品能減少流量或用水量，提高用水效率、體現(xiàn)節(jié)水技術(shù)的器件、用具[3]。隨著我國制造業(yè)的飛速發(fā)展，各種形式的節(jié)水型用水器具在建筑中已經(jīng)被普遍應(yīng)用。建議在保證使用功能的前提下優(yōu)先采用小容積水箱大便器、光電控制式自動沖洗小便器、光電控制式水龍頭等。同時還應(yīng)注意使用新型管材、管件、閥門，杜絕因使用劣質(zhì)管道材料而造成的跑冒滴漏等，使每一滴水都物盡其用。

7 結(jié)語

水是生命之源，是彌足珍貴的。國家在為提高廣大市民的節(jié)水意識做努力，建筑給排水設(shè)計人員更應(yīng)該將節(jié)水節(jié)能的理念融入并體現(xiàn)到自己的工作中，為達成低能耗型社會做出自己的貢獻。