可持續(xù)發(fā)展理念下的建筑節(jié)水及水資源利用比較研究

李曉峰，王 巖，王官勝

(中國建筑標準設計研究院有限公司，北京 100044)

1 引言

當今世界，可持續(xù)發(fā)展已成為全球共識。2015年聯(lián)合國召開可持續(xù)發(fā)展峰會，與會193個成員國一致通過了17項可持續(xù)發(fā)展目標。這17項目標涵蓋了人類社會發(fā)展的各個方面，其中第六項目標“為所有人提供水和環(huán)境衛(wèi)生并對其進行可持續(xù)管理”提出了水的高效利用和可持續(xù)提取、水資源綜合管理等要求。水資源是基礎自然資源，是生態(tài)環(huán)境的控制性因素之一[1]。我國人均水資源量只有2300 m3，僅為世界平均水平的1/4，屬于全球人均水資源最貧乏的國家之一，同時用水效率不高和用水嚴重浪費的現(xiàn)象也普遍存在。建筑生活用水約占城市總用水量的60 %, 隨著城市建設的不斷發(fā)展和建筑設施的不斷完善, 其值還將逐步增大。解決建筑生活用水的節(jié)水問題, 是推進全國節(jié)水工作的重要組成部分[2]。節(jié)水與水資源利用是綠色建筑的關鍵部分，雖然在不同國家和地區(qū)由于水資源占有量的不同，在標準中節(jié)水所占權重不同，但節(jié)水是必不可少的內(nèi)容[3]。國際主要的可持續(xù)建筑或綠色建筑評價體系中均涉及了建筑節(jié)水及水資源利用的評價指標。本文選取了英國建筑研究院環(huán)境評估方法(BREEAM)、德國可持續(xù)建筑評估系統(tǒng)(DGNB)、美國綠色建筑評價系統(tǒng)(LEED)、日本建筑環(huán)境性能效率綜合評估系統(tǒng)(CASBEE)以及我國國家標準《綠色建筑評價標準》GB50378-2019作為分析對象，對其中有關節(jié)水及水資源利用的要求進行比對分析。

2 英國BREEAM

BREEAM[4]是英國建筑研究院所制定的一套環(huán)境評估方法，是世界上第一套針對建筑環(huán)境的可持續(xù)性評價體系。BREEAM共有9大類評價指標，節(jié)水是其中一類，下設4項二級指標，分別為用水量、用水監(jiān)測、漏水檢測及防范、高效用水設備。

2.1 用水量評價

用水量評價的目的是通過使用高效用水器具和水循環(huán)系統(tǒng)，減少建筑用水消耗。通過使用BREEAM配套提供的“Wat01 計算器” 對建筑家庭用水器具的效率進行評估。將建筑的用水量(升/人/天)與基準性能比較，根據(jù)改善程度授予不同的分數(shù)。由于用水量中包括雨水利用的部分，而氣候區(qū)的差異會影響到雨水收集利用的機會，因此BREEAM通過降水量世界地圖來確定建筑所在降水區(qū)，從而確定適當?shù)挠盟炕鶞手担⒏鶕?jù)在基準值基礎上的改善比例以及用水器具的用水等級獲得相應的得分。

2.2 用水監(jiān)測

用水監(jiān)測是通過監(jiān)測和管理水的日常消耗，從而達到減少水耗的目標。各建筑(包括通過自備井或其他私人來源供應的水)的總管供水應設置水表，并應配備便于查看的分表或與設備或區(qū)域一體的用水監(jiān)測設備。各水表(總表和分表)具備脈沖或其他開放協(xié)議通信輸出，用于連接適當?shù)墓檬聵I(yè)監(jiān)控和管理系統(tǒng)(例如建筑管理體系BMS)以監(jiān)控用水量。

2.3 漏水檢測和防范

其目標是能夠檢測到建筑中總管供水以及建筑與市政水表之間主要漏水點的漏水檢測。漏水檢測系統(tǒng)應該是能夠提醒建筑使用者存在泄漏的永久性自動化漏水檢測系統(tǒng)，或用于檢測泄漏的內(nèi)建自動化診斷程序，當通過水表或數(shù)據(jù)記錄儀的水流超過預設期間預設最大值時，將激活此系統(tǒng)。系統(tǒng)可識別設定期間內(nèi)不同流量，并因此能夠識別泄漏率，例如連續(xù)、高或低流量。系統(tǒng)還可以根據(jù)業(yè)主的耗水量標準進行編程設置。公共建筑應安裝流量控制裝置，根據(jù)需求調(diào)節(jié)每個廁所區(qū)域或設施的供水，從而最大限度地減少衛(wèi)浴配件產(chǎn)生的漏水和浪費。

2.4 高效用水設備

其目的是通過鼓勵使用高效用水設備，減少耗水量，范圍涵蓋除家庭飲用水和衛(wèi)浴器具之外其他用途的用水需求，例如游泳池、洗車和灌溉設備。可采用的方式包括設置土壤含水量傳感器的地表滴灌；灌溉分區(qū)控制；對不同的種植組合的變量灌溉；灰水回收用于洗車、衛(wèi)浴設施、灌溉等；選擇的植物僅限于在當?shù)貤l件下沒有灌溉的情況下能夠茁壯成長的物種。

3 德國DGNB

德國在2008年正式推出了第二代可持續(xù)建筑評估體系—DGNB[5]，該評估體系從 6 個建筑可持續(xù)性的核心要素，即環(huán)境質(zhì)量、經(jīng)濟質(zhì)量、社會文化及功能質(zhì)量、技術質(zhì)量、建設過程質(zhì)量和區(qū)位質(zhì)量對項目進行全面的綜合評估。而 DGNB 體系的獨特之處在于它將建筑的經(jīng)濟質(zhì)量放在與環(huán)境質(zhì)量同等重要的位置上進行評價。

在DGNB評價體系中，飲用水需求與廢水排放是在環(huán)境質(zhì)量主題下的一組指標。其目標是通過回收廢水和利用本地資源來維護自然水循環(huán)和減少飲用水需求。為了確保供應優(yōu)質(zhì)飲用水，人類每天從自然循環(huán)中取水，經(jīng)過高成本的處理過程后供人們使用。由此產(chǎn)生的廢水在返回自然水循環(huán)之前必須經(jīng)過凈化處理，去除有害物質(zhì)和污染物。因此，可持續(xù)建筑的目標是減少飲用水的需求量和產(chǎn)生的廢水量，以便盡可能少地擾亂自然水循環(huán)。在用水參數(shù)評估中，記錄飲用水節(jié)約量和廢水減少量，并將它們納入生命周期評估的評價中。由此，在此標準中全面落實了對循環(huán)經(jīng)濟的貢獻。另外，從經(jīng)濟性的角度出發(fā)可以減少飲用水需求量和產(chǎn)生的廢水量，降低運營成本。

在DGNB中，測定的飲用水需求量與產(chǎn)生的廢水量相加之和即為“用水量”。它是用來評估建筑物中用水情況的一個參數(shù)，根據(jù)不同的建筑功能，如辦公、學校、住宅、酒店、超市、商場等，其用水量計算也不盡相同。在節(jié)約用水方面，淋浴顯然比泡澡更可取。選擇的浴缸類型必須也可以用于淋浴，同時不降低舒適度或方便性。對于浴缸來說，節(jié)約用水與浴缸的容積成正比。浴缸越小，節(jié)約用水的可能性就越大。在給浴缸注水時，配水配件的類型不影響需水量。鑒于配件的原因，只有在淋浴時，才有可能節(jié)約用水。對于帶浴缸的住宅，可以假設每14 d泡一次澡(浴缸注滿水)，并在其他日子用浴缸進行淋浴。

4 美國LEED

LEED[6]是最為熟悉的一種評價體系，是由美國綠色建筑委員會建立并推行的，也是一種比較有影響力的評價體系。LEED評價體系主要由選址與交通、可持續(xù)場地、水利用效率、能源與大氣、材料與資源、室內(nèi)環(huán)境質(zhì)量、地域優(yōu)先等部分組成，其中水利用效率是非常重要的部分。LEED認為可以通過減少室外用水量及室內(nèi)用水量來實現(xiàn)建筑整體用水效率的提升。

4.1 室外用水減量

室外用水減量可以通過設計使室外景觀在兩年的定植期內(nèi)不需要永久灌溉系統(tǒng)，或盡量減少灌溉量，其手段包括植物物種選擇、非傳統(tǒng)水源、智慧化的灌溉技術等策略的組合。通過美國環(huán)保署(EPA)提供的用水量計算工具WaterSence可以對用水效率進行量化評估。

4.2 室內(nèi)用水減量

LEED要求主要室內(nèi)用水器具得用水量應比基準值減少20%～50%，主要用水器具的基準值見表1。

表1 主要用水器具的基準值

空調(diào)循環(huán)冷卻水系統(tǒng)冷卻塔的補水量在建筑用水中占有相當大的比重，LEED對冷卻塔補水提出了比較具體的要求，在控制冷卻水系統(tǒng)中的微生物、腐蝕和水垢的同時，節(jié)約冷卻塔補充水。對于冷卻塔和蒸發(fā)式冷凝器，先期進行冷卻水水質(zhì)分析，至少要測量5個控制參數(shù)。用每個參數(shù)允許的最大濃度等級除以在補充水中發(fā)現(xiàn)的每個參數(shù)的實際濃度等級，即可計算出冷卻塔循環(huán)次數(shù)。限定冷卻塔循環(huán)次數(shù)，以避免其中任何參數(shù)超出其最大值。

為了通過跟蹤用水量來進行用水管理并找到更多節(jié)約用水的機會，LEED要求對不同功能的用水子系統(tǒng)安裝永久性水表，包括灌溉、室內(nèi)衛(wèi)生器具、鍋爐、生活熱水、再生水等，分項計量范圍應超過總用水量的80%。對于醫(yī)療建筑，LEED還要求在凈化水系統(tǒng)(反滲透，去離子)、過濾器反流水、餐飲部門用水、洗衣店用水、實驗室用水、中央無菌處理部門用水、理療和水療以及治療區(qū)用水、手術間用水、閉環(huán)液體循環(huán)加熱/制冷系統(tǒng)補水、生活熱水系統(tǒng)的冷水補充等部位中至少選擇5個部位設水表計量 。

5 日本CASBEE

日本政府開始關注建筑物全壽命周期中對環(huán)境造成的負荷是在20世紀90年代后期。2001年日本可持續(xù)建筑協(xié)會(JSBC)開展了日本綠色建筑評估系統(tǒng)——建筑環(huán)境性能效率綜合評估系統(tǒng)(CASBEE)的研發(fā)工作，并于2003年頒布了針對新建建筑的評估標準。CASBEE[7]將所有指標劃分為兩大類：一類叫做“建筑物環(huán)境質(zhì)量與性能”，代表建筑為使用者提供的舒適度；另一類叫做“建筑物的外部環(huán)境負荷”，代表建筑對一定范圍外的環(huán)境所造成的不利影響的程度。CASBEE 為通過評估比較由建筑對環(huán)境造成的單位不利影響所帶來的品質(zhì)提升量，來判斷環(huán)境犧牲的價值，對建筑進行更客觀的評價。

CASBEE關于水資源的要求包括節(jié)約水資源及雨水再生水利用兩部分。在節(jié)水方面要求在主要用水設施安裝節(jié)水裝置。如住宅中廚房、浴室、衛(wèi)生間等使用的水龍頭及節(jié)水馬桶等。節(jié)水裝置示例見表2。

表2 節(jié)水裝置示例

6 我國國家標準《綠色建筑評價標準》GB50378-2019

我國國家標準《綠色建筑評價標準》GB50378-2019[8]中有關節(jié)水及水資源利用的要求主要為以下4類。

(1)鼓勵使用較高用水效率等級的衛(wèi)生器具，衛(wèi)生器具的用水效率等級分為3級，當全部衛(wèi)生器具的用水效率等級達到1級時可以獲得全部評價分值。

(2)綠化灌溉及空調(diào)冷卻水系統(tǒng)采用節(jié)水設備或技術，具體措施包括：采用節(jié)水灌溉系統(tǒng)、設置土壤濕度感應器、雨天自動關閉裝置等節(jié)水措施、種植無須永久灌溉植物、空調(diào)冷卻水系統(tǒng)采用節(jié)水設備或技術等。

(3)結合雨水綜合利用設施營造室外景觀水體，室外景觀水體利用雨水的補水量大于水體蒸發(fā)量的60%，并采用保障水體水質(zhì)的生態(tài)水處理技術。

(4)鼓勵使用非傳統(tǒng)水源，綠化灌溉、車庫及道路沖洗、洗車用水、沖廁用水、冷卻水補水采用非傳統(tǒng)水源的用水量占比越高則評分值越高。

7 分析及思考

7.1 衛(wèi)生器具用水效率等級的比較

各國均制定了衛(wèi)生器具用水效率等級的標準，并鼓勵采用較高用水效率的器具以減少水的消耗，表3為各國主要衛(wèi)生器具水效指標與我國國家標準《坐便器用水效率限定值及用水效率等級》GB25502-2017[9]、《小便器用水效率限定值及用水效率等級》GB28337-2019[10]、《淋浴器用水效率限定值及用水效率等級》GB28338-2019[11]、《水嘴用水效率限定值及用水效率等級》GB25501-2010[12]的比較。

表3 五國主要衛(wèi)生器具的水效指標

由表3可以發(fā)現(xiàn)，目前我國建筑用水器具的用水效率標準與發(fā)達國家相比并不遜色，但在性能指標的細化方面還有很大的進步空間，如日本的水龍頭產(chǎn)品可以通過產(chǎn)品設計簡化操作動作，減少無效流量，小便器的沖洗與照明、排風系統(tǒng)相結合，周期性運行，從而達到節(jié)水節(jié)能的目的。同時，使用先進節(jié)水的衛(wèi)生器具也能夠達到節(jié)水的目的，如空氣壓水摻氣式噴頭可以節(jié)省50%的水量[13]。

7.2 用水量基準的確定

英國BREEAM提出通過不同地區(qū)降水量地圖來確定建筑所在降水區(qū)，從而確定適當?shù)挠盟炕鶞手怠Ｎ覈鶈T遼闊，水資源分布差異很大，在現(xiàn)行國家標準《建筑給水排水設計標準》GB50015-2019[14]中，對于用水定額僅規(guī)定了一個范圍，缺乏對設計人員合理選取用水定額的有效指導。在現(xiàn)行國家標準《民用建筑節(jié)水設計標準》GB50555-2010[15]中，給出了3個分區(qū)的用水定額，但范圍仍較為寬泛。為了更加科學的配置水資源，可通過繪制降水量地圖，以氣候分區(qū)為基礎，各地制定適合本地需求的差異化的用水量基準，對于優(yōu)化水資源分配，選用適合本區(qū)域的合理節(jié)水及水資源利用措施具有積極的作用。

7.3 對節(jié)水與水資源利用措施的效果評估

各國均制定了節(jié)水措施評估方法及輔助計算工具，如BREEAM的“Wat01 計算器”及美國環(huán)保署的“WaterSence” 計算工具，對各類節(jié)水措施的效果進行量化評估，并通過數(shù)據(jù)積累不斷修正和完善評估方法，使評估結果能夠準確客觀地反映水資源利用效益，合理采取建筑節(jié)水及水資源利用措施。如美國環(huán)保署發(fā)現(xiàn)，在對灌溉系統(tǒng)進行升級之后，德克薩斯州普萊諾的一個辦公大樓在2009年將室外用水量減少了40%，節(jié)省了1250萬加侖的水[16]。目前我國在節(jié)水措施的要求方面與發(fā)達國家基本相同(表4)，但在效果的評估方面還有較大差距，主要是缺乏權威性的量化評估工具，亟待開展這方面的研究與實踐，開發(fā)出適用的評估方法及計算工具。

表4 五國節(jié)水措施的比較

7.4 用戶行為節(jié)水

德國DGNB認為人的行為習慣對節(jié)水及水資源利用有著很大的影響，因此提出了不同類型建筑如住宅、工廠、商業(yè)、酒店等場所的用戶行為規(guī)范，并以此為基礎制定特定設施用水量，在提升衛(wèi)生器具節(jié)水性能的同時加強對人的行為方式的引導，兩方面措施相結合，能夠有效提高實際的建筑節(jié)水效果。我國近期也研發(fā)了基于用戶行為的節(jié)水軟件，通過行為反饋及激勵機制培養(yǎng)用戶的節(jié)水意識[17]。

7.5 用水監(jiān)測及漏水防范

英國BREEAM要求所有水表應具備脈沖或其他開放協(xié)議通信輸出，用于連接適當?shù)墓檬聵I(yè)監(jiān)控和管理系統(tǒng)(例如建筑管理體系BMS)以監(jiān)控用水量。設置永久性自動化漏水檢測系統(tǒng)，或用于檢測泄漏的內(nèi)建自動化診斷程序，識別泄漏率。系統(tǒng)還可以根據(jù)業(yè)主的耗水量標準進行編程設置。公共建筑應安裝流量控制裝置，從而最大減少衛(wèi)浴配件產(chǎn)生的漏水和浪費。近年來我國在供水終端管網(wǎng)在線檢漏技術的基礎上，結合物聯(lián)網(wǎng)技術進一步開展了供水終端管網(wǎng)水能高效開發(fā)利用技術研究、以及供水終端管網(wǎng)運行狀態(tài)在線監(jiān)控及預警系統(tǒng)開發(fā)，進而全面推進了供水終端管網(wǎng)智慧化建設[18]。

7.6 雨水利用

英國BREEAM充分利用英國的降雨豐富的氣候特點, 大力鼓勵搜集雨水, 把人們通常認為可以造成洪水的雨水變成了一種有價值的財產(chǎn), 可以應用于很多方面, 特別是用于灌溉和景觀用水[19]。我國部分地區(qū)雨量充沛，可利用的雨水資源較為豐富，但往往對雨水更多的是強調(diào)排放而非利用，今后需結合地區(qū)特點，因地制宜，強化綜合性和生態(tài)化雨洪控制利用措施，建立完善雨水利用激勵機制，促進城市水資源合理利用[20]。

8 結語

通過對各國在建筑可持續(xù)領域對于節(jié)水及水資源利用要求的分析，可以看到各國均將節(jié)水與水資源利用作為建筑可持續(xù)發(fā)展的重要組成部分，并分別從工程措施、產(chǎn)品性能、運行管控、用戶行為引導等維度提出系統(tǒng)性策略，形成有效的節(jié)水及水資源利用機制，對于我國建筑節(jié)水及水資源利用策略發(fā)展具有一定的借鑒意義。