節能減排視角下建筑給排水設計優化升級路徑

◎葉琴曾

引言

建筑行業的不斷發展推動了國民經濟增長，而社會經濟的發展又進一步推動了建筑行業的升級改進。隨著環境問題的日益突出，節能減排成為時代主旋律，作為經濟支柱的建筑業首當其沖，同時“雙碳”目標的提出，也給建筑行業分配了碳排放指標，尤其是高層建筑，其耗水、耗能水平遠高于常規建筑。給排水、建筑電氣、機電設備是建筑節能減排的三個主要方面，給水系統、排水系統和消防系統是建筑給排水設計的主要內容。部分老舊小區的給排水系統同時還存在著安全隱患，排水系統不暢帶來嚴重的生態問題，直接影響周邊居民的生活環境。

建筑給排水設計節能減排包含兩個方面：一是新增建筑給排水設計按照節能減排標準進行，選用新型節水節能衛生器具和機電設備；二是老舊住宅建筑給排水系統升級改造，對老舊設備進行升級替換，同步消除安全隱患，現場環境條件具備的，可以考慮重新布置排水系統，同時滿足節水、節能要求。綜合考慮成本因素，后者的施工難度遠大于前者。節能減排技術在建筑給排水設計中應用，作為一個細分技術領域，有許多值得深入學習和研究的點。

一、節能減排思維融入建筑給排水設計的必要性

隨著近幾年我國經濟實力的持續提升，高層建筑以及超高層建筑數量呈現快速增長趨勢，使得火災撲救面臨更大困難。火災的發生是危害社會大眾安全的重要災害，二十一世紀以來，世界各個國家的高層建筑大幅增加，高層火災發生頻率不斷提高。為及時發現和有效撲救火災，減少由于火災造成的損失，必須建設合理有效的消防設施系統。同時，面臨著大氣污染不斷加重、水資源以及能源的供給不足的現實壓力，人們逐漸了解到節能減排可持續建筑即綠色建筑的必要性，對高層以及超高層建筑消防給排水設計提出更高標準。

1.給排水系統節能減排是綠色建筑發展的內生需求。

當前我國小康社會建設進入快速發展階段，城市轉型發展以城鎮化為主要內容，我國城鎮化率不斷攀升。高層建筑是城市建設邁向成熟的重要標志，部分城市化問題的解決有賴于高層建筑提供的城市縱向發展空間。建筑物高度及面積實現同步增長，高層建筑綜合體成為一種必然產物，其給排水系統設計難度成倍提升，同時對機電設備性能提出更高要求。可持續發展已上升為國策，分行業資源能耗數據排名顯示，建筑行業一直高居榜首。因此，建筑行業節能減排是實現“碳中和、碳達峰”的重要一環，同時由于體量巨大，節能任務艱巨且道路漫長。給排水系統設計節能減排是建筑節能的三大主體之一，綠色建筑的內涵，需要高效、清潔、節能的給排水系統設計。

2.建筑給排水動力系統節能有利于綠色建筑可持續發展。

對于集中供熱的城市新建建筑物，按照住建部要求，以用熱量計算費用。通過節能減排設計，使建筑物達到更高能效水平，推行覆蓋規劃設計、施工建設、運行維護的全壽命周期節能減排工作。給排水系統最重要的耗能設備為各類水泵，屬于典型的建筑機電設備，為節能設計的主體，新型節能機電設備完成對老舊高耗能設備的升級替換，變頻調速是一種先進的節能技術，廣泛應用于各類電機系統。“碳中和，碳達峰”是我國可持續發展戰略的進一步深化，能效利用水平是衡量建筑物設計超前性的重要指標。給水與排水系統是建筑設計的三大系統之一，其動力設備屬于典型的高耗能旋轉機械，變頻技術已趨于穩定和成熟，變頻電機的安全隱患得到有效控制，在給排水系統中用量巨大。綠色建筑以低碳、節能、環保為特點，其中以節能任務最為迫切，綜合運用多種手段，完成高質量建筑給排水節能減排設計。

二、建筑給排水設計中的節水設計方案

1.科學選用節水節能型衛生器具和管道管材。

廚房、衛生間是建筑結構中的高耗水、高耗能區域，是節能減排的重點關注內容，優選節水節能型衛生器具，水龍頭設計優選充氣水嘴，在實際使用時表明，基于充氣的水嘴的水龍頭僅為普通水龍頭85%的用水量。衛生間用水設計方案，優選節水節能型馬桶，其水箱容積的設置小于等于六升，以獲得最佳沖水效率。公共區域衛生間沖水設計，優選感應式或自閉式沖洗水龍頭，避免人為忽視的水資源浪費；對于調整好水量大小的水龍頭，當排放水量達到設定水量時，為高效節約水資源，可實現水龍頭的自動閉合。除此之外，給排水管道材質是一項重要的設計參數，直接影響水流速度和管道使用壽命。塑料管材作為目前常用的給排水管材，使用時間較長時易發生管道破損，從而引起水資源浪費以及污染的問題。

綜上所述，為降低水資源污染概率和延長管道系統的服用壽命，給排水管道設計時，要足夠重視給排水管材的選擇。

2.科學布置管道網絡。

設計人員在進行建筑工程設計工作時，應根據項目的具體情況，從實際出發，全面的分析用戶對水資源的需求情況，針對節水節能問題制定出科學合理的解決方案。在設計過程中設計人員還應結合整個建筑排水系統的管網，給出合理經濟的排水系統設計方案。其次，設計人員應精確計算建筑管網水壓力，并制定出相應的規范標準，杜絕由于設計缺陷造成不必要的水資源浪費。根據現行相關設計規范，高層建筑生活污水排放系統設計，需要進行豎向分區，各分區靜水壓力最小值不得高于0.45 Mpa，特殊情況下，該壓力值不應超過0.55 Mpa。當水壓過高時，會從衛生器具中滲漏或形成水流，嚴重時還會造成用水設施的損壞，從而導致水資源的浪費。為了應對這種情況的發生，需要設計人員根據具體情況合理規劃分區，并在需要時增加設置減壓孔或減壓閥，確保配水管靜水壓力值保持在0.35 Mpa 附近。

3.根據不同情況，控制供水壓力。

第一點，在進行建筑給排水的設計工作時，應嚴格遵守相關設計規范。當今社會，部分水資源并未被列入供水單位的管理范圍，這部分水資源的流失，必定會加劇水資源的浪費。這種狀況的出現，主要是因為復雜的社會人際關系、以權謀私、違法偷竊等現象的存在。未避免這種現象的出現，設計人員在完成設計文件的編制時，一定要在必要的位置增加節水器的設置，來應對社會上出現水資源私用的現象。

第二點，在進行建筑給排水的設計工作時，應對供水方式做出調整。當今社會，水資源正在不斷枯竭，這種趨勢還在與日俱增，面對如此嚴峻的形勢，需要加大對水箱供水的重視程度，并增強推廣力度。水箱供水的方法能夠有效的應對供水量不足的情況，并且還能解決臨時出現的故障問題，能夠保障供水系統的長期性、均衡性和穩定性，因此，這種供水形式一定能夠成為我國現有供水形式的補充。水箱供水有很多不同的形式，在建筑設計時，可根據具體的情況進行選擇。穩定持續的供水、有效的節約水資源、控制總體投資成本，這些都是水箱供水方式的優點。這種供水方式不僅能夠給用戶提供方便，同時還能增加供水集團的收益，因此，政府相關部門應該增強水箱供水的推廣力度，增加使用規模。

第三點，相關部門應該對不同區域的用戶進行統一的分析和調查，根據調查結果和用戶密度進行科學合理的設計，從而提高整個地區的水資源利用率，從而達到節約用水的目的。如果用戶收入水平比較高，對價格的敏感度相對較低，對于供水也有更高的標準和需求，因此應把重點放在對供水質量的把控上，并且提高售后服務的水平和質量。如果用戶的收入水平處在中等，較收入水平較高的用戶而言，這類用戶對價格的敏感對相對較高，仍需在飲用水質量和售后服務方面有一定的控制。如果用戶收入水平交底，他們對價格敏感度非常高，使用飲用水設備的頻次比較低，在供水質量和需求方面也相對較寬松。

4.建筑中水回收系統。

中水也被稱為再生水資源，是指雨水、廢水處理后達到回收再利用的標準，從而實現二次使用，其能改善生態環境，還能促進水資源的良性循環及使用。因此，在建筑給排水設計中，設計人員要做好廢水、雨水預留設計，借助創新型技術和工藝，將雨水、廢水進行分類并處理。在檢驗生活廢水時，工作人員應高效處理水中的有毒物質，確保其達到排放規定及要求。如果不能將水中的有毒物質清除干凈，施工人員也應將有害物質排放到指定位置，避免出現環境污染問題，危害人們的安全。中水處理技術的選擇應考慮各個方面，在水質達到相關標準的基礎上追求經濟性與可行性。城市污水要比天然水成分更加復雜，在使用循環冷卻水時，技術人員應對其中的結垢、微生物、腐蝕性進行充分考量，并可借助微絮凝過濾與普通消毒工藝來開展工作。

5.用水定額分配，強化公民節水意識。

城市選址大都依水而建，水源是城鎮建設和發展的基礎。水資源開發利用過程中，受所處發展階段和技術水平的限制，存在不同程度的浪費現象，強化公民節水意識，是生態城市建設的重要內容。

建筑生活用水的利用率和建筑給排水工程的成本，都受到建筑生活用水定額的控制。因此，選擇合理的用水定額，就是建筑給水系統設計的重點。如果用水定額選值較小，就不能達到建筑使用者的基本生活要求，但如果選值較大，就造成了不必要的資源浪費。所以在進行建筑給排水設計時，應該根據項目所在地的基本條件確定一個合理的用水定額，這些基本條件包括當地的氣候狀況、地理條件、人口數量等。

推廣節水宣傳工作，強化居民生產生活中節約用水思維，作為一種非可再生資源，水資源的浪費成為可持續發展的障礙。政府部門作為牽頭單位，統籌協調、分工作業指導，選用科學、合理、有效的方式，開展節水理念宣傳。針對水資源浪費行為進行批評、改正，對于故意浪費行為，且屢教不改的，可以給予一定程度的處罰。重點關注水資源浪費現象嚴重的區域和行業，發揮階梯水費的市場調節作用，有條件的地區試點階段供水模式。綜合運用技術和管理手段，幫助城市居民建立節水意識，養成良好的節水行為習慣。

三、建筑給排水設計中的節能設計方案

1.新型材料的合理開發與應用。

科學技術的發展和環保節能的發展讓我國材料市場發生了變革，各種新型節能材料大量出現在市場中，并且質量良莠不齊，因此，在進行建筑給排水設計時，需要明確給排水設計所采用的建筑材料的性能與功能。許多建筑工程中，出于建筑成本考慮，通常會選擇經濟性較高的建筑材料進行給排水施工，但這些材料的實際應用效果卻并不理想。

由于建筑給排水地下管網聯通較廣，因此在給排水管道中流通的水源較多，水質較為復雜。如果在進行給排水系統設計時采用的給排水管道質量不符合相關標準，其抗氧化、抗腐蝕以及抗高溫性能都存在一定的缺陷的話，則將導致在施工過程中容易受到水的侵蝕，使管道質量受損，甚至會產生裂痕或缺陷，水在流動過程中從管道中滲漏，造成大量的水資源浪費。因此，需提高給排水系統設計人員的材料辨識能力，加強其對市場中新型節能材料的認知，并選用具有輕質高強特性的材料進行給排水施工，必要時還可以聘請給排水行業的專家對給排水設計的節能減排能力進行評估，及時修改不夠完善的地方，提升給排水設計的節能減排可行性。此外，應用新型節能材料時需要在施工前對材料展開抗腐蝕性、高溫耐受性、壓力曲折性以及結構穩定性等測試，確保質量能夠與施工設計標準相符，提升建筑給排水系統的使用壽命的同時確保水資源在流動過程中不會因給排水系統的質量問題而出現浪費。

2.二次供水設備的合理選擇。

在傳統供水設計方案中，對二次污染考慮的并不多，最終阻攔效果有限，綠色建筑的一項重要內容即供水方式變革與創新。變頻高速供水是一種行之有效的節能減排技術，其核心模塊為交流變頻器，通過改變交流電動機的供電頻率，以匹配轉矩輸出值，提高變頻水泵的能量轉換效率。我國較早在該領域開展研究工作，已取得部分創新成果，目前向著變頻氣壓供水、變壓變量供水技術轉型升級，體現了供水設備技術進步的連續性和創新工作的持續性，相較于傳統電機設備，能效水平提升明顯。設備自身性能提升是第一步，設備參數的合理選擇和不同設備間的有效配合是第二步，直接影響給排水系統運行效率和整體能效水平。變頻高速供水系統可實現水泵無極調速，支持軟啟動和不間斷循環。特別是在高層建筑中，因為受到管網壓力的局限，供水設備難以達到較高壓力，從而引發用水問題，二次供水設備的使用便緩解了該問題。另外，二次供水設備結構緊湊、占地面積小、凈化效果出眾，且安裝簡單迅速、運轉穩定，能夠在建筑給排水系統中有效發揮節約能源的作用。

3.合理調節市政管網壓力。

在通常情況下，城市給水系統壓力，該壓力值足以供應三層及以下建筑物的正常用水，但隨著高度的提升，供水壓力會隨之降低。我國主要的建筑物為高層、超高層建筑，為了保證高層的正常用水，需要增加水泵壓力值控制在0.2MPa，保證給水系統的正常使用。當前，無負壓變頻供水技術得到了越來越廣泛的應用。該技術的工作原理是，調控壓力調節罐，有效消除真空復壓問題，實現給水壓力調節的目的。無負壓變頻供水技術能夠合理地調節給水壓力，保障水資源利用率。如果居民的用水量減少，設備就會停止運轉，在保證供水任務的同時達到節約電能和水資源的效果。

4.超壓出流節能設計。

建筑給排水系統設計過程中，管道與相關配件構成一個互連互通的整體，最薄弱位置決定了系統所能承受壓力的最大值。如果壓力參數匹配不當，水壓力過大時，管道會出現裂縫、滲漏，甚至爆管事故；管壁選取過厚時，造成不必要的浪費。事故的預防分為事前、事中和事后，事前防范措施為上策，在設計階段糾正錯誤規定，精準化許用系數，優化給排水系統參數配比，引入超壓出流設計內容。

參照超壓出流設計規范和標準，對于普通建筑，分區布局的衛生器具壓力許用值不宜超過0.2 Mpa。對于樓層高度超過24 的建筑，配備二次供水設備，以獲得更高的出水壓力，沿豎直方向進行分段分區。配套完成水回流設計，為居民提供更加舒心的居住環境。

5.真空排水節能技術。

真空排水是近些年出現的一種新技術，可以顯著提升排水利用率，滿足節水節能需求。真空技術利用負壓原理，借助標準大氣壓強，形成氣-水混合物，取代常規的液態水流，完成管道清洗和除污操作，作業時間短、能量消耗低。在給排水施工環節，利用真空排水技術，將渾濁物排入下水道。對比測試實驗數據顯示：進行高層建筑給排水管道清洗作業時，真空排水技術相比于常規水清洗方式，節水率超過40%，節能超過20%，且隨樓層數的增加，節水節能率進一步提升。真空排水節能技術，憑借顯著的節水、節能優勢，廣泛應用于建筑排水系統，并逐步向寫字樓、辦公樓、城市綜合體等大型建筑結構拓展。

四、結束語

建筑工程無論是在施工中還是在使用中，都需要耗費大量的水資源，而合理應用節能節水技術可以有效節約水資源，提高水資源的利用率。給排水設計是建筑施工過程中的重要組成部分，其不僅與人們的用水安全緊密相連，而且會影響居民對建筑物的整體滿意度。所以，在建筑給排水設計過程中，設計人員應重視節能減排的科學合理設計，不斷優化和改進施工方法，大幅提升建筑使用效能，保證人們的用水安全。