市政給排水工程的節能設計路徑探析

文_簡勇翔 福建省環境保護設計院有限公司

1 市政給排水工程節能設計方案與計算

1.1 節能雨水系統

節能雨水系統是市政給排水工程的核心組成，對工程整體質量產生重要影響。為有效提升節能雨水系統施工質量，充分應用節能技術，技術人員應基于當地氣候特點分析，設計專門的壓力測量標準，同時考慮漫溢情況，提升水資源的回收與利用。在具體設計實踐中，技術人員應根據“就近排放”原則，結合排放水體差異及地形變化、水系分布情況，對雨水系統進行劃分設計，以達到節能設計目標。

雨水排水方案的確定：高水自排方案主要應用于不存在防洪、排澇的地區，且雨水可以直接排入河道；低水泵排方案主要應用于沿河地勢較低的地區，可以通過設置排澇泵站的方式，解決內澇問題。在雨水系統方案確定前，應對城市暴雨強度進行計算，具體如公示（1）所示。

式中 —暴雨強度（1/s-ha）；—設計重現期（年）；—降雨歷時。

1.2 節能污水處理系統

污水處理系統是市政給排水工程的核心系統，是工程價值發揮的著重點。在節能污水處理系統設計實踐中，技術人員應以提升城市污水處理效率為目標，以提升整體節能程度為重點，對節能污水處理系統進行設計。需要注意的是，節能污水處理系統的建立較為復雜，特別是在管網連接過程中，若出現連接錯誤，則直接失去節能污水處理系統運行效果。為在保證施工質量的基礎上，提升污水處理系統的節能環保性能，應選擇應用節能環保型材料、高性能復合型材料，以提升系統自身的環保性能。

在污水處理系統設計前，技術人員應對城市的污水量進行預測。污水量預測方法主要有城市單位建設用地綜合用水量指標法、城市單位人口綜合用水量指標法、城市綜合污水量指標法。污水量流量計算如公式（2）所示。

式中 —污水流量（L/s）；—設計流速（m/s）；—污水水流截面積。

污水流量的變化系數

式中 —污水流量的變化系數。

1.3 節能給水系統

給水系統設計階段，技術人員應積極應用先進技術提升工程的節能環保性能，并有針對性地選擇適合不同地區的節水技術，具體如表1所示。

表1 常見節水技術

在節能給水系統設計過程中，若采用地下水為生活飲用水水源，則水質應符合現行國家標準《地下水質量標準》GB/T14848-93的規定；若采用地表水為生活飲用水水源，水質應符合現行國家標準《地表水環境質量標準》GB3838-2002的規定。

2 市政給排水工程節能技術的應用

2.1 給水系統的節能技術應用

2.1.1 合理規劃給水系統

給排水工程設計人員應根據上述計算，對給水系統進行統籌規劃，采用直接供水、分區平衡水壓等方式，對給水系統進行整體設計。同時，設計者應根據城市性質，對供水區域進行規劃，主供水管徑應控制在30～60cm，節省管道維修放水水量，提升管道的給水可控性。

2.1.2 應用新能源技術

化學法——金屬與水反應。這種方法最常用的金屬是鎂。鎂屬于第二主族元素，與鈉同周期，故金屬性比鈉弱，與水反應生成物與納與水反應相似，條件比鈉要求高。鎂與熱水(冷水)反應強烈(緩慢)生成氫氧化鎂沉淀物并置換出氫氣，化學方程式為，Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑。

為提升工程的節能效果，設計者可以選擇應用太陽能作為給水系統的主要能源。尤其是在熱水供應系統中，應充分發揮太陽能技術優勢，創新與優化熱水供應模式，以實現給排水工程節能環保目標，從而實現給水系統更高的社會效益與經濟效益。

2.1.3 二次供水設計

在管網設計過程中，設計者應合理確定供水管的主管管徑，并嚴格根據城市的經濟流速控制，設計供水管的管徑。基于實踐經驗分析，供水管的經濟流速應控制在0.6～1.1m/s。

供水管管材選擇方面，設計者應注重降低管道的粗糙程度，在HDPE管、UPVC管、PCPC管、球墨鑄鐵管、實壁PE管等管材中搭配使用鋼塑型管材與塑料管材。

在管道施工過程中，注重檢查井施工、基礎、接口、管道與檢查井的出水口等。

在二次供水管網的截污設計過程中，設計者應確定截流倍數為1～2，通過計算截流的雨季污水量，確定污水截流井類型，雨季污水量計算如公式（4）所示。

2.1.4 給水壓力設計

在市政給排水系統設計中，設計者應根據城市用水情況、建筑高度因素等，合理確定給水的壓力，在保證給水壓力可靠的基礎上，避免出現給水壓力不穩定，進而出現安全事故。以公共建筑為例，水壓應控制在0.3MPa，建筑的廚衛設施與衛浴器具的給水配件靜壓值應設置為0.45MPa。

2.1.5 減壓閥設置

現階段，減壓閥以廣泛應用于管網設計等方面。為有效實現節能目標，設計者應在使用減壓閥過程中，注意以下幾點：

①設計者應選用高質量減壓閥產品，避免出現噪聲、振動、縮短配水器材的使用壽命等，進而對整個供水系統的安全性產生影響。

②設計者應以節能視角分析，確定減壓閥的設置方式。分區減壓閥不適宜進行串聯設計，且減壓比應符合系統設計及系統應用的實際需求。

③在選用減壓閥過程中，配套附件附近不能設置旁通閥，并將旁通閥設置在易于進行管理和維護的位置。

2.2 排水系統的節能技術應用

2.2.1 明確排水工程節能設計要求

在給排水工程設計時，設計者應充分考慮防洪要求，提升系統的自然降水排水能力。同時，設計者應收集關于城市降水的資料，了解降水量的變化情況，并根據防洪要求設計排水系統，確保在大量降水的環境中，排水系統可以順利排出雨水積水。另外，設計者應合理設計污水截流管道。在污水截流井選型方面，推薦應用多種截流井結合的形式，若合流管出口高程在防洪水位上，則建議應用截流槽式截流井；若合流管出口的高程低于防洪水位，且管徑較大，則使用槽堰結合式截流井。除此之外，設計者應明確倒虹井設計流速為大于0.9m/s，倒虹管管頂距規劃河底距離一般應大于1.0m。

2.2.2 污水管道節能設計

在污水管道節能設計過程中，應保證污水管道與給水管道分開設計。在排水管道與污水管道連通管設計方面，應注意連通管的埋深不應過深，只要滿足最小覆土厚度即可。為防止污水回流，可以在連通管設計中應用閘槽。在排水管道連通管設計方面，應基于排水管道的排水能力、匯水面積、集水時間等分析，設置連通管，確保排水管道為環狀管網，在達到節能設計目標的基礎上，改善排水狀況。在排水管道出水口設計方面，應對排水管道出水口與排放水體水位間的關系進行分析。若排水管道出水口的高度等同或高于排放水體水位，則采取減小管道坡度等處理方式，提升管道設計節能性與質量。

2.2.3 水泵、節水器具與儀表的應用

供水系統的節能效果取決于供水壓力的穩定性與水泵選用的合理性。在水泵選擇過程中，設計者應針對城市天氣情況、水泵適用條件等進行水泵選擇。水泵流量可以根據最大時間范圍內水的流量進行確定，通常設置為1/1.5-1/3。

節水器具與儀表主要包括節水龍頭、水表及計量裝置。在節水龍頭選擇過程中，設計者應選擇質量過關、流量適中的水龍頭。在水表及計量裝置選擇與應用方面，設計者應根據相關規范要求，結合城市用水量需求等，選擇質量過關的水表及計量裝置，避免因計量裝置故障，無法對給排水管道流量等進行精準監控。

3 結語

市政給排水工程是一項較為復雜的工作。為提升工程的節能實效，設計者應積極貫徹節能理念，在最大程度控制工程設計與施工成本的基礎上，對給排水工程進行綜合設計。尤其是在新型能源、節能材料應用方面，設計者與技術人員應深入理解與掌握給排水節能技術要點，并將技術深度融入和實施在設計及施工工作中。