市政給排水工程設計中節能給排水技術的應用

文／林冠豪、曾長發 中國市政工程中南設計研究總院有限公司 湖北武漢 430000

引言：

我國屬人口大國，人均水資源占有量相對緊張，如何提高水資源利用效率，是市政給排水工程設計人員亟需解決的一項主要問題。在市政給排水工程運行過程中，運行故障將會導致城市內部積水無法及時排出，影響城市交通運行，嚴重時還會威脅城市居民用水安全，因此，必須加強市政給排水工程設計方案的科學性及可行性。基于此背景，節能給排水技術的應用與推廣為設計人員帶來了新的思路與理念。節能給排水技術的應用使市政給排水工程的節能性得到了提高，市容市貌得到了明顯的改善，居民用水排水需求得到了滿足。為了充分發揮出節能給排水技術在市政給排水工程設計環節中的重要作用及應用優勢，明確節能給排水技術的重要作用，掌握節能給排水技術應用要點，確保節能給排水技術能夠與市政給排水工程設計環節實現更好的結合。

1、市政給排水工程設計現狀

市政給排水工程具有一定的復雜性及綜合性，設計環節、施工環節與管理環節涉及多個部門及人員。在前期設計及中期建設環節中，如果未融入節能理念與思想，將會導致水資源浪費問題出現，資源利用效率也會受到一定的影響，嚴重時還會導致水污染事故及用水安全事故發生。針對此類現象，在市政給排水工程設計過程中，設計人員應從多角度出發，加強節能給排水技術應用，確保市政給排水工程具有一定的節能、環保特性。在中期施工階段，積極協調多項要素，以此提高市政給排水工程建設成效，為城市居民用水排水及城市環境美化，提供一個更加便利的條件。

2、節能給排水技術的應用意義

一方面，在市政給排水工程設計期間，如果未融入節能給排水技術理念，將會導致設計方案內容存在缺陷及不足，不但會使城市居民日常生活受到影響，還會威脅城市正常運轉。節能技術的應用能夠為設計人員提供新的設計理念，使設計方案內容更加科學完善，避免上述問題出現。另一方面，在社會經濟飛速發展的背景下，資源浪費問題愈加顯著。現階段，資源浪費已成為制約我國經濟可持續發展的一項主要因素。由此可見，在市政給排水工程設計期間，加強節能給排水技術應用已刻不容緩，這不但能夠避免時間浪費問題出現，還能夠提高能源利用效率，實現生態環境保護及資源節約目標，對于促進城市生態環境可持續發展具有積極的現實意義。市政給排水設計人員應加強節能環保技術應用及研究，以此充分發揮出該項技術的優勢及價值。

3、節能給排水技術的應用原則

3.1 合理性原則

在市政給排水工程節能設計期間，核心原則是合理性。市政給排水工程與城市運行密切相關，一旦市政給水工程或排水工程出現運行故障，將會對城市居民日常生活造成嚴重的影響。由此可見，在設計期間，應確保設計方案內容的合理性，提高節能給排水技術應用水平，以此充分發揮出市政給排水工程的重要作用及價值。

3.2 節約性原則

市政給排水工程是一種大型項目，在運行過程中會消耗大量的水資源。在市政給排水工程設計期間，為了實現節水這一目標，應在使市政給排水系統能夠維持安全穩定的運行條件下，利用節能給排水技術降低水資源及能源損耗，實現資源節約目標，這也是提高市場給排水工程運行效率的一項重要方式。在市政給排水工程設計期間，應積極探索節約用水方法及系統運行效率提升途徑，養成良好的節能思想及理念，科學合理地對方案內容進行優化及調整，以此實現節能目標。

3.3 經濟性原則

受經濟因素影響，不同地區的市政給排水工程建設水平存在著明顯的差異。在市政給排水工程設計期間，設計人員應秉持經濟性原則，強化市政給排水工程建設成本支出管控，通過這種方式將各項成本及開銷保持在指定范圍之內，以此為基礎提高市政給排水工程運行效率。

4、節能給排水技術在市政給排水工程設計中的應用要點

4.1 養成良好的節能設計理念

為了實現可持續經營戰略目標，應從綠色城市發展角度出發，完善市政給排水設計工作，使設計人員養成良好的節能環保理念。第一，設計人員在方案設計等前期階段，應引入、論證節能新技術、新工藝。第二，設計人員應根據給排水工程的建設要求及施工現場特點，優化節能給排水技術應用。第三，設計人員及施工人員應養成良好的節能意識，在具體實施過程中，加強精細化管理，將能源損耗控制作為主要工作內容，充分發揮出節能給排水技術的重要作用，提高市政給排水工程施工效率，及時解決施工環節中出現的各項問題。

4.2 加快傳統設計向數字化設計轉型生級

市政領域的傳統設計是在大量經驗值積累下，通過手算、電算相結合，以Auto CAD 為媒介，生成二維圖紙設計成果的設計方法，是一種靜態的、近似的、經驗的設計方法。這種方法在采用新工藝時，常有參數難以驗證、設計問題難以排除、設計成果難以直觀展示的弊端。因此，設計院應加快數字化轉型。如污水廠設計方面，可利用如Biowin、Mike West 等污水廠模擬軟件，試算設計參數，優化工藝流程；如利用bentley hammer等水錘分析軟件，優化水泵選型及附屬構筑物的配置，降低建設費用及運行能耗；又如在截污、雨污分流、內澇整治等設計中，可利用Mike Urban、Info Works ICM、SWMM 等軟件，搭建研究項目的管網模型，及時反饋不同設計方案而形成的治理效果，優化工程范圍、減少工程量。最后，在傳統經驗總結、數字化技術的充分支撐下，在二維CAD 繪圖的基礎上，逐步通過BIM等技術，實現三維正向設計，并且將BIM 技術充分運用到施工以及運營管理中。

4.3 加強雨水回收系統設計

在市政給排水工程節能設計期間，科學合理的對雨水回收系統進行規劃技設計，能夠提高雨水利用效率，避免資源浪費問題出現。雨水回收系統相對復雜，在規劃設計過程中，應充分考慮多項要素，例如城市布局、環境特點、地貌特征及發展需求等，以此為基礎對雨水回收系統進行優化及完善，具體應做好以下工作。在城市運行過程中，降水量過大將會導致道路出現積水現象，影響市政排水管道運行，還會導致路基結構失穩的問題出現，影響當地交通運行。針對此類現象，在市政給排水工程節能設計，應做好雨水回收系統布局優化調整工作。例如，可結合海綿城市的設計理念，做好城市雨水系統吸附性設計工作，提高雨水回收利用效率，將雨水作為地下水儲備資源。另外，在雨水回收系統實際規劃過程中，還應提高蓄水池內部雨水的應用效率。對于出現雨水溢滿的情況而言，應及時進行解決，確保雨水能夠在回收處理后能夠及時使用。

4.4 加強給水系統節能設計

在給水系統中，節能技術的應用是確保市政給排水工程整體節能效果的一項重要方法，也是使城市居民養成良好的節約意識的一項重要舉措。在實際實施過程中，應通過定額供水的方式，對區域內部用水規劃進行調整，避免出現無節制用水的現象。在給水系統節能設計過程中，應從以下幾個角度出發，做好相應的優化工作。第一，重力供水技術。重力供水技術的應用優勢是施工成本低，能夠使飲水系統運行過程更加節能環保，施工過程相對便捷，但對市政給排水管網的布局要求較高。第二，蓄水池節能供水技術。該種技術對供水泵的性能要求較高。第三，新能源供水技術。該種技術是指利用新能源產生的能量，維系供水系統的穩定運行。在實際應用過程中，設計人員應根據區域用水特點及地形情況選擇相應的方法，進而充分發揮出節能給排水技術在市政給排水工程中的重要作用。

4.5 加強污水回收系統優化

如何實現雨水及污水分流管控是一項重要的工作內容，也是世界各國市政給排水工程設計過程中急需解決的一項主要問題。現階段，在污水及雨水地下管網設計過程中，普遍缺少科學合理的設計及規劃，這就會導致管網相互交錯，彼此影響，管道連通等現象時有出現，造成合流現象發生。針對此類現象，應做好相應的分流設計工作，通過這種方式不但能夠降低給排水系統運行壓力，還能夠確保市政給排水工程運行穩定，延長市政給排水工程使用年限。分流系統具有明顯的復雜性及高難度的特點，提別對管網連接精度要求極高，一旦某個管道出現連接錯誤的現象，將會導致分流系統的運行效果大打折扣。為了充分發揮出分流系統的重要作用，應將分流點設置在化糞池處，加強建設環節監督與管理，聘請專業的管理人員對全過程進行跟蹤管控，避免出現連接錯誤的問題。此外，在材料選擇期間，應優先選擇節能材料進行使用。節能材料具有低能耗、高效能的優勢。在市政給排水工程建設期間，可選擇塑料復合材料作為主要管道材料，避免使用鋼管材料，通過這種方式降低污水處理系統運行能源損耗，實現節能目標。此外，該種管道材料的應用還能夠提高流速，增加流量，減少摩擦，抗腐蝕性能尤為顯著，應用過程極為便利。

4.6 給水管道限流減壓設計

在市政給排水工程運行期間，給水管的破裂及腐蝕的現象時有發生，這將會對市政給排水工程運行造成嚴重的影響，導致此類問題出現的原因主要是給水管網具有一定的壓力，水會在管道內部產生內壓及水錘現象，如果未做好給水管道減壓工作，將會使給水管道使用年限大大降低，為此應做好以下幾點工作。首先，在規劃設計過程中，應優先選擇優質管材及閥門進行使用，做好給水管網平面差控制。其次，應結合實際情況對管網進行限流，在降低資源損耗的基礎上，實現節能減排目標。例如，對于給水配件及衛生器具而言供水壓應保持在0.2MPa 至0.3MPa 間，對于酒店及居民樓而言，水壓應保持在0.3MPa 至0.35MPa 之間。此外，技術人員還應根據不同區域的實際情況，應用限流減壓的措施，對給水方式進行調整。通過這種方式不但能夠實現給水設備保護要求，還能夠延長給水設備使用年限，確保水流大小科學合理，進而實現節能減排目標。

4.7 建設節能型廠站

在占地面積方面，池頂、屋頂等有效利用的率小，造成了土地資源的浪費。在廠站設計過程中，可采用集約化的設計理念，采用池體堆疊建設的措施，節省占地。在能耗方面，水泵的總耗電量越占全國耗電量的20%，而廠站的運營中無論是原水的引入、各級水體提升還是輸配水，均需要用到較多大型水泵，能耗消耗巨大。因此，可引入熱源泵等節能型水泵，同時可建設光伏屋頂，以光伏發電為能源，降低后續廠站的運營成本。

4.8 優化供水方式

在市政給排水工程運行期間，給水工程是一項重要的構成部分，也是建設成本相對較高的環節。就目前而言，技術人員大多通過加壓的方式實現水資源供給，這就會導致供水環節產生大量的能源損耗現象。而科學合理的對水壓進行分配，則能夠實現節能減排這一目標。在市政給水工程運行期間，水資源會對給水管道造成一定的沖擊，這部分壓力通常會被設計人員所忽略，如果能夠對此壓力進行科學合理的應用，則能夠有效實現節能目標，充分發揮出給水管道的服務功能。此外，當水壓未達到供水標準時，可通過變頻加壓的方式滿足供水要求，通過這種方式不但能夠實現水資源循環利用，還具有顯著的節能環保作用。

4.9 完善相關法律法規

各地政府應充分發揮出自身的監督及引導作用，從綠色發展角度出發，做好市政給排水工程節能設計管理工作，出臺相關規范及要求。第一，應出臺相關法律法規，從市政給排水設計節能角度出發，充分發揮出市政給排水節能設計的重要作用。第二，應成立多個部門機構，做好節能監測工作，實時掌握市政給排水工程運行狀況，判斷市政給排水工程運行過程中的節能效果。當出現違規現象及污染現象時，應嚴肅處理，以此確保市政給排水工程節能設計效果能夠達到預期要求。

4.10 加強節能給排水技術應用宣傳

政府部門及市政給排水工程建設部門應加強節能技術應用宣傳力度，進而使市政給排水工程設計人員能夠充分掌握節能技術的重要作用。針對此類現象，在實際工作過程中，管理人員應強化市政給排水工程節能技術應用宣傳。第一，政府部門應積極促進節約環保改革工作的展開，倡導設計部門展開新型節能技術研發，適當給予一定的資金補助及政策扶持，確保各設計部門能夠研發出新型的節能環保技術，進而豐富節能給排水技術功能，拓寬節能給排水技術應用渠道，使節能給排水技術功能更加完善。第二，設計單位應與媒體單位保持緊密的合作關系，通過媒體單位加強市政給排水工程中節能給排水技術應用優勢的宣傳，使各設計人員及管理人員能夠明確節能技術的重點所在，利用多種方式使社會各界均能夠認識到節能給排水技術的重要作用。

4.11 加強新型能源技術應用

現階段，社會各界已充分認識到水資源循環利用的重要作用。市政工程建設環節具有一定的系統性，施工過程涉及到大量的水資源。為了避免水資源浪費問題出現，應加強新型節能技術應用，通過這種方式不但能夠緩解水資源緊缺現狀，還能夠提高水資源利用效率。以太陽能技術為例，太陽能技術已在我國多個領域中實現了廣泛的應用，作為一項新型技術種類，該項技術體系已逐漸趨于成熟。在生活生產過程中，太陽能技術的重要價值已逐漸凸顯出來。在市政給排水工程設計期間，可將太陽能作為加熱能源，科學合理的對太陽能設備安裝過程及位置進行調整，以此提高能源利用效率，通過這種方式不但能夠做到資源循環利用，還能夠實現節能減排及生態環境保護目標。但需要注意的是，在應用該種技術時，應明確區域環境狀況，以此分析該項技術的可行性，判斷陰雨天該種技術能否為市政給排水工程運行提供能源供應。

結語：

總而言之，在市政給排水工程設計期間，節能設計是一項重要的工作內容，通過這種方式不但能夠提高市政給排水工程運行效率，還能夠提高供水排水服務工作質量，滿足城市居民用水排水需求。但就目前而言，在部分地區市政給排水工程設計環節中仍未融入一定的節能給排水技術理念，這就會導致水資源浪費問題出現，節能減排效果及生態保護目標無法得到實現。各地市政部門應充分認識到節能給排水技術在市政給排水工程中的應用優勢及重要作用，做好相應的優化及創新工作，優化市政給排水工程功能，為城市經濟發展打下堅實的基礎，從而實現可持續發展戰略目標。