建筑給排水節能節水技術及其應用分析

張殿偉

建筑給排水系統在現代社會中占有重要地位，不僅提供供水和排水服務，還承擔著能源消耗和水資源利用的任務[1]。隨著城市化進程的不斷加速和建筑數量的快速增長，建筑行業的能源消耗和水資源使用問題已引起廣泛關注。因此，建筑給排水系統的節能和節水已經成為迫切需要解決的問題，既涉及環境的可持續性，又關系到資源管理和社會發展。

1 給排水節能節水的意義

1.1 促進環境保護與可持續發展

隨著城市化進程的加速和人口增長，建筑行業對水資源的需求日益增加，由此帶來水資源過度開發和環境污染問題，對生態系統造成嚴重破壞。為解決此類問題，建筑給排水節能節水技術的應用變得尤為重要。具體為：第1，通過采用高效的給排水系統設計、雨水收集和回用技術以及水循環利用系統，建筑行業可以減少對地下水和地表水的依賴，從而保護水資源，減輕生態系統壓力。第2，水處理和運輸需要大量能源，尤其在大型建筑中。通過優化給排水系統的設計和運行可以顯著降低能源消耗，減少與水處理和供應相關的碳排放。第3，通過采用現代化水處理技術和智能水表等設備，可以有效監控和控制水資源的使用，避免浪費。

1.2 提高經濟效益與成本效率

建筑給排水節能節水技術通過提高資源利用效率和減少運營成本，可為業主和使用者帶來顯著的經濟收益。具體為：第1，高效的給排水系統、智能水表和雨水回收系統等技術能夠減少建筑對市政供水的依賴，從而直接降低水費支出。通過使用節能設備和材料，可以大幅減少建筑能源消耗，進而降低能源費用。節約的費用不僅在短期內減輕了業主和用戶的經濟負擔，也為其帶來持續的經濟收益。第2，節能節水技術雖然需要支出初始資本，但是通常在不久便能夠得到收益回報。隨著水電費用的節約，投資回收期也逐漸縮短。同時，節能節水技術還能夠減少建筑的維護成本并延長其使用壽命，這些長期收益均超過了初始投資成本。第3，在環境保護和可持續發展下，節能節水建筑能夠提高其市場價值，進而促進綠色建筑和可持續建筑概念的普及。

1.3 提升社會責任與公眾意識

對于建筑給排水節能節水技術，提升社會責任與公眾意識不僅局限于技術層面，更深入到社會文化和環境倫理的層面，涉及對水資源可持續利用和環保意識的普及教育。具體為：第1，在現代社會，企業的社會責任愈發受到公眾和消費者的重視。建筑行業作為資源消耗和環境影響較大的行業之一，其在節能節水方面的努力能夠顯著提升品牌形象，樹立行業典范，從而推動整個行業向著更加綠色和可持續的方向發展。第2，節能節水技術在建筑中的廣泛應用，不僅是靜態的技術存在，更是向公眾傳遞環保理念的載體。居民和使用者在日常生活中將直接體驗到節能節水技術帶來的益處，從而逐漸形成節約資源的習慣和意識。第3，隨著公眾對于生活質量的要求提升，環境友好型技術成為越來越多人的選擇。這一趨勢鼓勵公眾更加積極地參與到環保活動中，進而提升整個社會對環境保護的重視程度。因此，建筑給排水節能節水技術不僅提升了建筑行業的環保形象和社會責任，也促使公眾接受環保理念，進而在更廣泛的層面推動環境保護和可持續發展的進程。

2 給排水節能節水技術的應用原則

2.1 資源最大化原則

資源最大化原則不僅局限于物理資源的有效利用，更包括技術、經濟和社會維度的綜合考慮，旨在通過全面而高效的資源管理，實現環境與經濟的雙贏。第1，在技術層面，資源最大化原則強調利用先進技術方法提高給排水系統的效率，包括運用高效的水處理和回收技術以及智能化管理系統來監控和調節水資源的使用，從而最大限度減少水資源浪費，同時保證給排水系統穩定運行。第2，在經濟層面，資源最大化原則關注成本效益最優化。在選擇和實施節能節水技術時，需充分考慮投資回報率，確保技術實施不僅在環境上可行，在經濟方面同樣合理。第3，在社會維度中，資源最大化原則還強調公平和可持續的資源分配。在實施節能節水技術時，應考慮不同群體對水資源的需求，采取一種全面平衡的方法，確保資源利用不僅滿足當前所需，而且不會影響未來資源的利用[2]。

2.2 效率優化原則

效率優化原則不僅僅強調單獨設備的工藝效率，更要考慮設備之間的協同作用以及整個系統的綜合效率，包括水的獲取、使用、處理和排放的全過程，要求在設計與實施的各個環節中考慮和優化資源的使用效率，確保水資源的合理利用。例如，在選擇給水和排水設備時，需考慮其單獨的節水效果以及與系統中其他設備的配合，確保整個系統高效運作。在實施效率優化原則時，還應考慮系統長期運行效率。在設計階段采用先進的技術，在運營階段持續關注系統的維護和升級，以應對環境變化和技術發展帶來的新挑戰。

2.3 環境適應性原則

環境適應性原則的核心理念在于使給排水系統能夠靈活適應不同的環境條件和需求。在設計和實施給排水系統時，必須考慮建筑所處的地理位置、氣候特征、水資源狀況以及社會經濟背景。該原則倡導對環境敏感、能夠與周圍環境和諧共存的設計思維。環境適應性原則要求設計師和工程師在規劃和實施過程中，應深入理解并充分考慮當地的環境特征。例如，在干旱或水資源稀缺的地區，設計應特別強調水的節約和再利用，而在雨量豐富地區則應重視雨水的有效管理和利用。該原則還涉及與當地生態系統的協調。這意味著給排水系統的設計和運營不僅要滿足人們的需求，還需盡量減少對自然生態的干擾和破壞。環境適應性原則強調社會經濟因素的考量。在設計給排水系統時，需要考慮當地居民的生活習慣、經濟能力和文化特性，確保技術方案的可接受性和適用性，進而增強社區參與感。

3 新型節能節水技術在建筑給排水工程中的應用

3.1 高效節水裝置的應用

在建筑給排水工程中，高效節水裝置主要包括低流量潔具、感應式龍頭、節水淋浴系統等，旨在最大限度減少水的使用量，同時保持使用的舒適度和效率。在應用過程中，技術人員需要密切關注流量控制、安裝參數、水壓設定等數值，以確保裝置能夠有效節約水資源。

1）在流量控制方面，技術人員需確保裝置的流量設置符合節水標準。例如，傳統淋浴頭流量通常在9.5 ～15.0 L/min，而節水淋浴頭則將流量降至6 L/min 以下，意味著可以節省40%～60%的水量。而節水型馬桶，其沖水量的標準應從傳統的9 ～13 L調整至4.8 L 或更低，從而顯著減少用水量。在安裝參數方面，技術人員需要精確調整感應式水龍頭和自動沖洗系統的安裝高度和感應距離。例如，感應式水龍頭的理想安裝高度通常為洗手盆上方30 cm 左右，而感應距離則應在10 ～15 cm。精確的安裝參數有助于提高設備的反應靈敏度，減少誤操作，實現有效節水。水壓設定也是節水效果的一個重要因素。節水裝置的理想工作水壓通常在2 ～4 Pa。若水壓過高，可能導致水流量超出節水標準，而水壓過低則可能影響用戶體驗。因此，技術人員需要通過調節閥門或安裝減壓閥來確保水壓處于最佳范圍內。

2）在實際操作中，技術人員還應關注節水裝置的實際節水效果。例如，通過安裝節水裝置后，建筑的日均用水量應比安裝前顯著下降，該數據需要通過實時監測系統來跟蹤和記錄。對于大型建筑，節水效果更明顯，節水量可能達到每天數百甚至數千升。另外，技術人員應定期檢查裝置是否存在泄漏或堵塞，是否需要調整流量或水壓，以確保裝置長期穩定運行并保持高效的節水效果[3]。

3.2 雨水回收與利用技術的應用

在建筑給排水系統中，雨水回收與利用技術主要涉及收集、儲存和利用降雨產生的雨水，用于灌溉、沖廁、清潔等非直接飲用的場合。施工人員在實施雨水回收系統時應遵循一系列專業的技術路徑，以確保系統的高效性和安全性。

雨水收集效率的計算至關重要。如某建筑物的屋頂面積為1000 m2，年平均降雨量為800 mm，在理論上年雨水收集量可通過以下公式計算：

式中：Q為年雨水收集量，m3；S代為屋頂面積，m2；P為年降雨量，mm。

將數據代入式（1）計算可知，年雨水收集量為800 m3。但是，實際收集量還需要考慮收集效率，通常為80%～90%，即實際收集量為640 ～720 m3。

儲存容量確定同樣不容忽視。以建筑物的日均用水量和雨水的可用天數為依據，技術人員需要計算足夠的儲存容量。例如，如果建筑的日均用水量為5 m3，雨水可用天數約為200 d，則所需的儲存容量至少為1000 m3，才能確保雨水在無雨期間持續使用。

需精確計算雨水處理和利用的技術細節。例如，在用雨水沖廁時，每次所需水量約為4.8 L，如果每天沖廁100 次，則所需雨水量為480 L。該計算有助于技術人員評估雨水利用的實際需求和效果。在雨水收集系統的設計和安裝方面，技術人員需考慮管道直徑、過濾系統等參數。例如，管道直徑的選擇應基于最大降雨強度和屋頂面積來計算，以確保雨水可以快速有效地被引導至儲水設施中。同時，過濾系統的設計還需考慮雨水中可能含有的雜質和污染物，確保收集的雨水達到再利用標準。

3.3 智能水管理系統的應用

智能水管理系統通過集成先進的傳感器、自動化控制技術和數據分析工具，能夠實時監測、管理和優化建筑內水的使用情況。第1，技術人員應考慮建筑用水特征。例如，如果建筑日均用水量為2000 m3，那么系統設計應能夠處理和監控這一水量級，傳感器的選擇和布局成為關鍵。水流量傳感器的精度通常需要在±1%的誤差范圍內，以此確保數據的準確性。第2，在系統配置方面，技術人員需根據建筑的具體用水需求設定參數[4]。例如，智能灌溉系統能夠根據土壤濕度和天氣預報自動調整灌溉計劃。如果土壤濕度傳感器設定的閾值為30%～50%，當土壤濕度低于30%時，系統自動啟動灌溉。而當濕度高于50%時，系統則停止灌溉，以此實現水資源的高效利用。第3，智能水管理系統還包括實時監控和數據分析功能。技術人員需關注系統生成的數據報告，如每小時的用水量、壓力變化、溫度等。如果監測到某一時段的用水量異常增加，則表明系統可能存在泄漏或其他問題，應及時響應。同時，系統用戶界面設計要考慮數據的可視化和易用性。技術人員應確保系統界面能夠清晰顯示實時用水量、歷史數據趨勢等關鍵指標，方便用戶監控和管理。

3.4 廢水處理與再利用技術的應用

建筑廢水處理與再利用技術旨在將來自建筑活動的廢水，通過一系列處理過程轉化為可再利用的水資源，從而減少對傳統水源的依賴，提高水資源的循環利用率。在實施這一技術時，技術人員需準確計算建筑廢水的產生量[5]。例如，一個中型辦公樓每天廢水產生量約為5000 L，技術人員需確保廢水處理設施的設計容量不小于該值。需要考慮處理設施的冗余能力，以應對可能的用水量波動或未來用水量的增加。在水質參數方面，技術人員需根據目標用途設定相應的水質標準。

若計劃將處理后的廢水用于沖廁和園林灌溉，需確保其濁度、化學需 氧 量（Chemical Oxygen Demand，COD）、氨氮等指標符合相關標準。例如，處理后廢水的COD 值應低于100 mg/L，以滿足再利用要求。此外，系統的設計和運行還應考慮廢水中污染物的種類和濃度。若進入處理設施的廢水中氨氮濃度為25 mg/L，而出水標準要求氨氮濃度低于至10 mg/L，則處理系統需要具備至少將氨氮濃度降低15 mg/L 的能力。在系統維護方面，技術人員需定期監測和記錄進出水COD、氨氮濃度、總懸浮固體（Total Suspended Solids，TSS）等關鍵指標，以評估系統的運行效果，以確保處理質量符合標準。

3.5 建筑排水熱回收技術的應用

建筑排水熱回收技術通過回收建筑排水中的熱能來減少能源消耗和水資源浪費。為此，技術人員應先評估建筑物的排水量、溫度、流速等參數，確定排水系統的特點。例如，一棟居民樓的熱回收系統可能需要考慮每天的熱水使用量，其平均溫度為35 ～40 ℃，流速則取決于建筑物的具體排水設計。然后再選擇合適的熱回收設備至關重要。目前，市場中的熱回收裝置種類繁多，技術人員需根據建筑物的具體需求和排水特性來選型。對于住宅建筑，較為常見的是管式換熱器或板式換熱器。其中管式換熱器以其結構簡單、維護方便而受到青睞，板式換熱器則以高效的熱交換性能著稱。因此選擇時不僅要考慮換熱效率，還要考慮設備的耐用性、安裝和維護的便利性以及成本效益。系統的設計與安裝也是實現高效熱回收的關鍵，技術人員需根據建筑的熱回收系統布局、管道尺寸和材質選擇，以及與現有給排水系統的接口方式等具體條件設計出最佳的熱回收方案。如一棟新建的商業大廈的熱回收系統可能需要設計為集中式，管道直徑應達到100 mm，以保證足夠的流量，而材質需選擇耐腐蝕的不銹鋼材料。

同時，系統設計還應考慮長期運行中的能耗和維護成本，以及優化流速、溫度差等操作參數，以保證系統的高效運行。技術人員應配置溫度傳感器、流量計等先進的監控系統，用于監測關鍵參數，及時調整操作策略。監控系統需安裝在熱交換器的進出口處，以精準測量溫度計算出實時的熱回收效率。

4 結語

為促進建筑行業的可持續發展，應在實踐中積極采用高效節水裝置、雨水回收與利用技術、智能水管理系統以及建筑廢水處理與再利用技術，并與政策制定者、研究機構和行業伙伴合作。未來研究應繼續深入探討新技術的發展和應用，進一步提高建筑給排水系統的效率。