基于節水節能技術的建筑給排水設計研究

郭文海

(山西建筑工程集團有限公司，山西 太原 030024)

1 基于節水節能技術下建筑給排水設計的關鍵意義

1.1 提高建筑地功能性和性能性

建筑給排水工程是保證建筑正常運行和使用的基礎設施，為建筑提供了生活用水、消防用水、綠化用水等不同用途的水，同時也為建筑排除了生活污廢、雨水等不同來源的廢棄物。如果利用節水節能技術優化建筑給排水設計，就可以提高供水質量、量和壓力，保證各個用水點的用水需求和安全；也可以提高排水效率、速度和清潔度，保證各個排水點的排水暢通和衛生。這樣就可以提高建筑的功能性和性能性，滿足人們對建筑的各種期望和要求。例如，某綠色醫院利用節水節能技術優化了建筑給排水設計，采用了雨水收集和利用系統、中水回用和再生利用系統、太陽能熱水供應系統等技術，使得醫院的供水量、質和溫度都達到了較高的標準，同時也使得醫院的排水量、速和潔都達到了較高的標準，為醫院的醫療服務和管理提供了有力的支撐[1]。

1.2 降低建筑的運行成本和能耗

建筑給排水工程是影響建筑運行成本和能耗的重要因素之一，涉及到自來水的采購、儲存、輸送、加熱等環節，以及污廢的收集、處理、排放等環節。如果利用節水節能技術優化建筑給排水設計，就可以減少自來水的消耗，節約自來水費用；也可以減少傳統能源(如電力、天然氣等)對熱水供應的依賴，節約能源費用；同時也可以減少污廢對環境的污染，節約環境治理費用。這樣就可以降低建筑的運行成本和能耗，增加建筑的經濟效益和社會效益。例如，某綠色酒店利用節水節能技術優化了建筑給排水設計，采用了雨水收集和利用系統、中水回用和再生利用系統、太陽能熱水供應系統等技術，使得酒店的自來水消耗減少了約40%，電力消耗減少了約60%，污水排放減少了約50%，為酒店的經營效益和社會責任提供了有力的保障。

1.3 促進建筑的節能環保和綠色發展

建筑給排水工程是影響建筑節能環保和綠色發展的重要因素之一，涉及到水資源的循環利用、能源的可再生利用、廢棄物的資源化利用等方面。如果利用節水節能技術優化建筑給排水設計，就可以提高水資源的利用率，減少水資源的浪費和污染；也可以提高能源的利用率，減少能源的消耗和排放；同時也可以提高廢棄物的利用率，減少廢棄物的處理和處置。這樣就可以促進建筑的節能環保和綠色發展，符合國家和社會對建筑可持續發展的要求和期待。例如，某綠色學校利用節水節能技術優化了建筑給排水設計，采用了雨水收集和利用系統、中水回用和再生利用系統、太陽能熱水供應系統等技術，使得學校的自來水消耗減少了約50%，電力消耗減少了約70%，污水排放減少了約60%，為學校的教育教學和校園文化提供了良好的物質條件和環境氛圍。

2 基于節水節能技術建筑給排水設計的基本原則

2.1 遵循節約用水和循環利用的原則

這一原則要求建筑給排水工程在設計時充分考慮用水需求和用水結構，合理確定供水量和供水質量，盡可能減少自來水的消耗和廢棄物的產生。同時，要充分利用雨水、中水(經處理后可回用于非飲用目的的廢棄生活污廢)等可再生水資源，提高水資源的利用率和循環率，減少對外部水源的依賴和對環境的影響。例如，某綠色住宅小區在屋頂和地面設置了雨水收集設施，并配備了雨水儲存池、過濾器、紫外線消毒器等處理設備，將收集到的雨水用于沖廁、洗車、灌溉等用途，每年可節約自來水約30%[2]。

2.2 遵循節約能源和可再生利用的原則

這一原則要求建筑給排水工程在設計時充分考慮能源需求和能源結構，合理確定供熱量和供熱溫度，盡可能減少傳統能源(如電力、天然氣等)的消耗和排放。同時，要充分利用太陽能、沼氣等可再生能源，提高能源的利用率和循環率，減少對外部能源的依賴和對環境的影響。例如，某綠色酒店在屋頂設置了太陽能集熱器，并配備了儲熱罐、循環泵、控制器等設備，利用太陽能對自來水進行加熱，并將加熱后的熱水輸送到客房、餐廳、游泳池等需要熱水的地方，每年可節約電力約60%。

2.3 遵循安全可靠和操作便捷的原則

這一原則要求建筑給排水工程在設計時充分考慮供排水系統的安全性和可靠性，合理確定供排水設備的類型和規格，盡可能減少供排水系統的故障和事故。同時，要充分考慮供排水系統的操作性和維護性，合理確定供排水設備的布置和控制方式，盡可能提高供排水系統的操作便捷性和維護便捷性[3]。例如，某綠色辦公樓在地下設置了中水回用和再生利用系統，并配備了沉淀池、曝氣池、活性炭過濾器、紫外線消毒器等處理設備，將建筑內部產生的廢棄生活污廢或外部引入的市政污水經過處理后，用于沖廁、洗車、灌溉等用途，每年可節約自來水約50%。這些系統的設計和運行都采用了先進的技術和設備，保證了供排水的安全可靠和操作便捷。

3 節水節能技術在建筑給排水設計中的應用

3.1 節水技術在建筑給排水設計中的應用

節水技術是指通過合理利用水資源，減少用水量，提高用水效率，降低用水成本，保護水環境的技術手段。在建筑給排水設計中，節水技術主要包括以下幾個方面。

采用節水型衛生器具。節水型衛生器具是指具有較低的用水量和較高的沖洗效果的衛生器具，如節水型馬桶、蹲便器、淋浴器、洗手盆、水龍頭等。這些器具可以通過改進結構、增加噴嘴、控制流量等方式，達到節約用水的目的。例如，節水型馬桶的沖洗量一般為3～6L/次，而普通馬桶的沖洗量為9～12L/次，節約用水量可達50%以上[4]。

利用雨水和中水。雨水和中水是指經過一定程度處理后，可以滿足一定質量要求的非飲用水，如灌溉、沖廁、洗車、清洗等。利用雨水和中水可以減少對自來水的依賴，降低用水成本，同時也有利于保護地下水資源和城市排水系統。例如，在北京奧林匹克公園內，通過設置雨水收集系統和中水處理系統，將雨水和中水回用于景觀灌溉、公共衛生間沖廁等，每年可節約自來水約30萬t。

優化給排水管網布置。優化給排水管網布置是指根據建筑平面布局、功能分區、用途需求等因素，合理確定給排水管道的走向、長度、直徑、坡度等參數，以減少管道阻力損失，提高管道運行效率，降低管道破損風險[5]。例如，在建筑給排水設計中，應盡量采用直線或簡單彎曲的管道走向，避免過多的轉角和變徑；應盡量縮短管道長度，減少支管和分支；應根據流量和壓力選擇合適的管道直徑，避免過大或過小；應按照規范要求設置合理的管道坡度，保證排水順暢。

3.2 節能技術在建筑給排水設計中的應用

節能技術是指通過提高能源利用效率，減少能源消耗量，降低能源成本，減少環境污染的技術手段。在建筑給排水設計中，節能技術主要包括以下幾個方面。

1)采用太陽能熱水系統，太陽能熱水系統是指利用太陽能作為熱源，通過太陽能集熱器、儲熱水箱、管道、控制器等設備，為建筑提供熱水的系統。采用太陽能熱水系統可以節約電能或燃氣等傳統能源，降低運行成本，同時也有利于減少溫室氣體排放。例如，在北京奧林匹克村，通過設置太陽能熱水系統，為運動員和工作人員提供熱水，每年可節約電能約200萬kW·h。

2)采用地源熱泵系統，地源熱泵系統是指利用地下水或土壤作為低溫熱源或高溫熱庫，通過熱泵機組、換熱器、管道、控制器等設備，為建筑提供制冷、制熱或生活熱水的系統。采用地源熱泵系統可以節約電能或燃氣等傳統能源，降低運行成本，同時也有利于減少溫室氣體排放。例如，在上海世博會園區內，通過設置地源熱泵系統，為各個展館提供制冷、制熱或生活熱水，每年可節約電能約5 000萬kW·h[6]。

3)采用節能型給排水設備，節能型給排水設備是指具有較低的能耗和較高的性能的給排水設備，如變頻水泵、高效換熱器、智能控制器等。這些設備可以通過調節轉速、優化換熱、實現自動控制等方式，達到節約能源的目的。例如，在建筑給排水設計中，應盡量采用變頻水泵代替恒速水泵，根據用水需求調節水泵的輸出功率；應盡量采用高效換熱器代替普通換熱器，提高換熱效率；應盡量采用智能控制器代替手動控制器，實現給排水系統的自動運行和監測[7]。

3.3 節水節能技術在建筑給排水設計中的實例說明

為更好地說明節水節能技術在建筑給排水設計中的應用效果，本文選取了兩個典型的實例進行介紹，分別是北京國家體育場(鳥巢)和上海世博會中國館。

北京國家體育場(鳥巢)是2008年北京奧運會的主場館，也是世界上最大的鋼結構建筑之一。鳥巢的建筑給排水設計采用了多種節水節能技術，如太陽能熱水系統、雨水收集系統、中水處理系統、變頻水泵等。通過這些技術的應用，鳥巢每年可節約自來水約40萬t，節約電能約100萬kW·h，減少CO2排放約1 000t。

上海世博會中國館是2010年上海世博會的標志性建筑，也是世界上最大的木結構建筑之一。中國館的建筑給排水設計采用了多種節水節能技術，如地源熱泵系統、雨水收集系統、中水處理系統、高效換熱器等。通過這些技術的應用，中國館每年可節約自來水約20萬t，節約電能約3000萬kW·h，減少CO2排放約2萬t。

4 基于節水節能技術建筑給排水設計的不足之處

4.1 管網分區、壓力設計不當

隨著城市化規模不斷擴大，城市中供水公司的分布不可能滿足所有建筑區的用水壓力要求，這就要求建筑給排水工程進行過程中對管網分區、供水壓力設計一定要因地制宜，符合用戶的用水需求，盡量避免采取二次加壓的方式進行供水，尤其是對于一些高層建筑來說，可以避免許多不必要的風險；倘若采用二次加壓的方式，如果給排水系統管網分區、壓力設計不當，供水過程中就會出現局部管道壓力過大的狀況，同時給水設備所出水流量也會因此而加大，這部分超過定額供水量的水資源，不僅會導致整個供水系統的穩定性降低，也會造成水資源的大量浪費[8]。

4.2 給排水設備選型不當

給排水設備選型不當易造成水資源浪費是建筑給排水工程中常見的問題之一，主要表現在以下兩個方面：一方面建筑給排水系統中一些管道、設備安裝均較為隱蔽，大多安裝于地下或采用半地下的形式，一旦發生故障或是安全問題，維修工作往往難度較大且耗時較長，給用戶用水帶來諸多不便的同時也會給建筑給排水工程帶來不必要的經濟負擔；另一方面則在于給排水系統所選取的設備是否在滿足安全性、使用耐久性的前提下，能夠最大限度地減少水資源在供給過程中的不必要流失，例如地下管道、接水處的水龍頭、水箱等水資源出口端的選材及節水器具的設計等方面，都應該考慮到節水節能的原則，避免出現水資源的濫用和浪費。

4.3 管道布置、坡度設計不當

管道布置、坡度設計是影響排水系統效率、速度和清潔度的重要因素，如果管道布置、坡度設計不當，就會導致排水系統出現以下問題：1)管道容易堵塞，影響排水暢通；2)管道容易積存污垢，影響排水清潔；3)管道容易產生異味、氣泡、噪音等現象，影響排水舒適[9]。因此，在設計排水系統時，應根據建筑結構、功能、條件等因素，合理確定管道布置方案和坡度參數，并盡量減少管道長度、轉彎次數、接口數量等。

5 基于節水節能技術建筑給排水設計的優化策略

5.1 優化供水系統設計

供水系統是建筑給排水工程的核心部分，它負責向建筑提供生活用水、消防用水、綠化用水等不同用途的水。優化供水系統設計的目標是保證供水質量、量和壓力，同時降低供水成本和能耗。為實現這一目標，可以采取以下措施。

合理選用供水方式。根據建筑的高度、位置、用途和用水需求，選擇適合的供水方式，如直接供水、間接供水、二次加壓供水等。直接供水是指利用市政管網地壓力直接向建筑內部輸送自來水，這種方式簡單、經濟，但對市政管網的壓力要求較高，不適合高層建筑。間接供水是指利用市政管網向建筑內部的儲水設施輸送自來水，再由儲水設施向各個用水點輸送自來水，這種方式可靠、靈活，但需要占用較多的空間和設備，增加了初始投資和運行費用。二次加壓供水是指在間接供水的基礎上，利用加壓設備對儲存的自來水進行二次加壓，再向各個用水點輸送自來水，這種方式適合高層建筑或遠離市政管網的建筑，但需要消耗較多的電能，并可能影響市政管網的正常運行[10]。

合理選用供水設備。根據供水方式和用途，選擇合適的供水設備，如儲水設施、加壓設備、調節設備等。儲水設施是指用于儲存自來水或中水(經處理后可回用于非飲用目的的廢棄生活污廢)的設施，如地下或屋頂儲水池、消防儲罐等。儲水設施應根據儲存量、結構形式、材料性能等因素進行選擇，并應符合衛生安全和防火防爆等要求。加壓設備是指用于提高自來水或中水的壓力的設備，如水泵、增壓器等。加壓設備應根據供水量、壓力、流量等因素進行選擇，并應符合節能降耗和噪音控制等要求。調節設備是指用于調節供水溫度、流量、壓力等參數的設備，如閥門、溫控器、流量計等。調節設備應根據供水用途、條件、要求等因素進行選擇，并應符合安全可靠和操作便捷等要求。

合理選用節水器具[11]。根據建筑的用途和功能，選擇合適的節水器具，如節水龍頭、節水淋浴器、節水馬桶等。節水器具是指能夠有效控制用水量或提高用水效率的器具，它們通過改變出水方式、增加出水阻力、設置出水限制等方式，達到節約用水的目的。節水器具應根據用水需求、舒適度、衛生度等因素進行選擇，并應符合國家或行業的相關標準和規范。例如，某綠色商場利用節水節能技術優化了建筑給排水設計，采用了節水龍頭、節水淋浴器、節水馬桶等節水器具，使得商場的自來水消耗減少了約30%。

5.2 優化排水系統設計

排水系統是建筑給排水工程的另一核心部分，它負責將建筑內部產生的生活污廢、雨水等不同來源的廢棄物排除到外部的市政管網或處理設施。優化排水系統設計的目標是保證排水效率、速度和清潔度，同時降低排水成本和能耗。為實現這一目標，可以采取以下措施。

1)合理選用排水方式，根據建筑的高度、位置、結構和功能，選擇適合的排水方式，如自然排水、機械排水、真空排水等。自然排水是指利用重力作用將廢棄物從高處向低處輸送的方式，這種方式簡單、經濟，但對建筑結構和管道坡度要求較高，不適合高層建筑或地下空間[12]。機械排水是指利用機械設備(如泵站)將廢棄物從低處向高處或遠處輸送的方式，這種方式靈活、可靠，但需要消耗較多的電能，并可能產生較大的噪音和震動。真空排水是指利用真空泵將廢棄物從低壓區域向高壓區域輸送的方式，這種方式高效、安全，但需要占用較多的空間和設備，增加了初始投資和運行費用。

2)合理選用排水設備，根據排水方式和用途，選擇合適的排水設備，如排水管道、排水井、排水泵等。排水管道是指用于輸送廢棄物的管道，如雨水管、污水管、通氣管等。排水管道應根據輸送量、壓力、流速等因素進行選擇，并應符合耐腐蝕、防滲漏、防堵塞等要求。排水井是指用于連接或轉換不同方向或高度的排水管道的井，如檢查井、接戶井、變徑井等。排水井應根據連接方式、結構形式、材料性能等因素進行選擇，并應符合安全可靠和便于檢修等要求[13]。排水泵是指用于提升或輸送廢棄物的泵，如污水泵、雨水泵、真空泵等。排水泵應根據輸送量、揚程、流量等因素進行選擇，并應符合節能降耗和噪音控制等要求。

3)合理選用資源化利用設備，根據建筑的功能和條件，選擇合適的資源化利用設備，如沼氣池、厭氧消化器、生物濾池等。資源化利用設備是指能夠將廢棄物轉化為有價值的資源的設備，如沼氣、肥料、清潔水等。資源化利用設備應根據轉化效率、運行成本、環境影響等因素進行選擇，并應符合可持續發展和循環經濟的理念[14]。例如，某綠色農場利用節水節能技術優化了建筑給排水設計，采用了沼氣池、厭氧消化器、生物濾池等資源化利用設備，使得農場的廢棄物轉化為沼氣、肥料、清潔水等有價值的資源，為農場的生產經營和生態環境提供了多重效益。

6 結語

基于節水節能技術下建筑給排水設計具有關鍵意義，不僅可以提高建筑的功能性和性能性，降低建筑的運行成本和能耗，還可以促進建筑的節能環保和綠色發展。相關技術人員應當加大對建筑給排水設計節水節能技術的研究和實踐力度，推動我國建筑水平的提高。