綠色建筑給排水設計的節水措施探究

文／劉福利 清華大學建筑設計研究院有限公司 北京 100084

引言：

我國地大物博，國土面積排在全球第三，但同時我國作為人口最多的國家，人均水資源占有量在國際上排在中下游，可以說我國是淡水資源較為緊缺的國家。為了緩解人口和水資源供給的矛盾，提升水資源利用率、加強水資源重復利用，對推動我國社會經濟可持續發展有著重要意義，其中建筑給排水節水就是重點突破方向。綠色建筑以綠色經濟發展為核心理念，要求建筑給排水必須要做到資源、能源高效利用，融合生態環保理念，保障建筑工程與自然生態和諧發展[1]。

1.綠色建筑及給排水節水技術相關闡述

綠色建筑是指在工程全壽命周期內，保護生態、節省資源和能源、降低環境污染，為人們提供健康、舒適、環保的建筑空間，最大程度上實現人與自然和諧相處的新型建筑工程[2]。

建筑工程作為一項典型的高能耗產業，每年建筑能耗占據社會整體能耗的30%以上，并且隨著建筑功能不斷完善，建筑能耗占比逐年增加。這就需要融入綠色建筑理念，積極應用節水技術。

綠色建筑給排水節水技術是指在滿足建筑工程日常水供給基礎上，最大程度上減少水資源浪費和用水能源損耗，實現水資源高效利用以及資源能源供給均衡的一項技術。節水措施可以從技術上、設備上、產品上等多方面著手，其最終目標是提升給排水系統運行效能。結合目前綠色建筑給排水節水措施應用情況來看，主流措施包括應用新型材料、控制供水壓力、控制水損耗等，并且逐漸朝向水資源利用率方面發展，節水技術的應用已經初步步入正軌。加強綠色建筑給排水節水技術的應用，對推動建筑產業可持續發展有著重要意義。

2.綠色建筑給排水設計中節水措施應用原則

2.1 安全性原則

保證建筑給排水運行安全是給排水節水設計的首要原則，如果無法保障給排水系統的安全性，即便給排水系統水資源利用率極高也沒有意義。因此，在綠色建筑給排水系統設計中，必須要將安全性原則放在首位，合理設置給排水管道、控制供水壓力、控制流量等，加強安全系數的取值計算，保證給排水系統設計足夠科學、合理，不會產生爆管、滲漏、無水等情況。

2.2 實用性原則

結合綠色建筑給排水節水設計含義可知，給排水節水措施的應用必須要滿足建筑正常水資源供給基礎上實施，這也決定了給排水節水設計必須遵循實用性原則。同時，還要確保所采取的節水措施能夠正常運作，給建筑居民提供有效的節水服務。因此，在綠色建筑給排水系統設計中，應合理改進計量裝置、積極采用新型材料，提升水資源供給的計量精度，更直觀的觀察到建筑節能效果，根據節能技術措施應用情況持續進行改進。

2.3 創新性原則

綠色建筑理念在上世紀初期就有國外學者提出，但沒有受到國際重視，直到21 世紀初期，經濟高速發展的弊端愈加顯現，各國也開始發展綠色建筑產業。我國綠色建筑發展僅有20 年，本質上依然是一項新興領域，需要不斷開拓創新。而綠色建筑給排水節水設計也應如此。在保證給排水系統設計合理性、科學性之上，積極采用“四新”（新技術、新工藝、新材料、新設備），豐富建筑給排水系統功能基礎上，降低水資源浪費量，為建筑居民提供更高質量的用水服務，提升居民的節水意識。

3.綠色建筑給排水設計中節水技術應用整體方案

綠色建筑給排水設計中節水技術應用整體流程為明確問題→確定設計主體→融入節水技術。這3 個方面共同組成了節水技術應用整體方案。

3.1 明確問題

給排水是一個龐大、復雜、系統的工程，每個供水、排水環節均有節水空間，想要實現建筑給排水節水目標必須要找出給排水系統現存問題，并針對這些問題采取節水措施，對新建或改建給排水系統展開優化設計。在明確問題階段，需要做到以下幾點：

（1）找出給排水設計方案中可能存在水資源浪費的領域，并針對性進行節水優化。

（2）給排水設計應滿足用水基本需求，最大程度上減少整個給排水系統水資源浪費量。

（3）供水壓力是否過大，供水壓力與水資源浪費成正比關系，應嚴格控制供水壓力。

（4）針對生活污水、雨水等資源，應考慮二次處理、循環利用，提高水資源利用率。

（5）在給水性能一定的情況下，盡可能降低給水能耗，不僅要實現節水目標，還要盡可能節省電能的投入。

明確給排水系統設計問題之后，采取針對性設計方案，合理選擇節水技術措施，為后續節水措施的應用奠定基礎。

3.2 確定設計主體

綠色建筑給排水系統中包含諸多功能模塊，不同模塊的節水措施、設計標準均有所差異，應根據每個模塊節水空間確定設計權重，如在衛生器節水設計中，可選用兩個方案，一是降低衛生器用水量；二是廢水處理后進行中水再利用，第二種方案要比第一種方案更能節省水資源，因此第二種方案設計權重更高，也是優選設計項目。根據不同主次關系確定設計主體內容，并且考慮在各類約束條件下，做到整體節水性能達到最優。結合綠色給排水設計要求，其主要設計主體內容包括以下幾點：

（1）供水壓力。確保供水壓力可滿足建筑用戶用水需求，確保供水質量。

（2）供水質量。所選用的管材等材料均符合衛生標準要求，不會對水質造成負面影響。

（3）供水穩定性。節水設計中所應用的“四新”必須要保證長期、穩定運行，確保水資源供給穩定性。

（4）水資源利用率。提升水資源利用率是節水措施應用的根本目標。設計中應根據給排水系統結構特性，合理選擇設計主體內容，最大程度上減少水資源浪費、提升水資源利用率。

此外，考慮不同建筑工程內部結構不同，因此既有的綠色建筑給排水節水設計方案可以借鑒，但不能原搬照用，應根據建筑給排水宏觀條件合理設計節水方案，確保給排水設計主體內容同時滿足使用要求和節水要求[3]。

3.3 融入節水技術

在確定給排水設計主體內容后，應根據設計方案選擇節水技術。因此融入節水技術中應重點考慮以下幾點：

（1）在完成給排水設計框架后，結合綠色建筑理念，對既有設計方案持續改進和升級，找出可進一步降低水資源浪費的主體進行優化設計，創新傳統水資源供給方式，對現有資源優化配置，同時做到提升水資源利用率、降低水資源浪費量。

（2）生活廢水會直接影響建筑周圍環境和人們身體健康，因此盡可能采用廢水二次利用措施，降低建筑廢水排放量。

（3）采用“四位一體”的給排水節水設計方案，同時考慮給排水系統的質量、效率、環保、安全，確保能夠滿足多方用水要求。

（4）綠色建筑要求打造安全、舒適、環保的建筑環境，在減少水資源浪費、降低水污染的同時，不得犧牲建筑整體的舒適性、功能性，確保滿足人們正常的生活需求。

4.綠色建筑給排水設計中節水措施的應用

綠色建筑給排水節水措施包括采用新型材料與設備、廢水處理與回收、供水減壓與調節、新能源應用4 個方面。其主要表現為：

4.1 新型材料與設備

4.1.1 采用新型材料

為了保障居民飲水安全，自來水廠所提供的水會加入氯氣消毒，而氯氣與水融合會生成游離氯離子，帶有一定的腐蝕性，特別是管道連接、閥門處是重點銹蝕區域，所采用的不銹鋼管長期銹蝕會產生漏點，從而出現水資源滲漏問題。并且，金屬管道銹蝕會增加水流阻力，增加水流傳遞損耗，還會導致銹蝕污染。因此應選擇新型材料，以化學性能穩定的管材為主，如鋁塑復合管的抗腐蝕性就非常強，可減少金屬管銹蝕帶來的負面影響，降低滲漏幾率，減少水資源浪費。也可以使用非金屬管材，如PP-R 管材、PE 管材等，這些管材施工便捷、可塑性強，在目前新建工程給排水施工中應用十分廣泛。

4.1.2 采用新型用水設備

建筑工程中的用水設備包括水龍頭、衛生器等，用水設備是水資源消耗的終端設施，也是主要的耗水部位。傳統直流水龍頭出水量過大，往往供大于求，對此可選用瓷芯水龍頭、充氣水龍頭，這些水龍頭受到供水壓力時可自動調壓，避免水流高壓噴射而出，相比傳統直流水龍頭可節省20%以上水資源，減少水資源浪費量。衛生器作為耗水大戶，節水原則上應保證安全用水的情況下，最大程度上減少水用量。如漩渦虹吸式座便器，雖然水箱容量小，但進行沖水的時候水流是沿池壁形成旋渦，這樣就加大了水流對池壁的沖洗力度，同時也加大了吸力，比較容易把馬桶內臟東西排出，讓馬桶一直保持干凈整潔，不容易滋生細菌[4]。可見，合理選擇用水設施，對減少水資源浪費有著重要意義。

此外，儲水箱、蓄水池作為給排水系統中的重要設施，在過去水箱多是采用不銹鋼材質，一旦不銹鋼表面氧化膜被破壞就會遭受自來水腐蝕，銹蝕物溶解水中會造成水體污染、重金屬超標，并且銹蝕面十分粗糙，容易吸附有害細菌。因此，儲水箱、蓄水池可采用玻璃材料等新型材質制作，避免金屬銹蝕問題。對于大型蓄水池，依然需要采用鋼砼結構，可以在自來水接觸的內壁上貼一層內襯，如陶瓷磚、玻璃磚等耐腐材料，同樣可避免出現水污染情況。所有水箱連接或安裝輔助設置部位均采用封閉裝置，避免封閉不嚴產生泄露。

4.2 廢水回收與處理

廢水回收可實現水資源利用的最大化，讓廢水“變廢為寶”，可同時減少廢水排放量和提升水資源利用率。廢水回收需要采用無公害處理系統，該系統可設置建筑屋頂或地下室，包含過濾、清潔、消毒、祛味、存儲、泵送等多個模塊，設置獨立的排水系統，衛生器排水管連接市政污水管、水池（洗手池、洗碗池）連接廢水回收管，用于回收生活廢水，將處理后的廢水用作沖洗衛生器、小區洗地、植被澆灌。在廢水回收系統運行中，將收集到的生活廢水存儲到沉淀池中，在池內過濾掉雜質，雜質直接排放市政污水管，過濾后的水流入到清潔系統、消毒系統、祛味系統凈化，通過水泵將處理后的水存儲到水箱中以備后用。存儲系統中安裝水質檢測儀，如果某個階段建筑廢水污染濃度過高，處理過的水污染濃度依然無法達到二次使用要求，則系統自動將存儲水排放到市政污水管中[5]。

4.3 供水減壓與調節

給排水系統的給水量與給水壓力成正比關系，也就是供水壓力越小、出水量越少，很多用戶用水習慣將水龍頭開到最大，增加了水流量導致水資源浪費嚴重。此外，長時間高壓用水會給用水設備、管道造成較大的沖擊，可能會造成設備或管道損壞產生水泄露。因此可適當降低供水壓力，在滿足用戶用水需求基礎上，降低浪費。依然以衛生器為例，傳統一次性沖水衛生器的最高出水壓力可達500kPa 以上，沖水量非常大；而新型渦流增壓衛生器最高出水壓力為300kPa，最低壓檔位水壓僅為100kPa，并且借助渦流增壓清潔效果更好，理論上可節水40%左右。可見適當減壓和靈活調壓的重要性，可通過進一步優化水泵-水箱系統起到調壓作用。

水泵-水箱系統是通過水泵將市政供水管水傳輸到水箱中，傳統水泵-水箱系統采用了定頻水泵，水流、水壓無法人為控制，從而提高了水資源浪費量。而配備二次供水設備，借助變頻水泵、壓管供水方法，可根據建筑用水量自動調節水壓，避免高峰期用水不足、低谷期用水過多等情況。變頻水泵是根據用水量對運行功率進行實時無極調節，可借助變頻氣壓、變壓變量的方法實現調節功能，在早高峰、晚高峰期間，自動提升水泵運行功率，提升供水壓力，滿足用戶用水需求，在用水低谷期系統自動降低水泵運行功率，降低供水壓力，用戶即便將水龍頭開大最大也不會產生劇烈沖擊，從而達到最佳節水效果。在實際運行中，用水低谷期用水壓力可能不到水泵額定壓力的20%，長時間低壓運行可能造成水泵運行參數偏移問題，可采用大小 泵組合方案，在設計前期應根據建筑用水低谷期水量變化規律調試水泵參數，也就是變頻水泵傳感器一旦檢測到建筑用水壓力不超過水泵額定壓力的20%時，自動開啟小流量水泵供水，在用水高峰期，隨著水流量增加，系統自動關閉小流量水泵，開啟大流量變頻水泵供水[6]。該設計方案不僅能夠減少水資源浪費問題，并且變頻水泵能效更高，可減少電能損耗。

4.4 新能源應用

4.4.1 新能源技術選擇

節水與節能二者相輔相成，給排水節水設計的同時，也要注重系統的節能性。特別是在熱水供應方面，熱水加熱需要消耗掉大量電能，并且用戶放水時先出冷水、后出熱水，導致這部分冷水被浪費掉，如何解決冷水浪費、降低熱水能耗是需要重點考慮的問題。針對此類問題，科學采用新能源技術是不錯的選擇。給排水供熱系統可分為局部熱水供應、集中熱水供應。局部熱水供應主要熱源包括空氣源熱泵、燃氣等，例如燃氣熱水器可通過用戶燃氣管道實現水加熱功能，也可以采用低能耗儲熱式電熱水器，以最小的能耗獲取熱量。集中熱水熱源包括太陽能、地熱能、工業余熱能，應根據地區自然情況合理選擇，如南方地區多雨、地熱能豐富，將地熱能作為熱源；北方降水少、光照時間長，可采用太陽能作為熱源，也可以借助鍋爐供暖系統中的熱水、蒸汽作為熱源[7]。無論是采用哪種熱源方式，均對節能節水有一定的益處。

4.4.2 熱水供應系統設計

熱水供應系統除了要減少電力能源的消耗量，還要考慮如何減少用戶用熱水時前期冷水排放量問題，應同時做到節能節水。熱水供應系統設計應從以下幾點出發：

（1）集中熱水供應系統設計中，可增設熱水回水管道，如果業主要求給排水系統全天候提供熱水，要同時設置循環泵系統干管、立管熱水循環，并配備支管熱水循環，保障支管水穩達到用戶使用需求。特別是對于供熱水管道較長的用戶，由于管道中會儲存冷水，獲取熱水需要現將冷水排除造成水資源浪費，而設置支管熱水循環系統可以對管道水起到預熱作用，用戶只需放出很少冷水即可獲取到熱水。

（2）很多給排水系統設計中采用了循環系統，但由于該系統無法實現同程循環功能，循環效果差，難以起到明顯的節水作用，因此設計中應重點考慮管道同程布置，設置溫度平衡閥方案，加強熱水循環效果，避免熱量流失，獨立系統更容易維持冷熱平衡。

（3）熱水循環系統布管設計中，應盡可能減少短路循環設計內容，應盡可能減少管路轉角，保障水流暢通，提升熱循環效果、受熱均勻性，讓建筑不同區域均可獲取一定溫度的熱水。當然，熱水系統的水溫并非越熱越好，如果溫度長期維持在60℃以上，對系統附件要求高，增大系統安全隱患[8]。

（4）雖然建設熱水系統會增加建筑前期投資成本，但后續節水、節能措施充分設置后，對減少建筑給排水能耗、損耗有著極大助益，讓居民生活用水更加舒適。

結語：

綜上所述，綠色建筑是我國建筑工程領域重要的發展方向，給排水作為能源、資源消耗大戶，在節水方面有很大的發展空間，這就需要結合建筑給排水結構特點，針對性采取節水技術，積極降低水資源浪費和電能損耗，合理采用新材料和新設備、科學調節供水壓力、加強生活廢水回收利用、提高新能源應用占比，從提升水資源利用率，減少廢水排放量，做到建筑工程與自然環境和諧相處，推動綠色建筑產業可持續發展。