馬振 萬(wàn)皓 張萌上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院、上海大學(xué)能源管理辦公室

高校宿舍全方位分質(zhì)供水系統(tǒng)的探究

馬振1萬(wàn)皓2張萌31上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院2、3上海大學(xué)能源管理辦公室

為了減少高校學(xué)生宿舍巨大的生活用能用水量，該文提出對(duì)宿舍用水實(shí)行全方位的分質(zhì)供水系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)高校宿舍用水現(xiàn)狀調(diào)研、查閱大量文獻(xiàn)并了解相關(guān)的節(jié)能新技術(shù)，文章最終提出高校宿舍全方位分支供水體系明確的規(guī)劃方案及資金籌措方式。此系統(tǒng)具有良好的節(jié)能效果與經(jīng)濟(jì)效益，為類似高校的供水系統(tǒng)改建提供新的模式。

高校；宿舍；分質(zhì)供水；節(jié)能

目前上海高校學(xué)生數(shù)量已高達(dá)60多萬(wàn)人，高校學(xué)生宿舍生活用水量巨大。上海部分高校用水情況見(jiàn)圖1。伴隨著巨大的能源消耗，如燃煤鍋爐耗煤，電加熱開(kāi)水消耗電能等，存在著很大的節(jié)能節(jié)水空間。因此，本文提出運(yùn)用當(dāng)下先進(jìn)的節(jié)能節(jié)水技術(shù)與理念對(duì)宿舍供水系統(tǒng)實(shí)施改造，進(jìn)行高校宿舍全方位分質(zhì)供水的建設(shè)，大大降低上海市高校學(xué)生生活用水及能源消耗。

圖1 2013年上海部分高校用水統(tǒng)計(jì)情況

1國(guó)內(nèi)外分質(zhì)供水現(xiàn)狀

分質(zhì)供水是指供水系統(tǒng)根據(jù)用戶對(duì)水質(zhì)要求的不同而分開(kāi)供應(yīng)相應(yīng)用水的一種供水形式。分質(zhì)供水系統(tǒng)源于美國(guó)、丹麥、荷蘭等國(guó)家，在國(guó)外有著長(zhǎng)期的應(yīng)用歷史，目前發(fā)達(dá)國(guó)家已普遍使用。國(guó)外現(xiàn)有的分質(zhì)供水系統(tǒng)，都是以可飲用系統(tǒng)作為城市主題供水系統(tǒng)，實(shí)行自來(lái)水供水系統(tǒng)，而另設(shè)管網(wǎng)系統(tǒng)用于低質(zhì)水或海水供沖洗衛(wèi)生潔具清潔車輛及部分工業(yè)用水等，是主體供水系統(tǒng)的補(bǔ)充。而中國(guó)目前所推行的分質(zhì)供水形式被稱為管道分質(zhì)供水，就是將自來(lái)水進(jìn)一步深度處理、加工和凈化后，在原有的自來(lái)水管道系統(tǒng)上，再增設(shè)一條獨(dú)立的優(yōu)質(zhì)供水管道，將水輸送至用戶，供居民直接飲用。1996年，上海錦華小區(qū)率先建設(shè)了全國(guó)第一個(gè)分質(zhì)供水系統(tǒng)，之后，分質(zhì)供水開(kāi)始選用不同的凈水工藝推廣應(yīng)用，涉及應(yīng)用領(lǐng)域也開(kāi)始增多。

2宿舍全方位分質(zhì)供水概念

校園宿舍全方位分質(zhì)供水體系，是基于現(xiàn)有的分質(zhì)供水理論上，進(jìn)行創(chuàng)新與改進(jìn)后應(yīng)用在高校宿舍中的分質(zhì)供水體系，是學(xué)校里按不同用水對(duì)水質(zhì)的要求不同而實(shí)行生活用水的分別供應(yīng)。該系統(tǒng)對(duì)以往的分質(zhì)供水進(jìn)行創(chuàng)新改革，突破以往兩種供水模式的分質(zhì)供水理念，將供水終端由單一的飲用水增加了洗浴水、沖廁水等終端設(shè)置，將校園宿舍生活用水當(dāng)中的飲用水、洗浴水及回用水三種對(duì)水質(zhì)要求各不同的生活用水進(jìn)行整體規(guī)劃，構(gòu)建一套多層次，全方位的高效、節(jié)能的分質(zhì)供水體系。計(jì)劃將直飲水，太陽(yáng)能熱水以及校園中水三大管道實(shí)施綜合管理、統(tǒng)一設(shè)計(jì)，并進(jìn)行一體化施工，形成多層次的管網(wǎng)供水體系。校園宿舍全方位分質(zhì)供水體系創(chuàng)新獨(dú)特，充分體現(xiàn)出循環(huán)經(jīng)濟(jì)的節(jié)能理念。不僅方便了學(xué)生的生活，也大大降低了高校的用水支出。

高校宿舍分質(zhì)供水改造使宿舍供水形成含循環(huán)用水的復(fù)雜管網(wǎng)，即原學(xué)校自來(lái)水供水管分為三路宿舍用水供水：一路為自來(lái)水直接供應(yīng)；一路進(jìn)入太陽(yáng)能空氣源熱泵熱水機(jī)組制作熱水，熱水接入宿舍原供水管道，提供洗浴用水；還有一路作為原水進(jìn)入直飲水機(jī)房?jī)艋幚砗?，專設(shè)直飲水管道供水。洗浴后的污水、簡(jiǎn)單的清潔用水及飲用水的排水在經(jīng)污水管道匯合后進(jìn)入中水處理站，處理后的污水在達(dá)到回用的水質(zhì)要求后，經(jīng)回用水管道接入宿舍的沖廁用水系統(tǒng)進(jìn)行回用。整個(gè)系統(tǒng)是一體化的供水模式，三條用水路線的組合如圖2。

圖2高校宿舍分質(zhì)供水流程圖

3改造的必要性與可行性

3.1必要性分析

（1）中水回用

經(jīng)簡(jiǎn)單處理后的生活污水用于沖廁、澆花等用水水質(zhì)要求相對(duì)較低的地方，節(jié)約了寶貴的水資源，達(dá)到資源的循環(huán)利用的目的。中水生產(chǎn)成本相比自來(lái)水水費(fèi)較低，因此中水回用可大大降低校區(qū)的水費(fèi)支出，具有巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

（2）直飲水。

目前上海高校學(xué)生飲用水一般為電加熱開(kāi)水或桶裝水。校園自來(lái)水管道使用多年嚴(yán)重腐蝕，水中帶有余氯的味道，且水中大大腸桿菌無(wú)法嚴(yán)格控制，易引起腸道病，而桶裝水使用周期較長(zhǎng)，出水關(guān)口以及桶內(nèi)易滋生細(xì)菌，二者均存在著安全隱患；而直飲水即開(kāi)即飲，價(jià)格低廉，水的質(zhì)量高，同時(shí)避免了將水燒到高溫而消耗的電能，具有很好的節(jié)能意義。

（3）熱水入室：

在調(diào)查中發(fā)現(xiàn)目前上海眾多高校宿舍樓內(nèi)雖有淋浴設(shè)施，但并未有熱水，因此使用率不高。如能將熱水引入每個(gè)宿舍，方便學(xué)生使用熱水，大大增加學(xué)生洗浴的舒適性，而且避免燃煤鍋爐制熱水的煤炭消耗，可節(jié)省大量能源。

3.2可行性分析

高校宿舍用水量大且用水較為集中，便于統(tǒng)一設(shè)計(jì)、規(guī)劃管理。對(duì)于直飲水凈化處理裝置、生化法處理宿舍生活污水及采用太陽(yáng)能空氣源熱泵熱水三條供水體系的改造技術(shù)均較為成熟且安全可靠。結(jié)合各高校的校園規(guī)模、地理位置、學(xué)生人數(shù)等實(shí)際情況選擇最為適合的節(jié)水改造方案并進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效益的分析，最終達(dá)到降低用水量、節(jié)能減排的目標(biāo)。對(duì)于工程項(xiàng)目資金的籌措，其中部分由校方出資，可申請(qǐng)市教委里的節(jié)能項(xiàng)目，獲得資金補(bǔ)助，同時(shí)可采用合同能源管理運(yùn)作模式，以完成項(xiàng)目的施工建設(shè)。由此可見(jiàn)，高校全方位分質(zhì)供水的改造具有較強(qiáng)的可行性。

4三條供水系統(tǒng)概述

4.1直飲水系統(tǒng)

管道直飲水系統(tǒng)是指樓宇和學(xué)校辦公室公共場(chǎng)所安裝大型水質(zhì)處理器,對(duì)市政自來(lái)水再處理后,通過(guò)優(yōu)質(zhì)管道,直接送至用戶的供水系統(tǒng)[1]。作為城市居民的生活用水水源，自來(lái)水一直是主要來(lái)源。但是近年來(lái)，由于水源的污染等因素，使得“優(yōu)質(zhì)飲用水分質(zhì)供水系統(tǒng)”應(yīng)運(yùn)而生[2]。居民對(duì)現(xiàn)有自來(lái)水水質(zhì)不滿意，很多人選擇直接飲用純凈水，而且直接飲用純凈水更加方便[3]。

高校宿舍直飲水的處理是采用以反滲透為核心的凈化處理系統(tǒng)，自來(lái)水原水在機(jī)房?jī)艋幚砗?，由供水管網(wǎng)送至各用戶終端，所制備的直飲水通過(guò)全封閉管路送至管線機(jī)，學(xué)生可刷卡飲水，系統(tǒng)為連續(xù)循環(huán)供水。直飲水終端管線機(jī)分兩路出水，一路為直接飲用的常冷水，另一路為通過(guò)電加熱器加熱的開(kāi)水。系統(tǒng)中總飲用水的計(jì)量方式采用安裝水表計(jì)量，即在總出水管以及循環(huán)回水管兩處安裝水表計(jì)量，則：總飲用水量為總出水管水表數(shù)減去回水管水表數(shù)。

管道直飲水系統(tǒng)工藝流程多種多樣,經(jīng)過(guò)多年觀察表明,多數(shù)水質(zhì)指標(biāo)變化不大,而耗氧量有升高趨勢(shì)，這可能與膜和活性炭使用年限過(guò)久、未及時(shí)更換有關(guān)[4]，因此需對(duì)直飲水處理設(shè)備進(jìn)行及時(shí)的維修與更換。

4.2太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)

對(duì)高?，F(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施、加熱要求等分析后提出相應(yīng)的太陽(yáng)能空氣源熱泵熱水系統(tǒng)改造方案。優(yōu)先利用太陽(yáng)能制熱，用空氣源熱泵作為補(bǔ)充。在晴朗高溫天氣，使用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)即可；若遇到陰雨天等惡劣天氣，僅憑太陽(yáng)能加熱不能達(dá)到設(shè)置的水溫，則需空氣源熱泵輔助加熱，水箱內(nèi)部還安裝電加熱裝置作為備用。熱水由水箱出水口經(jīng)泵送至浴室，向浴室供應(yīng)熱水，學(xué)生洗浴實(shí)行刷卡計(jì)費(fèi)。在熱水使用的同時(shí)制熱過(guò)程依然可以正常運(yùn)行，這樣可以相應(yīng)減少部分儲(chǔ)熱水箱的容積。

上海大學(xué)寶山校區(qū)對(duì)原熱水供應(yīng)系統(tǒng)進(jìn)行改造，改變?cè)加湾仩t為太陽(yáng)能熱泵熱水系統(tǒng)，自去年改造成功并全面運(yùn)行后，獲得了很好的節(jié)能效果并帶來(lái)了很大的收益。表1為改造前后一些月份的用能量及費(fèi)用支出對(duì)比。

4.3中水回用系統(tǒng)

中水回用工程主要指收集上述宿舍樓內(nèi)洗浴等污染較輕的生活污水，通過(guò)簡(jiǎn)單的污水凈化處理，使其達(dá)到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》標(biāo)準(zhǔn)后回用于學(xué)生公寓沖洗廁所、校園綠化以及洗車沖地等。中水系統(tǒng)的改造已應(yīng)用于多種場(chǎng)合，而小區(qū)的中水回用，則因投資小，回報(bào)速度快而廣泛[5]，其成為中水回用改造較為理想的場(chǎng)所。高校宿舍與小區(qū)模式相近，因此，易于進(jìn)行中水系統(tǒng)的改造。

表1鍋爐改造前后用能及費(fèi)用支出情況對(duì)比

中水水源一般都取自學(xué)生宿舍的洗浴水、清潔排水等，這些污水水質(zhì)污染較輕，處理成本較低，而廁所排水由于污染程度高，則不易作為中水的原水。

高校宿舍生活用水的時(shí)間性極強(qiáng)，一般在早上七點(diǎn)到九點(diǎn)，晚上九點(diǎn)至十一點(diǎn)的兩個(gè)時(shí)間段用水量較大，而其他時(shí)間用水量則趨于平穩(wěn)，污染物以易處理的有機(jī)污染為主，因此可采取生化法處理工藝。宿舍學(xué)生洗衣、洗澡等生活污水統(tǒng)一收集后經(jīng)污水管送至中水處理系統(tǒng)，首先經(jīng)格柵將毛發(fā)等雜物濾去，再由調(diào)節(jié)池調(diào)整后進(jìn)入核心處理系統(tǒng)接觸氧化池，在活性污泥的生物接觸氧化反應(yīng)之后的出水再經(jīng)過(guò)沉淀、除臭處理即可作為沖廁、澆花等雜用水回用。

中水回用量的估算：對(duì)于回用的中水，一般用于重測(cè)、澆花、洗車等地方。據(jù)統(tǒng)計(jì),學(xué)校沖廁用水量占總量的30%～50%；機(jī)關(guān)沖廁占總用水量達(dá)55%，而沖洗廁所實(shí)際僅需一般標(biāo)準(zhǔn)水[7]。經(jīng)過(guò)調(diào)查得知，學(xué)生公寓的沖廁用水、綠化用水及洗車用水量所占比例僅為總污水量的1/2左右，即中水回用量約為污水排放量的1/2。只需要將部分污水進(jìn)行中水回用處理以滿足校內(nèi)的沖廁等雜用需求，設(shè)計(jì)規(guī)模適中即可，否則將會(huì)降低其經(jīng)濟(jì)效益。

5節(jié)能效益評(píng)估

高校宿舍分質(zhì)供水系統(tǒng)的建設(shè)，具有良好的節(jié)能、節(jié)水效果，可為學(xué)校創(chuàng)造可觀的經(jīng)濟(jì)效益。除去寒暑假，學(xué)生在校時(shí)間按260天計(jì)，下面以每萬(wàn)人計(jì)，對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能估算。

5.1直飲水節(jié)能估算

飲水定額是不同的，目前國(guó)家對(duì)直接飲用水定額沒(méi)有制定規(guī)定，工程所采用的數(shù)據(jù)一般根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得來(lái)。一般居民用水定額為q=3-5L/（人·d）。南方部分城市可適當(dāng)提高用水定額[8]。按人均日飲水量3L/人，則一年飲用水量約為7800m3/萬(wàn)人。將1m3水從10℃加熱到100℃，需熱量90000kcal。

則燒開(kāi)1m3水所需電量為104.65kWh，因電加熱還存在一定的效率問(wèn)題，因此燒水所耗用的電量會(huì)更多。

電加熱水一年的耗電量為81.63萬(wàn)kWh（7800m3×104.65kWh/m3），折合標(biāo)煤100.4t標(biāo)煤。

而在學(xué)生飲用水中約有95%的飲水為直接常溫飲用，而需加熱至100℃開(kāi)水的量為5%左右，因此每年大約可省去加熱水所消耗的能源量為：95.38t標(biāo)煤（100.4t標(biāo)煤×95%）。

5.2太陽(yáng)能熱水節(jié)能估算

若一年人均日洗澡用水水量按30L計(jì)，則年熱水用量為78000m3/萬(wàn)人，將1m3水由10℃加熱至55℃，則耗熱量為45000 kca l。

加熱1m3熱水需耗電為52.33kWh，則一年耗電量為408.17萬(wàn)kWh，折合標(biāo)煤：502.05t標(biāo)煤。

5.3中水回用節(jié)能估算

若一普通高校一年內(nèi)宿舍生活污水量為a m3，則一年內(nèi)回用水量約為0.5a m3，上海市水費(fèi)及排污費(fèi)總價(jià)按每m32.93元算，對(duì)于一般規(guī)模的高校，中水成本約每m31.8元，則一年可節(jié)省自來(lái)水水費(fèi)為：0.565a元[（2.93-1.8）×0.5×a元]。

6總結(jié)

（1）高校宿舍全方位分質(zhì)供水系統(tǒng)的構(gòu)建，節(jié)約了煤炭能源與水資源，迎合了當(dāng)今社會(huì)節(jié)能減排的需求；大大減少了學(xué)校的用能、用水支出，為學(xué)生的日常生活提供了極大的便利與舒適。

（2）本文提出的高校宿舍全方位分質(zhì)供水體系，對(duì)學(xué)校里按用水水質(zhì)的不同要求而實(shí)行生活用水的分別供應(yīng)，突破兩種供水模式的分質(zhì)供水理念。該供水系統(tǒng)的構(gòu)建開(kāi)創(chuàng)了一個(gè)多層次的供水體系新思路，形成了多方面分質(zhì)供水的新模式，為高校開(kāi)辟了一種全新的可行性模式，為類似高校的供水系統(tǒng)改建提供參考。

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Discovery on Full Scale Sub Quality Water Supp ly System in High Schoo l Dorm itory

Ma zhen,Wan hao,Zhang meng

In order to reduce the huge water and energy consump tion in college students′dorm itories living,this artic le p roposes a comp rehensive Sub-quality water supp ly system for dorm itory water using.By investigating the water using Situation in college dorm itory,read ing a lot o f literatu re and learning abou t the new energy-saving techno log ies, Fina lly,The artic le p roposes the exp lic it p lanning schem e and fund raising o f com p rehensive Sub-qua lity water supp ly system in co llege dorm ito ries.This system has good ene rgy-saving e ffect and econom ic benefits,it can p rovides the new m odel for transformation o f water system in other universities.

university,dorm itory,sub-qua lity water supp ly,energy conservation

馬振，男，1990年6月生，上海大學(xué)環(huán)境與化學(xué)工程學(xué)院碩士研究生，研究方向節(jié)能減排、循環(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)與管理。萬(wàn)皓，男，1975年1月生，博士，獲得環(huán)境學(xué)、計(jì)算機(jī)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)等不同學(xué)科的學(xué)位，主要研究方向?yàn)檠h(huán)經(jīng)濟(jì)技術(shù)與管理?，F(xiàn)兼任上海大學(xué)能源管理辦公室主任，正在將研究成果應(yīng)用到高校管理實(shí)踐中。