建筑給水系統(tǒng)節(jié)水節(jié)能存在的問題及應(yīng)對(duì)措施

魏天云　劉德明

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院 道路工程系，福建 福州 350007；2.福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 福州 350108)

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建筑給水系統(tǒng)節(jié)水節(jié)能存在的問題及應(yīng)對(duì)措施

魏天云1劉德明2

(1.福建船政交通職業(yè)學(xué)院 道路工程系，福建 福州 350007；2.福州大學(xué) 土木工程學(xué)院，福建 福州 350108)

現(xiàn)有建筑生活給水系統(tǒng)存在諸多問題，造成水資源和能量的極大浪費(fèi)。對(duì)比分析國內(nèi)外節(jié)水節(jié)能技術(shù)的研究現(xiàn)狀，指出開展節(jié)水節(jié)能技術(shù)的必要性以及今后的發(fā)展方向。

節(jié)水；節(jié)能；水資源；可再生能源

目前，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，城市人口不斷增加，住宅的需求量也在不斷增長。城市化進(jìn)程的日益推進(jìn)，需要消耗大量的水資源，有些水資源利用還遭到嚴(yán)重破壞。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國人均水資源占有量在世界上比較低，而建筑生活的用水量和耗能量占據(jù)較大比重[1—5]。建筑生活給水系統(tǒng)對(duì)于水資源的利用起著關(guān)鍵的作用。城市用水的緊張狀況日益嚴(yán)峻，為緩解這一狀況，必須加強(qiáng)節(jié)約建筑用水的研究。由于建筑生活用水需要從水廠輸送與提升，這一過程需要消耗大量的電能，它的大小與給水高度、輸水量的大小和水壓的損失有著密切的關(guān)系，即用水的過程也是耗能的過程，節(jié)約用水也就相當(dāng)于節(jié)能[6—9]。因此，優(yōu)化建筑給水過程必須從節(jié)水和節(jié)能兩個(gè)方面進(jìn)行考慮。

居民用水安全以及人們生活的需要是傳統(tǒng)給排水設(shè)計(jì)的兩個(gè)主要衡量指標(biāo)。隨著城市化發(fā)展的不斷推進(jìn)，人口激增，水資源日趨緊張，再加上政府對(duì)水資源的合理開發(fā)提出了更高的要求，建筑供水系統(tǒng)研究的重要性逐步得到認(rèn)識(shí)，尤其是如何合理利用和優(yōu)化建筑給水系統(tǒng)越來越受到重視，有必要開展建筑住宅給水系統(tǒng)的研究，做到節(jié)水節(jié)能，合理有效地利用水資源，調(diào)整居民的用水結(jié)構(gòu)，提高用水品質(zhì)，避免利用水資源的過程破壞了生態(tài)環(huán)境[10—12]。現(xiàn)代的建筑住宅給水系統(tǒng)的發(fā)展必須要做到節(jié)水、節(jié)能、經(jīng)濟(jì)三個(gè)方面的相互協(xié)調(diào)，使其能夠可持續(xù)發(fā)展。要開展建筑住宅給水系統(tǒng)利用的優(yōu)化與創(chuàng)新，必須對(duì)目前建筑住宅給水系統(tǒng)存在的問題，以及未來給水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢有一個(gè)清晰的認(rèn)識(shí)。

1　現(xiàn)有給水系統(tǒng)存在的問題

目前雖已開展節(jié)水、節(jié)能等新型技術(shù)的研究，并且還考慮其他不可再生資源的利用，但是世界各地的建筑住宅給水系統(tǒng)的發(fā)展還存在一定的問題。

1.1水資源短缺問題

根據(jù)有關(guān)報(bào)道，我國人口在2030年前后會(huì)超過16億。隨著城市化進(jìn)程的不斷加快，加上我國的水資源分布不均，從地區(qū)上看，東部和西部用水較大，中部較少，城市供水短缺現(xiàn)象越來越嚴(yán)重。我國大約有六分之一的城市屬于嚴(yán)重缺水，三分之二的城市有不同程度的缺水，年總?cè)彼看蠹s60億立方米。缺水問題對(duì)人類的正常生活和經(jīng)濟(jì)帶來了巨大的影響，節(jié)約用水已經(jīng)得到大眾的普遍認(rèn)可，國家也已將節(jié)約用水上升到基本國策。

1.2用水浪費(fèi)問題

在建筑給水系統(tǒng)中，特別是目前水資源短缺的情況下，還出現(xiàn)嚴(yán)重的用水浪費(fèi)現(xiàn)象。居民日常用水習(xí)慣、不合理的建筑住宅給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)以及由于各種原因造成的管道滲漏現(xiàn)象都會(huì)導(dǎo)致用水浪費(fèi)。這更加容易導(dǎo)致建筑住宅的供水不均以及水量短缺情況的出現(xiàn)，因此，如何高效地利用水資源是必須首要考慮的問題[13—14]。

(1)生活用水浪費(fèi)。

依據(jù)用水量的大小，可將用水的時(shí)間段劃分為短期用水和長期用水兩種情況。上班人員在工作日早晨7 點(diǎn)左右的用水屬于短期用水，這段時(shí)間主要用來洗漱。國外針對(duì)一些地區(qū)的建筑住宅居民用水統(tǒng)計(jì)表明，用水量的高峰期出現(xiàn)的時(shí)間較短，它是平均用水量或者長期用水量的3—10倍左右。在這段時(shí)間里面極易出現(xiàn)由于用水習(xí)慣而導(dǎo)致的水量浪費(fèi)現(xiàn)象，這其中用于洗浴的用水量占的比重最大，接下來是洗滌用水、廚房用水以及沖廁用水等。

1)洗滌、洗浴、洗漱用水。

①有很多人習(xí)慣開著水龍頭洗手，即使在涂洗手液或者肥皂的過程中，也讓水龍頭水長流，而不關(guān)閉，從而導(dǎo)致水量的浪費(fèi)。

②頻繁洗澡或者洗澡時(shí)間過長。由于各國人民生活習(xí)慣不同，對(duì)衛(wèi)生要求不一樣，以及氣候條件不同，人們洗浴的用水量差異較大。在我國，南方人洗澡次數(shù)超過北方人，用水量偏多。尤其是在夏天。據(jù)統(tǒng)計(jì)，超過8%的城市居民每天洗澡次數(shù)達(dá)到或超過3次，時(shí)間在30分鐘以上；在冬天時(shí)，有部分居民每周洗澡超過5次，時(shí)間都在40分鐘以上。這種洗浴方式耗費(fèi)了較多的水資源和電能。

③有些用水器具質(zhì)量不過關(guān)或者其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方面不盡合理，很難同時(shí)達(dá)到節(jié)水與節(jié)能的目的。如在洗滌、洗浴等過程中，用水次數(shù)較多，且所使用的用水器具出水量偏大，使用時(shí)間較長，這些都會(huì)加劇水量浪費(fèi)現(xiàn)象的發(fā)生。

2)沖廁用水。

帶有水箱并采用浮球閥來控制水量進(jìn)出的大便器仍然在我國的一些年代較久的建筑或者是一些老城區(qū)使用。這種控制閥及其配件在長時(shí)間高頻率的使用過程中，會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞、出現(xiàn)漏水等現(xiàn)象，且這些現(xiàn)象很難察覺。若沒有及時(shí)發(fā)現(xiàn)修理，會(huì)引起水箱長流水，造成不必要的水量浪費(fèi)。因此，國家政策已規(guī)定建筑住宅必須采用6L的座便器。目前，新建的住宅已經(jīng)淘汰9L的座便器。

3)廚房用水。

廚房用水浪費(fèi)主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：一個(gè)是廚房水龍頭超壓出水或者是閥門漏水；另一個(gè)是由于部分人在清洗器具或者果蔬時(shí)，沒有用漂洗的方式，致使水流常開而引起水量的浪費(fèi)。

(2)超壓出流。

如果供水系統(tǒng)的水壓超過了其工作壓力的范圍，會(huì)對(duì)設(shè)備、管道、相關(guān)配件及其附件造成破壞，從而使供水系統(tǒng)難以正常運(yùn)行。特別在高層建筑住宅中，當(dāng)給水系統(tǒng)的配水管出水前的靜水壓大于額定流出水頭時(shí)會(huì)產(chǎn)生超壓現(xiàn)象，影響供水系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

1)產(chǎn)生超壓的原因。

在供水過程中，用戶集中用水的高峰期較短，在非用水高峰期，更容易出現(xiàn)超壓出流現(xiàn)象。這種情況會(huì)影響用水設(shè)備的正常運(yùn)行，并且會(huì)使配水點(diǎn)與設(shè)備連接的接口處發(fā)生漏水。

如果建筑住宅供水的分區(qū)不夠合理，配水支管就容易出現(xiàn)過高的水壓，進(jìn)而形成超壓現(xiàn)象。為了確保建筑給水系統(tǒng)最不利配水點(diǎn)出水穩(wěn)定，必須進(jìn)行合理的供水分區(qū)設(shè)計(jì)，特別是在高層建筑給水系統(tǒng)中更加重要。如果出水水壓直接按上部的配水點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，那么在同個(gè)分區(qū)內(nèi)，處于較低樓層的配水點(diǎn)處的出水壓力就會(huì)比較大，尤其是樓層的層數(shù)越多，那么在越低的樓層其水壓就越大，極易超過水壓極限而發(fā)生超壓現(xiàn)象。

2)超壓出流的影響。

若發(fā)生超壓出流現(xiàn)象，則水龍頭剛開啟時(shí)會(huì)使水流噴濺出來，形成噪音，同時(shí)，水壓對(duì)衛(wèi)生器具及其管件的沖擊，會(huì)影響衛(wèi)生器具的使用壽命，引起管件的滲流，造成不必要的水流量損失[15]。

(3)管道滲漏。

管道漏水現(xiàn)象發(fā)生得很嚴(yán)重。通常，建筑住宅內(nèi)部的漏損量不太容易進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。一般情況下，單位長度的供水管道的漏失率控制在3.2m3/(km·h)左右。高層建筑數(shù)量的不斷增加，建筑住宅內(nèi)部的漏損現(xiàn)象發(fā)生的概率也會(huì)隨著一起升高。相關(guān)部門的統(tǒng)計(jì)分析顯示，大小為15mm口徑的水龍頭，其滴漏量大約為3.6L/h，如果20個(gè)水龍頭出現(xiàn)漏水現(xiàn)象，漏水量為1 728L/d，因此，由于管道的滲漏引起的水量流失非常嚴(yán)重。管道漏損，水量流失，既損耗了給水系統(tǒng)的能耗，又降低了水資源的利用率，還會(huì)導(dǎo)致供水成本上升，影響供水價(jià)格的制定，最終使供水價(jià)格上漲。

1.3能量浪費(fèi)問題

由以上用水浪費(fèi)分析可知，除給水系統(tǒng)發(fā)生的管道的滲漏以及超壓出流現(xiàn)象等會(huì)引起能源的損耗外，供水設(shè)備或者用水設(shè)備也會(huì)導(dǎo)致能量耗損，主要是由于給水方式和給水設(shè)備選擇的不合理。熱水供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及供熱設(shè)備的選取也會(huì)造成能量耗損。

如果建筑供水系統(tǒng)的分區(qū)設(shè)計(jì)不合理，則供水設(shè)備難以一直處于高效運(yùn)行狀態(tài)，會(huì)引起水泵選型不當(dāng)，導(dǎo)致水利用率降低，不但使動(dòng)能白白耗費(fèi)，還會(huì)導(dǎo)致水壓不穩(wěn)，縮短管道及其配件的壽命，增加了管道設(shè)備的成本，無形中也浪費(fèi)了大量的不可再生資源。同時(shí)由于分區(qū)不合理，導(dǎo)致市政管網(wǎng)的可用水沒有有效利用，使已有的壓力能量白白浪費(fèi)，還會(huì)引起一層或者二層的用戶用水水壓過大，引起超壓現(xiàn)象。

據(jù)有關(guān)資料統(tǒng)計(jì)，淋浴用水量已經(jīng)占到住宅的用水量的30%，建筑熱水供應(yīng)已經(jīng)成為建筑給水系統(tǒng)的重要組成部分。因此，為了有效地節(jié)水以及節(jié)省熱能，必須合理設(shè)計(jì)熱水供應(yīng)系統(tǒng)，并加強(qiáng)優(yōu)化管理。

國際上，一般規(guī)定熱水供應(yīng)系統(tǒng)5—10s就必須要有適合溫度的熱水出來。目前在我國使用的多種熱水供應(yīng)系統(tǒng)，剛開始使用的時(shí)候，出水溫度較低，不符合用水溫度的要求，需要等待較長時(shí)間才能獲得適當(dāng)溫度的熱水，被放掉的部分低溫水，其熱量被白白地浪費(fèi)了，沒有將熱能有效利用。特別是在我國的一些北方嚴(yán)寒地區(qū)，由于供熱管道設(shè)計(jì)不合理，集中供熱系統(tǒng)的循環(huán)方式選用不恰當(dāng)，熱水系統(tǒng)管線布置不合理、太長等，造成出熱水的時(shí)間要等待15—30min，極大地浪費(fèi)了水資源和能源。

2　國內(nèi)外節(jié)水節(jié)能發(fā)展概況

2.1國外節(jié)水節(jié)能發(fā)展概況

(1)通過價(jià)格機(jī)制調(diào)節(jié)用水并加強(qiáng)用水管理。

通過水價(jià)的浮動(dòng)來調(diào)節(jié)生產(chǎn)、生活用水，達(dá)到高效用水的目的。根據(jù)美國做的調(diào)查發(fā)現(xiàn)：如果將節(jié)水設(shè)備或者計(jì)量設(shè)備設(shè)置在住戶水龍頭旁，可節(jié)約用水11%；如果將水價(jià)翻一翻，可節(jié)約用水36%。國外水費(fèi)的計(jì)價(jià)一般分高峰水價(jià)和累進(jìn)制水價(jià)，控制居民用水浪費(fèi)的習(xí)慣，提高用水效率。

(2)推廣節(jié)水型器具的應(yīng)用。

根據(jù)調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)：大約有80%的家庭用水用于沖廁、洗衣、做飯以及洗澡方面，而洗浴和沖廁的用水量占到家庭用水的一半左右。因而有必要開展節(jié)水器具的研究及其推廣應(yīng)用，它是城市節(jié)水的重點(diǎn)[16]。國外很早就重視這方面的研究開發(fā)，如美國加州于1985年就要求用戶設(shè)置節(jié)水設(shè)備。

(3)熱水系統(tǒng)采用熱泵技術(shù)。

國外較早開展熱泵技術(shù)的研究，正常的生活用水水溫可以由串級(jí)熱泵或者輔助熱源來實(shí)現(xiàn)，在陰雨天氣下，空氣源熱泵開始工作，保證全天候都有熱水供應(yīng)。歐美等發(fā)達(dá)國家研究推廣熱泵熱水器已經(jīng)很多年，其應(yīng)用現(xiàn)在已經(jīng)相當(dāng)普遍。

(4)重視太陽能等可再生能源技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用。

國外在太陽能等可再生能源技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用方面投資非常巨大，如2001 年日本投入資源能源廳預(yù)算的 40%用于新能源和建筑節(jié)能的開發(fā)；2005年，美國政府更是投入19 740萬美元用于新能源的研究；2004年，德國政府也以每年6 000多萬歐元用于研究地?zé)嵋约疤柲艿瓤稍偕Y源。

2.2國內(nèi)節(jié)水節(jié)能發(fā)展概況

(1)借鑒國外水費(fèi)的階梯式計(jì)價(jià)，促進(jìn)合理用水。

我國的部分城市用水量大且缺水較嚴(yán)重的，已經(jīng)開始實(shí)行累進(jìn)加價(jià)計(jì)收水費(fèi)。如廣東省從2008年3月1日起就頒布文件，正式規(guī)定各類城市的用水定額。黑龍江省也從2004年5月起實(shí)行用水配額管理，對(duì)于超出部分加倍收費(fèi)。北京市規(guī)定各單位用水指標(biāo)超過20%的，按兩倍水費(fèi)的價(jià)格征收。由此來杜絕不必要的用水浪費(fèi)，促進(jìn)合理高效利用水資源。

(2)加大新能源開發(fā)力度，以利于建筑節(jié)水節(jié)能的可持續(xù)發(fā)展。

我國于1977年開始建成第一棟太陽房，由此開始不斷加大太陽能、地?zé)崮?、生物能等可再生資源的開發(fā)利用。我國可利用的水資源已經(jīng)開發(fā)得差不多了，再加上能源使用的浪費(fèi)，水資源與能源的供需矛盾越來越突出，因此，國家已經(jīng)將可再生能源的開發(fā)應(yīng)用擺在更加突出重要的位置。

3　給水系統(tǒng)節(jié)水節(jié)能措施

針對(duì)建筑供水系統(tǒng)在發(fā)展中出現(xiàn)的水資源浪費(fèi)以及能源耗散的問題，并通過國內(nèi)外節(jié)水節(jié)能技術(shù)研究調(diào)研，進(jìn)行節(jié)水節(jié)能措施的優(yōu)化分析，可以考慮從以下四個(gè)方面尋找解決問題的方法：

(1)針對(duì)建筑住宅供水系統(tǒng)水泵的應(yīng)用情況，分析工頻泵和變頻泵的特點(diǎn)，并比較給水流量調(diào)節(jié)的兩種方法，總結(jié)變頻泵的應(yīng)用場合。傳統(tǒng)給水系統(tǒng)是按照最不利點(diǎn)來計(jì)算水量和電能，容易造成浪費(fèi)問題，而變頻調(diào)速泵可避免此類問題，具有廣闊的應(yīng)用前景。

(2)分析目前高層建筑常用的給水方式，比較各自的特點(diǎn)，進(jìn)而研究高層建筑給水系統(tǒng)節(jié)能的途徑，最終優(yōu)化出最佳的供水方式。為避免超壓出水，可考慮采用豎向分區(qū)。居民區(qū)、高層辦公樓以及大型商業(yè)區(qū)在不同時(shí)段的用水量具有不均勻性的特點(diǎn)，應(yīng)綜合考慮采用不同的供水方式。

(3)調(diào)研國內(nèi)外節(jié)水用水器具的使用現(xiàn)狀，分析常見的節(jié)水用水器具特點(diǎn)及其應(yīng)用場合，并比較用戶采用節(jié)水器具與未采用節(jié)水器具的用水量的差別，積極推廣使用節(jié)水用水器具，避免水資源的浪費(fèi)，促進(jìn)水資源的高效利用。

(4)對(duì)比分析給水管材的特點(diǎn)，探討給水管材的影響因素，總結(jié)給水管材選用原則，并應(yīng)用模糊綜合評(píng)價(jià)法來選擇最優(yōu)模式的管材，確保提供潔凈的水資源并避免水資源的浪費(fèi)。

4　結(jié)論

隨著我國城市化進(jìn)程的加快，城市住宅用水量越來越大，水資源日益緊缺，能源消耗越來越嚴(yán)重，有必要將供水系統(tǒng)的節(jié)水和節(jié)能結(jié)合起來一起考慮，不能只參照某一方面，照搬國外的技術(shù)，而忽略了我國的國情和資源條件，否則難以達(dá)到預(yù)期效果。因此，需要開展節(jié)水和節(jié)能技術(shù)的研究，以提高水資源的高效利用，并且有利于降低能耗。

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責(zé)任編輯：盧宏業(yè)

10.3969/j.issn.1674-6341.2016.05.014

2016-08-04

福建省教育廳科技項(xiàng)目(JA15655)(JB12356)資助

魏天云(1979—)，女，碩士，副教授，高級(jí)工程師。研究方向：市政工程與給排水技術(shù)。

TU892

A

1674-6341(2016)05-0032-03