淺議建筑給排水節(jié)水節(jié)能設(shè)計

姜 旭 升

(上海環(huán)境工程設(shè)計研究院有限公司，上海 200072)

0 引言

《中華人民共和國水法》于1988年1月21日首次實施執(zhí)行，并先后于2002年、2009年、2016年經(jīng)過三次修訂。其中第八條明確規(guī)定：國家厲行節(jié)約用水，大力推行節(jié)約用水措施，推廣節(jié)約用水新技術(shù)、新工藝，發(fā)展節(jié)水型工業(yè)、農(nóng)業(yè)和服務(wù)業(yè)，建立節(jié)水型社會[1]?！吨腥A人民共和國節(jié)約能源法》于2008年4月1日起施行，GB 50555—2010民用建筑節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)也于2010年12月1日起實施。隨著各國家級節(jié)水節(jié)能法規(guī)及標(biāo)準(zhǔn)的陸續(xù)發(fā)布實施，各省市也相應(yīng)推出了具體詳細(xì)的節(jié)水節(jié)能地方法規(guī)及措施。設(shè)計人員在進(jìn)行建筑給排水設(shè)計時采取必要的節(jié)水節(jié)能措施不僅是合法合規(guī)的要求，更是適應(yīng)環(huán)保發(fā)展趨勢，建設(shè)低能源消耗社會的要求。

節(jié)水與節(jié)能是相輔相成的。節(jié)水的同時即意味著節(jié)能；節(jié)能，也蘊含著節(jié)水。

1 充分利用市政供水壓力

《城鎮(zhèn)供水服務(wù)》中規(guī)定供水管網(wǎng)末梢壓力不應(yīng)低于0.14 MPa，一般市政給水管網(wǎng)壓力在0.2 MPa～0.4 MPa之間。除了少數(shù)低層建筑供水可直接由市政管網(wǎng)壓力供給外，大多數(shù)建筑均需增設(shè)加壓泵供水。以往多采用低位水池→水泵→高位水箱方式供水。這種模式下市政管網(wǎng)的壓力在水池處被白白釋放掉了，沒有得到有效利用。從節(jié)能角度考慮，合理的供水模式為建筑低層(3層以下)直接利用市政管網(wǎng)水壓供水；超過3層的樓層由疊壓變頻供水設(shè)備在市政管網(wǎng)壓力基礎(chǔ)上加壓供水。這樣高低區(qū)均能充分利用市政管網(wǎng)壓力，減少電能消耗，達(dá)到節(jié)能效果。

2 合理設(shè)置變頻供水機組中輔泵及氣壓罐

疊壓變頻供水一般分為恒壓變流量和變壓變流量兩種模式，實際應(yīng)用中以恒壓變流量模式居多。應(yīng)當(dāng)引起重視的是小流量運行時的節(jié)能水平是決定變頻供水設(shè)備節(jié)能效率高低的關(guān)鍵因素之一。若只是依靠變頻主泵低速運轉(zhuǎn)來保證管網(wǎng)恒壓，雖然與工頻運行相比具有一定節(jié)能效果，但并不能做到“不用水，不耗電”，還不是徹底的節(jié)能。在變頻供水機組設(shè)置氣壓罐及小流量輔泵可以在用水極少的情況下使變頻主泵進(jìn)入睡眠狀態(tài)，由輔泵供水，直至輔泵也進(jìn)入睡眠狀態(tài)，達(dá)到最大程度節(jié)能。因此，筆者認(rèn)為，除變頻主泵外，小流量輔泵及氣壓罐是變頻供水機組不可缺少的節(jié)能關(guān)鍵設(shè)備。

設(shè)置小流量工頻輔泵和氣壓罐供水造價適中，目前應(yīng)用較多；設(shè)置小流量變頻輔泵和氣壓罐供水比前者多了一臺輔泵變頻器成本，目前在應(yīng)用規(guī)模上略少，但更符合節(jié)能趨勢。輔泵是否變頻可視具體項目投資情況決定。設(shè)置輔泵和氣壓罐的變頻供水機組具體配置為：

3臺～4臺主泵，其中1臺備用，設(shè)1臺主泵變頻器；1臺～2臺小流量輔泵，其中1臺備用或無備用，可設(shè)1臺輔泵變頻器或不設(shè)變頻；1個氣壓罐。

下面對輔泵選型及氣壓罐調(diào)節(jié)容積做簡要闡述。

2.1 輔泵選型

2.1.1輔泵流量確定

輔泵流量通?？砂凑諉闻_主泵設(shè)計流量的1/3～1/2直接選取。

2.1.2輔泵揚程確定

輔泵揚程的確定按系統(tǒng)供水規(guī)模分兩種情況，設(shè)計者需根據(jù)不同情況分別認(rèn)真計算確定。

對規(guī)模較小的供水系統(tǒng)(如普通單體建筑的獨立供水系統(tǒng))來說，最不利供水管路較短(一般不超過150 m)，輔泵揚程與主泵揚程差別不大，可以近似參照主泵揚程來確定輔泵揚程，主輔泵運行時所需水頭一般相差在5 m H2O以內(nèi)。

對規(guī)模較大的區(qū)域供水系統(tǒng)(比如小區(qū)供水泵房)來說，最不利供水管路較長(一般大于500 m)，由于輔泵運行時系統(tǒng)流量較小，整個管路水頭損失將比主泵運行時小很多(主輔泵揚程差別一般超過10 m H2O)，這時輔泵揚程應(yīng)另行計算，不能再按主泵揚程選泵，以利節(jié)能。

2.2 氣壓罐調(diào)節(jié)容積確定

氣壓罐調(diào)節(jié)容積與輔泵流量有關(guān)，可按如下公式計算確定：

Vt=αa×Qb×3 600/(4nb)。

其中，Vt為氣壓罐的調(diào)節(jié)容積，L；Qb為輔泵額定流量，L/s；αa為安全系數(shù)，宜取1.0～1.3；nb為輔泵在1 h內(nèi)啟動次數(shù)，宜取6次～8次。

3 出水壓力控制

在同等條件下，同一用水器具配水管處水壓越高單位時間內(nèi)的出流量就越大。從使用功能上來說，并不是水壓越高越好。美國《洲際旅館衛(wèi)生工程》中明確規(guī)定，最不利點衛(wèi)生器具處的服務(wù)壓力應(yīng)經(jīng)常維持在0.15 MPa±0.05 MPa。日本提出舒適流量的概念，也就是對用水器具的出流量進(jìn)行控制，使其在滿足用水需求的同時不出現(xiàn)出水沖擊和濺水。具體而言，各種水龍頭的適宜流量為0.13 L/s～0.17 L/s，我國《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》中所規(guī)定的額定流量也基本在這一范圍內(nèi)。所以我國《民用建筑節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》明確規(guī)定各用水點供水壓力不應(yīng)大于0.2 MPa。我國《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》中關(guān)于用水點處壓力要求主要有兩條：一是規(guī)定了各種衛(wèi)生器具的最低工作壓力；二是規(guī)定靜水壓大于0.35 MPa的入戶管宜設(shè)減壓或調(diào)壓設(shè)施。設(shè)計人員在進(jìn)行工程設(shè)計時往往認(rèn)為只要滿足最低壓力及最高壓力要求就可以了，而對于用水點處壓力大于0.2 MPa的情況不太關(guān)注，這樣就對水的浪費造成一個潛在的機會。對此，我們可以具體的計算加以比較。假設(shè)同一管路減壓前壓力為0.3 MPa，減壓后壓力為0.2 MPa，根據(jù)流體力學(xué)公式：

其中，v2為減壓后管道流速，m/s；v1為減壓前管道流速，m/s；P2為減壓后管道水壓，MPa；P1為減壓前管道水壓，MPa。

計算可知理論節(jié)水量為18%。所以從節(jié)水角度考慮，給排水工程師在進(jìn)行設(shè)計時應(yīng)對供水點壓力進(jìn)行精細(xì)控制，杜絕潛在的水浪費漏洞。

4 太陽能—空氣源熱泵聯(lián)合熱水系統(tǒng)

建筑熱水傳統(tǒng)熱源主要為燃料類(天然氣、管道煤氣、煤、柴油等燃料)及直熱式電熱水器。這類熱源的普遍特點是熱效率低，污染嚴(yán)重。太陽能作為一種清潔的環(huán)保能源已廣泛應(yīng)用于生活熱水系統(tǒng)。太陽能熱水系統(tǒng)工作時除維持管路水循環(huán)的電力輸入外不再需要額外的能耗，理論上是一種最節(jié)能的熱水制備系統(tǒng)。但是，太陽能系統(tǒng)目前還具有占地面積大、受氣候條件影響大、出水溫度不穩(wěn)定等缺點?？諝庠礋岜媒?jīng)電力做功可將從空氣中獲取的低品位熱能轉(zhuǎn)化為可供利用的高品位熱能，其熱效率一般都能達(dá)到300%以上，同時具有占地面積小、布置靈活等特點。太陽能—空氣源熱泵聯(lián)合熱水系統(tǒng)利用太陽能集熱器產(chǎn)生的低溫?zé)崴鳛榭諝庠礋岜玫妮o助熱源，改善熱泵的運行工況，使兩者都在較穩(wěn)定的高效條件下工作，這種組合形式的熱水系統(tǒng)能夠保證全年全天候的熱水供應(yīng)。

太陽能—空氣源熱泵聯(lián)合熱水系統(tǒng)運行原理如圖1所示。

太陽能—空氣源熱泵聯(lián)合熱水系統(tǒng)工作原理：

1)當(dāng)水箱溫度T3低于設(shè)定溫度8 ℃時空氣源熱泵及熱泵循環(huán)泵自動啟動運行；當(dāng)水箱溫度T3達(dá)到設(shè)定溫度時，空氣源熱泵及熱泵循環(huán)泵停止運行，進(jìn)入待機狀態(tài)。

2)當(dāng)太陽能集熱器出水溫度T2大于水箱溫度T3 5℃且T3小于設(shè)定溫度時太陽能循環(huán)泵自動啟動運行；當(dāng)集熱器出水溫度T2與水箱溫度T3溫差小于2 ℃時太陽能循環(huán)泵停止運行。

3)補水控制：當(dāng)水箱水位低于低水位時進(jìn)水電磁閥開啟，進(jìn)行補水；當(dāng)水箱水位達(dá)到高水位時進(jìn)水電磁閥關(guān)閉，停止補水。

5 雨水利用

傳統(tǒng)的雨水設(shè)計只是將雨水進(jìn)行簡單外排，既浪費了潛在的水資源，又增加了雨水外排的能耗。雨水就地下滲和雨水再生利用是雨水設(shè)計節(jié)水節(jié)能的兩種方式。

5.1 雨水就地下滲

在進(jìn)行雨水設(shè)計時給排水專業(yè)應(yīng)與總圖、園林等專業(yè)密切配合，盡量降低建成后場地雨水徑流系數(shù)，減少雨水外排量。主要措施有：

1)降低建設(shè)區(qū)域總徑流系數(shù)。道路鋪裝選用新型透水性材料，比如多孔瀝青、透水性混凝土、透水磚等。

2)為雨水截留創(chuàng)造條件。與總圖、綠化等專業(yè)配合，設(shè)計下凹式道路綠化帶，將雨水口設(shè)在低于道路路面的綠地內(nèi)，使雨水進(jìn)入雨水口前先經(jīng)過綠地進(jìn)行充分吸收下滲。采用滲透式雨水管道，增加雨水在綠地內(nèi)的滲透量，減少雨水外排量。

5.2 雨水再生利用

1)為降低處理成本，收集再生的雨水主要為屋面雨水。

2)《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》中規(guī)定雨水儲存設(shè)施的有效儲水容積不宜小于集水面重現(xiàn)期1年～2年的日雨水設(shè)計徑流總量扣除初期徑流棄流量[2]。針對雨水儲存設(shè)施有效容積，筆者建議應(yīng)根據(jù)項目所在地區(qū)降雨氣候特征區(qū)別對待。當(dāng)可收集降雨量少于需水量時，可按降雨量確定雨水儲池容積；當(dāng)可收集降雨量大于需水量時，可按需水量確定雨水儲池容積。

6 采用節(jié)水型生活用水器具

所謂節(jié)水型生活用水器具是指比同類常規(guī)產(chǎn)品能減少流量或用水量，提高用水效率、體現(xiàn)節(jié)水技術(shù)的器件、用具[3]。隨著我國制造業(yè)的飛速發(fā)展，各種形式的節(jié)水型用水器具在建筑中已經(jīng)被普遍應(yīng)用。建議在保證使用功能的前提下優(yōu)先采用小容積水箱大便器、光電控制式自動沖洗小便器、光電控制式水龍頭等。同時還應(yīng)注意使用新型管材、管件、閥門，杜絕因使用劣質(zhì)管道材料而造成的跑冒滴漏等，使每一滴水都物盡其用。

7 結(jié)語

水是生命之源，是彌足珍貴的。國家在為提高廣大市民的節(jié)水意識做努力，建筑給排水設(shè)計人員更應(yīng)該將節(jié)水節(jié)能的理念融入并體現(xiàn)到自己的工作中，為達(dá)成低能耗型社會做出自己的貢獻(xiàn)。