市政給排水工程的節(jié)能設(shè)計(jì)路徑探析

文_簡勇翔 福建省環(huán)境保護(hù)設(shè)計(jì)院有限公司

1 市政給排水工程節(jié)能設(shè)計(jì)方案與計(jì)算

1.1 節(jié)能雨水系統(tǒng)

節(jié)能雨水系統(tǒng)是市政給排水工程的核心組成，對工程整體質(zhì)量產(chǎn)生重要影響。為有效提升節(jié)能雨水系統(tǒng)施工質(zhì)量，充分應(yīng)用節(jié)能技術(shù)，技術(shù)人員應(yīng)基于當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)分析，設(shè)計(jì)專門的壓力測量標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)考慮漫溢情況，提升水資源的回收與利用。在具體設(shè)計(jì)實(shí)踐中，技術(shù)人員應(yīng)根據(jù)“就近排放”原則，結(jié)合排放水體差異及地形變化、水系分布情況，對雨水系統(tǒng)進(jìn)行劃分設(shè)計(jì)，以達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)。

雨水排水方案的確定：高水自排方案主要應(yīng)用于不存在防洪、排澇的地區(qū)，且雨水可以直接排入河道；低水泵排方案主要應(yīng)用于沿河地勢較低的地區(qū)，可以通過設(shè)置排澇泵站的方式，解決內(nèi)澇問題。在雨水系統(tǒng)方案確定前，應(yīng)對城市暴雨強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算，具體如公示（1）所示。

式中 —暴雨強(qiáng)度（1/s-ha）；—設(shè)計(jì)重現(xiàn)期（年）；—降雨歷時(shí)。

1.2 節(jié)能污水處理系統(tǒng)

污水處理系統(tǒng)是市政給排水工程的核心系統(tǒng)，是工程價(jià)值發(fā)揮的著重點(diǎn)。在節(jié)能污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)踐中，技術(shù)人員應(yīng)以提升城市污水處理效率為目標(biāo)，以提升整體節(jié)能程度為重點(diǎn)，對節(jié)能污水處理系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。需要注意的是，節(jié)能污水處理系統(tǒng)的建立較為復(fù)雜，特別是在管網(wǎng)連接過程中，若出現(xiàn)連接錯(cuò)誤，則直接失去節(jié)能污水處理系統(tǒng)運(yùn)行效果。為在保證施工質(zhì)量的基礎(chǔ)上，提升污水處理系統(tǒng)的節(jié)能環(huán)保性能，應(yīng)選擇應(yīng)用節(jié)能環(huán)保型材料、高性能復(fù)合型材料，以提升系統(tǒng)自身的環(huán)保性能。

在污水處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)前，技術(shù)人員應(yīng)對城市的污水量進(jìn)行預(yù)測。污水量預(yù)測方法主要有城市單位建設(shè)用地綜合用水量指標(biāo)法、城市單位人口綜合用水量指標(biāo)法、城市綜合污水量指標(biāo)法。污水量流量計(jì)算如公式（2）所示。

式中 —污水流量（L/s）；—設(shè)計(jì)流速（m/s）；—污水水流截面積。

污水流量的變化系數(shù)

式中 —污水流量的變化系數(shù)。

1.3 節(jié)能給水系統(tǒng)

給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)階段，技術(shù)人員應(yīng)積極應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)提升工程的節(jié)能環(huán)保性能，并有針對性地選擇適合不同地區(qū)的節(jié)水技術(shù)，具體如表1所示。

表1 常見節(jié)水技術(shù)

在節(jié)能給水系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，若采用地下水為生活飲用水水源，則水質(zhì)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《地下水質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB/T14848-93的規(guī)定；若采用地表水為生活飲用水水源，水質(zhì)應(yīng)符合現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)《地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)》GB3838-2002的規(guī)定。

2 市政給排水工程節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用

2.1 給水系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

2.1.1 合理規(guī)劃給水系統(tǒng)

給排水工程設(shè)計(jì)人員應(yīng)根據(jù)上述計(jì)算，對給水系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌規(guī)劃，采用直接供水、分區(qū)平衡水壓等方式，對給水系統(tǒng)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)。同時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)城市性質(zhì)，對供水區(qū)域進(jìn)行規(guī)劃，主供水管徑應(yīng)控制在30～60cm，節(jié)省管道維修放水水量，提升管道的給水可控性。

2.1.2 應(yīng)用新能源技術(shù)

化學(xué)法——金屬與水反應(yīng)。這種方法最常用的金屬是鎂。鎂屬于第二主族元素，與鈉同周期，故金屬性比鈉弱，與水反應(yīng)生成物與納與水反應(yīng)相似，條件比鈉要求高。鎂與熱水(冷水)反應(yīng)強(qiáng)烈(緩慢)生成氫氧化鎂沉淀物并置換出氫氣，化學(xué)方程式為，Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑。

為提升工程的節(jié)能效果，設(shè)計(jì)者可以選擇應(yīng)用太陽能作為給水系統(tǒng)的主要能源。尤其是在熱水供應(yīng)系統(tǒng)中，應(yīng)充分發(fā)揮太陽能技術(shù)優(yōu)勢，創(chuàng)新與優(yōu)化熱水供應(yīng)模式，以實(shí)現(xiàn)給排水工程節(jié)能環(huán)保目標(biāo)，從而實(shí)現(xiàn)給水系統(tǒng)更高的社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益。

2.1.3 二次供水設(shè)計(jì)

在管網(wǎng)設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)合理確定供水管的主管管徑，并嚴(yán)格根據(jù)城市的經(jīng)濟(jì)流速控制，設(shè)計(jì)供水管的管徑?；趯?shí)踐經(jīng)驗(yàn)分析，供水管的經(jīng)濟(jì)流速應(yīng)控制在0.6～1.1m/s。

供水管管材選擇方面，設(shè)計(jì)者應(yīng)注重降低管道的粗糙程度，在HDPE管、UPVC管、PCPC管、球墨鑄鐵管、實(shí)壁PE管等管材中搭配使用鋼塑型管材與塑料管材。

在管道施工過程中，注重檢查井施工、基礎(chǔ)、接口、管道與檢查井的出水口等。

在二次供水管網(wǎng)的截污設(shè)計(jì)過程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)確定截流倍數(shù)為1～2，通過計(jì)算截流的雨季污水量，確定污水截流井類型，雨季污水量計(jì)算如公式（4）所示。

2.1.4 給水壓力設(shè)計(jì)

在市政給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)城市用水情況、建筑高度因素等，合理確定給水的壓力，在保證給水壓力可靠的基礎(chǔ)上，避免出現(xiàn)給水壓力不穩(wěn)定，進(jìn)而出現(xiàn)安全事故。以公共建筑為例，水壓應(yīng)控制在0.3MPa，建筑的廚衛(wèi)設(shè)施與衛(wèi)浴器具的給水配件靜壓值應(yīng)設(shè)置為0.45MPa。

2.1.5 減壓閥設(shè)置

現(xiàn)階段，減壓閥以廣泛應(yīng)用于管網(wǎng)設(shè)計(jì)等方面。為有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能目標(biāo)，設(shè)計(jì)者應(yīng)在使用減壓閥過程中，注意以下幾點(diǎn)：

①設(shè)計(jì)者應(yīng)選用高質(zhì)量減壓閥產(chǎn)品，避免出現(xiàn)噪聲、振動(dòng)、縮短配水器材的使用壽命等，進(jìn)而對整個(gè)供水系統(tǒng)的安全性產(chǎn)生影響。

②設(shè)計(jì)者應(yīng)以節(jié)能視角分析，確定減壓閥的設(shè)置方式。分區(qū)減壓閥不適宜進(jìn)行串聯(lián)設(shè)計(jì)，且減壓比應(yīng)符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)及系統(tǒng)應(yīng)用的實(shí)際需求。

③在選用減壓閥過程中，配套附件附近不能設(shè)置旁通閥，并將旁通閥設(shè)置在易于進(jìn)行管理和維護(hù)的位置。

2.2 排水系統(tǒng)的節(jié)能技術(shù)應(yīng)用

2.2.1 明確排水工程節(jié)能設(shè)計(jì)要求

在給排水工程設(shè)計(jì)時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)充分考慮防洪要求，提升系統(tǒng)的自然降水排水能力。同時(shí)，設(shè)計(jì)者應(yīng)收集關(guān)于城市降水的資料，了解降水量的變化情況，并根據(jù)防洪要求設(shè)計(jì)排水系統(tǒng)，確保在大量降水的環(huán)境中，排水系統(tǒng)可以順利排出雨水積水。另外，設(shè)計(jì)者應(yīng)合理設(shè)計(jì)污水截流管道。在污水截流井選型方面，推薦應(yīng)用多種截流井結(jié)合的形式，若合流管出口高程在防洪水位上，則建議應(yīng)用截流槽式截流井；若合流管出口的高程低于防洪水位，且管徑較大，則使用槽堰結(jié)合式截流井。除此之外，設(shè)計(jì)者應(yīng)明確倒虹井設(shè)計(jì)流速為大于0.9m/s，倒虹管管頂距規(guī)劃河底距離一般應(yīng)大于1.0m。

2.2.2 污水管道節(jié)能設(shè)計(jì)

在污水管道節(jié)能設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)保證污水管道與給水管道分開設(shè)計(jì)。在排水管道與污水管道連通管設(shè)計(jì)方面，應(yīng)注意連通管的埋深不應(yīng)過深，只要滿足最小覆土厚度即可。為防止污水回流，可以在連通管設(shè)計(jì)中應(yīng)用閘槽。在排水管道連通管設(shè)計(jì)方面，應(yīng)基于排水管道的排水能力、匯水面積、集水時(shí)間等分析，設(shè)置連通管，確保排水管道為環(huán)狀管網(wǎng)，在達(dá)到節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)的基礎(chǔ)上，改善排水狀況。在排水管道出水口設(shè)計(jì)方面，應(yīng)對排水管道出水口與排放水體水位間的關(guān)系進(jìn)行分析。若排水管道出水口的高度等同或高于排放水體水位，則采取減小管道坡度等處理方式，提升管道設(shè)計(jì)節(jié)能性與質(zhì)量。

2.2.3 水泵、節(jié)水器具與儀表的應(yīng)用

供水系統(tǒng)的節(jié)能效果取決于供水壓力的穩(wěn)定性與水泵選用的合理性。在水泵選擇過程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)針對城市天氣情況、水泵適用條件等進(jìn)行水泵選擇。水泵流量可以根據(jù)最大時(shí)間范圍內(nèi)水的流量進(jìn)行確定，通常設(shè)置為1/1.5-1/3。

節(jié)水器具與儀表主要包括節(jié)水龍頭、水表及計(jì)量裝置。在節(jié)水龍頭選擇過程中，設(shè)計(jì)者應(yīng)選擇質(zhì)量過關(guān)、流量適中的水龍頭。在水表及計(jì)量裝置選擇與應(yīng)用方面，設(shè)計(jì)者應(yīng)根據(jù)相關(guān)規(guī)范要求，結(jié)合城市用水量需求等，選擇質(zhì)量過關(guān)的水表及計(jì)量裝置，避免因計(jì)量裝置故障，無法對給排水管道流量等進(jìn)行精準(zhǔn)監(jiān)控。

3 結(jié)語

市政給排水工程是一項(xiàng)較為復(fù)雜的工作。為提升工程的節(jié)能實(shí)效，設(shè)計(jì)者應(yīng)積極貫徹節(jié)能理念，在最大程度控制工程設(shè)計(jì)與施工成本的基礎(chǔ)上，對給排水工程進(jìn)行綜合設(shè)計(jì)。尤其是在新型能源、節(jié)能材料應(yīng)用方面，設(shè)計(jì)者與技術(shù)人員應(yīng)深入理解與掌握給排水節(jié)能技術(shù)要點(diǎn)，并將技術(shù)深度融入和實(shí)施在設(shè)計(jì)及施工工作中。