市政給排水節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)研究

李軍

（南京市市政設(shè)計(jì)研究院有限責(zé)任公司合肥分公司，安徽 合肥 230000）

在全社會(huì)倡導(dǎo)綠色低碳生產(chǎn)生活與可持續(xù)發(fā)展的當(dāng)下，合理節(jié)約能源、科學(xué)利用資源已成為城市建設(shè)的重要理念與實(shí)踐方向。面對(duì)這一形勢(shì)，做好市政給排水系統(tǒng)的構(gòu)建工作，既有利于緩解水資源低效利用與浪費(fèi)流失的問題，也有利于保護(hù)城市人居環(huán)境與自然生態(tài)環(huán)境。所以，有必要以現(xiàn)代化的節(jié)能理念、節(jié)能技術(shù)為依托，積極探索市政給排水設(shè)計(jì)的優(yōu)化路徑與實(shí)現(xiàn)方法。

1 市政給排水節(jié)能設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)價(jià)值

在市政設(shè)施體系中，給排水系統(tǒng)肩負(fù)著重要的民生保障與環(huán)境保護(hù)任務(wù)。一方面，給排水系統(tǒng)的給水部分把控著城市整體的水資源供給與調(diào)配，所以其在很大程度上決定著城市建設(shè)運(yùn)行與規(guī)劃發(fā)展的用水方式與耗水規(guī)模。另一方面，給排水系統(tǒng)的排水部分主要負(fù)責(zé)城市中雨水、污水的排放與處理，其工作質(zhì)量與城市防洪抗?jié)场⑶逵瓿鄣穆鋵?shí)水平密切相關(guān)，并深度影響著城市環(huán)境與自然環(huán)境之間的共生和諧性與互促有效性?；诖?，科學(xué)實(shí)現(xiàn)市政給排水的節(jié)能設(shè)計(jì)，主要可表現(xiàn)出如下價(jià)值作用。

首先，有助于從源頭上做到能源資源節(jié)約與生態(tài)環(huán)境保護(hù)?，F(xiàn)階段，以水資源為核心的污染、短缺與災(zāi)害危機(jī)已成為困擾我國乃至全世界的頭號(hào)問題。對(duì)此，通過改造市政給排水系統(tǒng)，在保障城市穩(wěn)定運(yùn)行、滿足居民日常需求的前提下，制定更合理的工作方案，建立更科學(xué)的給排水技術(shù)體系，并實(shí)現(xiàn)生活污水、生產(chǎn)廢水與自然雨水的凈化處理與循環(huán)利用，一方面能夠顯著降低水資源的利用量與浪費(fèi)程度，將傳統(tǒng)視域下的無用資源轉(zhuǎn)化為可用資源，進(jìn)而有效緩解城市的供水與用水壓力，甚至在很大程度上解決居民取水難、用水難的現(xiàn)實(shí)問題。另一方面，也能夠避免居民生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的污廢水大量排至外部環(huán)境后，對(duì)自然水生態(tài)造成不可逆的消極影響，并可達(dá)成城市內(nèi)部洪澇災(zāi)害發(fā)生幾率的充分防控。

其次，有助于提高城市建設(shè)與城市服務(wù)的整體質(zhì)量。伴隨著我國社會(huì)在經(jīng)濟(jì)、科技、設(shè)施服務(wù)、民生建設(shè)、政策普及等多個(gè)方面的進(jìn)步發(fā)展，人民群眾的生活方式、生活觀念發(fā)生了很大變化。從目前來看，人們?cè)谏a(chǎn)生活基本需求得到滿足的同時(shí)，越來越重視低碳生活、節(jié)約用水，并對(duì)城市的設(shè)施建設(shè)與市政服務(wù)提出了高質(zhì)量、低污染、強(qiáng)技術(shù)、可持續(xù)等諸多要求。所以從這一角度來看，在市政給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與改造中體現(xiàn)節(jié)能性，既是城市建設(shè)順民意、體民情、得民心的重要保證，也是城市發(fā)展順應(yīng)時(shí)代局勢(shì)、社會(huì)形勢(shì)與服務(wù)趨勢(shì)的必行之路。

最后，有助于推動(dòng)相關(guān)理念、技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，并反作用于城市給排水系統(tǒng)在節(jié)能方面的進(jìn)一步優(yōu)化完善。從本質(zhì)上講，任何設(shè)計(jì)理念、應(yīng)用技術(shù)的產(chǎn)生，都源于社會(huì)實(shí)踐的實(shí)際需求。而在依托理念、技術(shù)分析需求、滿足需求的過程中，人們往往又能發(fā)現(xiàn)或提出新的需求，并為理念、技術(shù)的優(yōu)化或創(chuàng)新發(fā)揮導(dǎo)向作用。由此，在市政給排水節(jié)能設(shè)計(jì)的實(shí)踐過程中，通過既有節(jié)能理念、節(jié)能方法與現(xiàn)實(shí)設(shè)計(jì)條件、設(shè)計(jì)需求的動(dòng)態(tài)碰撞與深度交融，將很容易形成“發(fā)現(xiàn)需求→分析需求→優(yōu)化設(shè)計(jì)→解決需求→刺激新需求產(chǎn)生→再次分析優(yōu)化”的趨優(yōu)閉環(huán)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而促成理論研究、技術(shù)開發(fā)、設(shè)施建設(shè)、城市規(guī)劃等多個(gè)領(lǐng)域的共同持續(xù)進(jìn)步。

2 市政給排水節(jié)能設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)策略

2.1 給排水設(shè)施體系的節(jié)能設(shè)計(jì)

輸水管道、閥門法蘭、泵水設(shè)備、分水設(shè)備、加壓設(shè)備等設(shè)備設(shè)施、裝置器件是市政給排水系統(tǒng)構(gòu)建與運(yùn)行的重要物質(zhì)基礎(chǔ)。若基礎(chǔ)設(shè)施體系存在缺陷，將從根本上形成市政水資源低效利用、浪費(fèi)流失的風(fēng)險(xiǎn)隱患，進(jìn)而降低給排水節(jié)能的落實(shí)水平。例如，若輸水管道的材質(zhì)類型、性能質(zhì)量相對(duì)較差，將很容易在水壓負(fù)荷、土壤腐蝕、水體侵蝕等綜合作用下出現(xiàn)破損滲漏的問題。這樣一來，不僅會(huì)導(dǎo)致水資源在傳輸過程中的外滲流失，還會(huì)造成水質(zhì)污染、土體劣化等問題，并涉及到管材更換、管道修復(fù)等需求，進(jìn)一步提高能源資源的消耗等級(jí)。再如，若泵水、分水、加壓等設(shè)備的自動(dòng)化程度不高，或整體性能存在缺陷，勢(shì)必會(huì)降低市政管理中給排水調(diào)控的可行性與精細(xì)性，進(jìn)而導(dǎo)致節(jié)能實(shí)踐淪入“難為無米之炊”的境地之中。

所以，在給排水節(jié)能設(shè)計(jì)的實(shí)現(xiàn)過程中，首要任務(wù)就是以物質(zhì)基礎(chǔ)為抓手，對(duì)各類給排水設(shè)施提出更高的選擇、安裝與投用要求。在構(gòu)建市政給排水管網(wǎng)體系時(shí)，相關(guān)人員應(yīng)做好管道、閥門、密封件等方面的選擇工作。例如，若選擇PVC-U管材，需要做好壓力管與非壓力管的用途區(qū)分，前者主要用于城市供水、建筑給水，后者則主要用于市政排水。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，應(yīng)采取膠粘、膠圈套接等柔性連接方式，并在施工完成后進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)驗(yàn)收與漏水試驗(yàn)。若驗(yàn)收合格、試驗(yàn)通過，則說明給排水管網(wǎng)整體達(dá)標(biāo)，可滿足水資源滲漏浪費(fèi)的規(guī)避需求。反之，則需要對(duì)管道材料、安裝方式、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)等進(jìn)行調(diào)整，直至管網(wǎng)綜合質(zhì)量達(dá)到理想水平。再如，選擇泵水設(shè)備、加壓設(shè)備時(shí)，應(yīng)在保證設(shè)備性能穩(wěn)定、質(zhì)量達(dá)標(biāo)的前提下，著重分析設(shè)備的壓力調(diào)節(jié)區(qū)間與運(yùn)行控制機(jī)制，并盡量選定壓力調(diào)節(jié)靈活、變頻控制精度高的設(shè)備類型。如此一來，既能避免市政給排水系統(tǒng)在供水、排水過程中出現(xiàn)水流壓力、流速不均勻或不可控的故障問題，也能為按需供水、分區(qū)供水、分流排水等節(jié)能機(jī)制的設(shè)計(jì)落實(shí)提供硬件保障。

2.2 市政給水機(jī)制的節(jié)能設(shè)計(jì)

在市政給水機(jī)制的節(jié)能設(shè)計(jì)方面，主要應(yīng)解決好兩點(diǎn)問題：其一，如何實(shí)現(xiàn)市政水資源的供需對(duì)等，從而防止出現(xiàn)供大于需的給水浪費(fèi)問題或需大于供的用水不足問題。其二，如何在不影響居民生產(chǎn)生活的基礎(chǔ)上，降低城市生態(tài)系統(tǒng)的能源與水資源需求?；诖?，可規(guī)劃出如下實(shí)踐思路。

第一，可采取分區(qū)域、分時(shí)段的供水機(jī)制。在分區(qū)域供水的機(jī)制之下，相關(guān)人員首先需要結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)調(diào)查、大數(shù)據(jù)分析、既往資料分析等多種方式，對(duì)城鄉(xiāng)內(nèi)部不同用水區(qū)域、不同用水對(duì)象的實(shí)際情況進(jìn)行精確掌握。其后，以相關(guān)調(diào)查分析結(jié)果為依據(jù)，針對(duì)具體的區(qū)域、對(duì)象設(shè)置差異化的供水方案。例如，對(duì)于工業(yè)生產(chǎn)密集、居民集中居住或以高層建筑為主的區(qū)域，應(yīng)將供水規(guī)模、供水壓力設(shè)置在較高水平，以滿足此類區(qū)域旺盛的用水需求與相對(duì)特殊的上水、輸水需求。而對(duì)于人口規(guī)模小、人為活動(dòng)少的區(qū)域，則可適當(dāng)調(diào)低供水量與供水壓力。如此一來，便能有效解決統(tǒng)一供水時(shí)可能出現(xiàn)的供需不對(duì)等問題，從而在提高市政給水服務(wù)質(zhì)量的同時(shí)，促成能源與水資源的有效節(jié)約和高效利用；在分時(shí)段供水的機(jī)制之下，相關(guān)人員同樣需要預(yù)先做好實(shí)際情況的調(diào)查工作，明確掌握每天24h內(nèi)城鄉(xiāng)居民的普遍性用水規(guī)律。其后，立足現(xiàn)有規(guī)律，將一日內(nèi)多個(gè)用水高峰時(shí)段作為供水階段，其余非高峰時(shí)段則適當(dāng)停止供水。通過這樣的方式，能夠緩解水資源缺乏背景下的市政供水服務(wù)壓力，并能夠大幅度地實(shí)現(xiàn)市政水資源的節(jié)約。但需要注意的是，分時(shí)段供水難免會(huì)引發(fā)非高峰時(shí)段的供需矛盾現(xiàn)象，所以這種機(jī)制應(yīng)盡量用于供水安全應(yīng)急時(shí)期，且相關(guān)部門應(yīng)提前做好公示工作。

第二，可采取減壓節(jié)能的供水調(diào)控手段。通常情況下，給水壓力與市政水資源的浪費(fèi)情況呈正相關(guān)，給水壓力越大，水資源被浪費(fèi)的幾率和程度就越高，反之亦然。所以，在設(shè)計(jì)市政給水機(jī)制時(shí)，可基于不同的用水場(chǎng)景，實(shí)施給水壓力的精細(xì)化控制。例如，對(duì)于醫(yī)院、公園、公共廁所等公共性的用水場(chǎng)景，可將其給水壓力適當(dāng)調(diào)整至常態(tài)標(biāo)準(zhǔn)以下，以0.3Mpa為宜。在此基礎(chǔ)上，若相應(yīng)場(chǎng)景存在特殊的高壓用水需求，可使用建筑設(shè)施自配備的二次加壓系統(tǒng)進(jìn)行滿足。同理，對(duì)于用水壓力標(biāo)準(zhǔn)較高的用水場(chǎng)景，若存在水壓要求不高的部分，也可適當(dāng)安裝控壓閥、減壓板等二次減壓裝置，以達(dá)到減壓節(jié)能的目的。

第三，可采用智能先進(jìn)的供水管控技術(shù)。在科學(xué)技術(shù)蓬勃發(fā)展的新形勢(shì)下，將智能化、自動(dòng)化、先進(jìn)化的新技術(shù)、新工具與市政給水系統(tǒng)結(jié)合起來，能建立優(yōu)質(zhì)的供水、用水管控機(jī)制，從而實(shí)現(xiàn)有效的節(jié)水節(jié)能。在過去很長(zhǎng)一段時(shí)間里，水龍頭、花灑、工業(yè)水槍等設(shè)備裝置在非使用狀態(tài)下未關(guān)閉或未關(guān)緊，都是導(dǎo)致市政水資源嚴(yán)重浪費(fèi)的主要原因。對(duì)此，將接觸感應(yīng)、紅外感應(yīng)、智能啟停等技術(shù)與出水裝置、用水設(shè)備相結(jié)合，便可達(dá)到“即用即出，不用即?！钡乃Y源供應(yīng)效果。例如，可將搭載有踩踏感應(yīng)或紅外感應(yīng)裝置的水龍頭布設(shè)在醫(yī)院、圖書館、公共廁所等公共場(chǎng)所的洗手池處。當(dāng)有人踩踏地面按鈕或?qū)⑹址胖迷诟袘?yīng)區(qū)時(shí)，水龍頭便會(huì)自動(dòng)出水。其后，當(dāng)人清潔完畢并離開后，地面按鈕復(fù)位、感應(yīng)程序結(jié)束，水龍頭則會(huì)自動(dòng)停止出水。這樣一來，相關(guān)水資源浪費(fèi)問題將得到完全解決，市政給排水系統(tǒng)的現(xiàn)代化升級(jí)也得以切實(shí)體現(xiàn)。

2.3 市政排水機(jī)制的節(jié)能設(shè)計(jì)

在市政排水機(jī)制的節(jié)能設(shè)計(jì)方面，既要保證居民生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的污水、廢水一并處理到位，從而在最大程度上降低污廢水對(duì)城鄉(xiāng)人居環(huán)境、自然生態(tài)環(huán)境的負(fù)面影響。同時(shí)，也要對(duì)污廢水的回收再利用提起重視，以進(jìn)一步提高水資源的利用率，并從側(cè)面上降低市政供水的需求規(guī)模。基于此，可規(guī)劃出如下實(shí)踐思路。

第一，做好污廢水的分流處理。結(jié)合社會(huì)經(jīng)驗(yàn)來看，污廢水具有來源多樣的特點(diǎn)，且成分結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，所以其回收利用的價(jià)值也不盡相同。在此背景下，為了實(shí)現(xiàn)污廢水的有效利用，并避免對(duì)城鄉(xiāng)居民的用水安全產(chǎn)生影響，需要根據(jù)生活污水、工業(yè)廢水、自然雨水等污廢水在類型、來源等方面的差異，建立分流排放、分別處理的節(jié)能機(jī)制。例如，在構(gòu)建市政排水管網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)，相關(guān)人員可做好管道走向的分化設(shè)計(jì)，將住宅區(qū)中公共設(shè)施、戶內(nèi)廚房、戶內(nèi)廁所等不同區(qū)域排出的污廢水導(dǎo)向不同的排放系統(tǒng)或蓄水系統(tǒng)。這樣一來，利用價(jià)值相對(duì)較高的生活污水便會(huì)與低價(jià)值的糞便污水相區(qū)別，進(jìn)而達(dá)到可用水資源充分回收的效果，并保證循環(huán)利用水資源的產(chǎn)出質(zhì)量處于較高水平。

第二，做好污廢水的循環(huán)利用。在合理實(shí)現(xiàn)污廢水資源的回收采集后，便可進(jìn)一步建立“中水回用”機(jī)制，實(shí)施變廢為寶的循環(huán)利用措施。簡(jiǎn)單來講，所謂“中水回用”，即把循環(huán)水資源的質(zhì)量處理到一定標(biāo)準(zhǔn)之上，從而將其重新投用到居民的生產(chǎn)生活之中。從實(shí)踐角度來看，雖然可將循環(huán)水資源加工處理到可飲用標(biāo)準(zhǔn)，但受到現(xiàn)有技術(shù)條件限制，整體的投入成本比較高昂，且技術(shù)流程、技術(shù)要求十分復(fù)雜。所以，現(xiàn)階段的中水回用多以達(dá)到“可用不可飲”的標(biāo)準(zhǔn)為主，如應(yīng)用到綠植灌溉、車輛清洗、噴水降溫、灑水降塵、便池沖洗、消防滅火等生產(chǎn)生活環(huán)節(jié)中。在目前，常用的中水回用方式有三種，分別為物理處理法、物理化學(xué)法與生物處理法。其中，物理處理法包括過濾法、加熱法等，物理化學(xué)法包括活性炭吸附法、沉淀法、電解法、浮選法等，生物處理法包括活性污泥法、細(xì)菌凈水法等。這些技術(shù)方法的應(yīng)用難度、投入成本、處理效果各不相同，相關(guān)人員在市政給排水節(jié)能設(shè)計(jì)中應(yīng)結(jié)合實(shí)際的條件與需求酌情進(jìn)行選擇。

第三，優(yōu)化污廢水的排放處理工藝。污廢水處理作為城市排水系統(tǒng)的末端環(huán)節(jié)，在綠色節(jié)能實(shí)踐中具有很強(qiáng)的優(yōu)化必要性。從目前來看，一方面可采取有效的設(shè)備工藝更新手段，將傳統(tǒng)中高能耗、高污染的處理方式剔除出去。例如，可使用磁懸浮風(fēng)機(jī)、空氣懸浮風(fēng)機(jī)替代羅茨風(fēng)機(jī)，將生物倍增工藝、MBR工藝加入污水處理體系，進(jìn)而達(dá)到降低噪聲污染、減少電能消耗、提高出水質(zhì)量等排水系統(tǒng)優(yōu)化目的。另一方面，也可構(gòu)建基于“GLCD”（綠色低碳排水系統(tǒng)）的現(xiàn)代化排水體系，實(shí)現(xiàn)雨污分流、系統(tǒng)截污、管線清淤、景觀美化、水系連通等一體化的市政建設(shè)效果。

第四，運(yùn)用先進(jìn)的管網(wǎng)設(shè)計(jì)技術(shù)。在進(jìn)行市政排水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)時(shí)，若管道布局不合理，或存在冗余性的設(shè)計(jì)部分，不僅會(huì)造成管材資源的浪費(fèi)，還會(huì)對(duì)管網(wǎng)的排水、匯流、分流能力產(chǎn)生影響。對(duì)此，為了實(shí)現(xiàn)市政給排水的節(jié)能設(shè)計(jì)，可將BIM技術(shù)運(yùn)用到設(shè)計(jì)實(shí)踐中，對(duì)排水管網(wǎng)的立面、截面、平面等進(jìn)行協(xié)同化、立體化的同步設(shè)計(jì)，從而更加明確地呈現(xiàn)雨水管道、污水管道等的坡度系數(shù)、連接關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，還可通過BIM技術(shù)的“自動(dòng)鏈接”、“碰撞檢查”等功能，充分排查和去除排水管網(wǎng)設(shè)計(jì)中的矛盾點(diǎn)及冗余部分。這樣一來，便可達(dá)到優(yōu)化管網(wǎng)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)、強(qiáng)化管網(wǎng)排水能力的目的，并為后續(xù)的市政給排水工程建設(shè)提供節(jié)能支持。

2.4 自然雨水資源的合理利用

現(xiàn)階段，“海綿城市”這一雨洪管理理念越來越多地滲透到我國城市規(guī)劃建設(shè)的實(shí)踐當(dāng)中，并在節(jié)水節(jié)能、防洪抗?jié)场h(huán)境美化等多個(gè)方面表現(xiàn)不俗。在市政給排水節(jié)能設(shè)計(jì)中，相關(guān)人員可遵循該理念，通過有效手段賦予城市以類似海綿的吸水、蓄水、用水與排水能力，繼而實(shí)現(xiàn)自然雨水資源的合理利用。例如，可在城市環(huán)境中布設(shè)多種“城市海綿體”，如建筑屋頂花園、下沉式綠地、路邊植草溝、雨水收集系統(tǒng)（如圖1）、透水鋪裝道路等，并配以過濾、導(dǎo)流、管網(wǎng)等系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這樣一來，當(dāng)雨季來臨時(shí)，落于屋面、地面等處的自然雨水便能夠充分、快速地被匯集和吸收，并在市政給排水管網(wǎng)的導(dǎo)向下流入遠(yuǎn)端蓄水池中。其后，再經(jīng)過消毒、凈化等處理，便可有效轉(zhuǎn)化為市政水資源，被正常應(yīng)用于居民的生產(chǎn)生活之中。在“海綿城市”理念的支持下，自然雨水將對(duì)市政水資源發(fā)揮出很大的補(bǔ)充作用，進(jìn)而達(dá)到節(jié)能、節(jié)水的效果。同時(shí)，傳統(tǒng)時(shí)期困擾城市的地表徑流、路面積水、內(nèi)澇災(zāi)害等問題也可得到解決，以確保為社會(huì)的安全穩(wěn)定運(yùn)行與居民的健康舒適生活提供有力保障。

圖1 雨水收集系統(tǒng)

3 結(jié)語

綜上所述，做好市政給排水節(jié)能設(shè)計(jì)的高質(zhì)量、多元化實(shí)現(xiàn)，無論是從資源節(jié)約、能源保護(hù)的角度來看，還是從城市建設(shè)、民生服務(wù)的角度來看，都是極具重要性和必要性的。在具體實(shí)踐中，相關(guān)人員可圍繞給水管控、排水分流、中水回用、雨水利用等多個(gè)方面，進(jìn)行用水需求的降低、供水機(jī)制的調(diào)整與取水來源的拓展，進(jìn)而綜合推動(dòng)城市的節(jié)水節(jié)能建設(shè)與健康可持續(xù)發(fā)展。