高層建筑給排水設(shè)計要點以及節(jié)能減排設(shè)計的研究

王振亞 中煤西安設(shè)計工程有限責(zé)任公司

1 前言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，建筑行業(yè)近些年來也發(fā)展迅速，人們對建筑行業(yè)的需求是建筑業(yè)發(fā)展的奮斗目標(biāo)。在時代高速發(fā)展的背景下，科學(xué)技術(shù)不斷推進(jìn)，人們的環(huán)保意識逐漸增強，節(jié)能減排相關(guān)技術(shù)措施的研究，也受到充分的重視。此方面的技術(shù)已經(jīng)逐漸成為一種時代發(fā)展趨勢，擁有越來越廣闊的發(fā)展前景。通過完善排水設(shè)施，減少污水對自然水體的污染。節(jié)水設(shè)計的理念可以滿足現(xiàn)如今時代發(fā)展趨勢以及人們新的生活理念，響應(yīng)國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。而節(jié)能減排任務(wù)伴隨著時代高速發(fā)展已迫在眉睫，節(jié)水設(shè)計的實行非常有必要。

2 高層建筑給排水節(jié)水設(shè)計的意義

在建筑工程建設(shè)中，相關(guān)工作人員通常欠缺環(huán)境保護(hù)意識，在建筑給排水施工過程中，容易出現(xiàn)一些對環(huán)境不友好的舉措，造成環(huán)境污染。如果在設(shè)計給排水系統(tǒng)時，過于盲目地追求經(jīng)濟效益，而不結(jié)合實際的工程環(huán)境制定科學(xué)合理的實施方案，并選擇合適的施工材料，將會增加給排水工程的成本，甚至產(chǎn)生重大的危害。使用節(jié)能環(huán)保的建筑材料進(jìn)行施工，可以降低這種污染情況的風(fēng)險，并實現(xiàn)對水資源合理的保護(hù)利用。

如今人們的生活理念發(fā)生了轉(zhuǎn)變，不再僅僅局限于美觀，對環(huán)保健康的要求也越來越高。節(jié)水設(shè)計的實施可滿足人們?nèi)找嬖鲩L的對美好生活的需求，能有效地降低成本，節(jié)約利用資源，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與環(huán)境保護(hù)雙方共贏，最終實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。工程建設(shè)的給排水系統(tǒng)中，節(jié)水設(shè)計可以提高資源利用率，減少能源消耗，改善環(huán)境。因此，應(yīng)該在工程建設(shè)的給排水系統(tǒng)中使用節(jié)水設(shè)計。

3 高層建筑給排水設(shè)計中存在的問題

3.1 冷熱給水系統(tǒng)設(shè)計不科學(xué)

隨著城市的發(fā)展，建筑越來越多考慮設(shè)置集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)。在建筑設(shè)計中，冷熱水壓力設(shè)計不夠科學(xué)，導(dǎo)致熱水出水溫度不穩(wěn)定，給居民的正常生活帶來了麻煩，也造成了很大的水資源浪費。在選用高區(qū)的生活飲用水系統(tǒng)時，大部分采用地下室內(nèi)設(shè)水箱加變頻加壓供水設(shè)備或無負(fù)壓加壓供水系統(tǒng)，總體系統(tǒng)為下行上給式。

而集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的供水方式，則時常采用屋面設(shè)熱水箱的上行下給式開式系統(tǒng)。由于冷熱水給水系統(tǒng)供水形式的不一致，往往出現(xiàn)末端用水器具冷熱水出水壓力不平衡、出水時冷時熱的情況，為了保證末端用水器具壓力平衡增設(shè)減壓閥，又會導(dǎo)致系統(tǒng)更加復(fù)雜，使用可靠性大幅下降，建設(shè)和運行維護(hù)成本進(jìn)一步增加。另由于開式系統(tǒng)造成的水箱二次污染愈發(fā)頻繁，進(jìn)而造成清洗水箱及向水箱充水的次數(shù)增加，又進(jìn)一步造成水資源的浪費。

3.2 建筑給排水系統(tǒng)流量及壓力的合理設(shè)計

在對建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計的過程中，水泵的流量及壓力設(shè)計如果過于保守，會導(dǎo)致水資源得不到充分利用而造成浪費。根據(jù)建筑的實際高度、規(guī)模和功能，將給水系統(tǒng)劃分為幾個不同分區(qū)，在各豎向分區(qū)內(nèi)嚴(yán)格按照有關(guān)規(guī)范確定器具用水定額及水壓要求，以保證用戶能夠用上水，水壓大小在0.15MPa～0.2MPa 內(nèi)即可，無須取上限值增加流量及壓力。且低區(qū)采用市政壓力直供，其他分區(qū)采用變頻供水設(shè)備供水，進(jìn)一步增強了節(jié)能節(jié)水效果。

3.3 工程材料不符合標(biāo)準(zhǔn)

在實際工作中，施工單位為了中標(biāo)項目及增加盈利，或由于缺乏質(zhì)量意識，或為了降低成本，在選用材料的時候往往容易選用價低質(zhì)次的產(chǎn)品。另外，在較大項目中，擁有多家分包單位，還會出現(xiàn)管材不統(tǒng)一的情況，給排水管材選用不當(dāng)，也會導(dǎo)致建設(shè)和使用過程中漏水現(xiàn)象頻發(fā)，造成水資源浪費。因此，在設(shè)計階段就應(yīng)該對各種管材的性能有明確認(rèn)識，盡量選擇衛(wèi)生條件好，安裝簡單可靠，使用年限較長的管材產(chǎn)品。

3.4 雨水回用系統(tǒng)缺乏可行性

在非政府投資項目中設(shè)置的雨水回用系統(tǒng)，大部分為了節(jié)省造價，設(shè)計上即使設(shè)有雨水回用系統(tǒng)，施工過程中也因造價問題而被過分簡化，原本極具節(jié)水功效的這一措施并未實施到位，也進(jìn)一步加劇了水資源的浪費。

4 高層建筑給排水設(shè)計要點以及節(jié)能減排設(shè)計的研究

4.1 建筑給水系統(tǒng)設(shè)計要點

高層建筑的主體結(jié)構(gòu)具有高度高、基礎(chǔ)埋置深度深、施工周期長以及施工條件復(fù)雜等特點。因此，在設(shè)計此類建筑的給水系統(tǒng)時，設(shè)計人員需要綜合考慮建筑占地面積小、居住人口多等因素。在一般情況下，城市給水管網(wǎng)壓力無法滿足高區(qū)供水需求。在設(shè)計給水系統(tǒng)時，設(shè)計人員往往采用分區(qū)供水方式，即高層建筑的低區(qū)直接由城市給水管網(wǎng)供水，高區(qū)由水泵加壓供水。此外，為有效減小高層建筑的供水壓力，還可以采用豎向分區(qū)的給水方式給高層建筑高區(qū)供水。

目前，隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，給水方式日益豐富，當(dāng)下應(yīng)用較為廣泛的方式有并聯(lián)給水、串聯(lián)給水以及減壓給水。在設(shè)計給水系統(tǒng)時，設(shè)計人員不僅要結(jié)合當(dāng)?shù)貙嶋H情況以及建筑特點，還要考慮高層建筑工程造價，做好水量計算工作。在計算過程中，結(jié)合建筑功能計算建筑內(nèi)部的娛樂場所、餐廳等公共區(qū)域的用水量，從而保證給水系統(tǒng)設(shè)計的科學(xué)性和合理性。

4.2 采用雙變頻的泵——變量變壓水泵

給排水節(jié)能技術(shù)在智能建筑中的應(yīng)用，需要良好的給排水節(jié)能設(shè)計，這既是重點，也是難點。變頻調(diào)速泵應(yīng)用于供水工程系統(tǒng)時，可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)供水范圍和速度，有效控制泵的水壓和流量變化，這樣可以減少電能損耗，避免水資源的大量消耗。傳統(tǒng)的變頻控制技術(shù)，均采用變量恒壓控制技術(shù)，控制方式原始，恒定的壓力也滿足最高峰最不利點運行壓力，但是這種時刻在整個運行時間段所占比例不到1/20，設(shè)備絕大部分時間運行在中峰期和低峰期，所以傳統(tǒng)的變量恒壓技術(shù)應(yīng)用于某些工程中已不是最佳方案。

而變量變壓控制技術(shù)，設(shè)備時刻檢測自身運行狀態(tài)，根據(jù)用水情況的不同，輸出滿足工程需要的輸水壓力，使設(shè)備始終處于高效運行狀態(tài)，從而大大降低了設(shè)備的運行費用，節(jié)能效果顯著。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，雙變頻調(diào)速水泵可實現(xiàn)10%～40%的節(jié)電效果，因此雙變頻調(diào)速水泵在當(dāng)前智能建筑中得到廣泛應(yīng)用。在智能建筑中安裝雙變頻調(diào)速水泵，有利于降低給水系統(tǒng)的運行成本，減少了水質(zhì)污染，取得了良好的節(jié)水節(jié)電效果。

4.3 建筑排水系統(tǒng)設(shè)計要點

高層建筑排水系統(tǒng)的排水方式有兩種：分流與合流。隨著國家對環(huán)境保護(hù)重視程度的日益提高，合流方式的使用越來越少，因為這種排水方式極易出現(xiàn)水體污染且浪費水資源，而分流已經(jīng)成為當(dāng)前建筑排水系統(tǒng)的主要方式。高層建筑的整體高度較高，其排水管線也較長。在這種情況下，排水管內(nèi)的污水流量較大且流速較快，若在排水立管底部連接排水支管，則極易出現(xiàn)返溢、漏水等現(xiàn)象。

因此，在設(shè)計此類建筑的排水系統(tǒng)時，設(shè)計人員應(yīng)保證底層衛(wèi)生器具排水管道的獨立性：底層衛(wèi)生器具中的污水應(yīng)單獨排放，底層衛(wèi)生器具的排水管道不能接到排水立管上。當(dāng)排水立管需要轉(zhuǎn)換時，底層衛(wèi)生器具的排水支管可以接到建筑排水橫管上；連接點與立管底部下游的水平距離不宜大于3m且不得小于1.5m。當(dāng)無法滿足該設(shè)計要求時，設(shè)計人員應(yīng)設(shè)計單獨的底層排水支管，將污廢水直接排至室外檢查井。

4.4 引入新型熱水供水系統(tǒng)

在低碳經(jīng)濟背景下，對于建筑給排水設(shè)計是時候采用新型熱水供水系統(tǒng)，實施智能建筑熱水系統(tǒng)設(shè)計，也可以應(yīng)用太陽能技術(shù)與空氣源熱泵的熱水供應(yīng)系統(tǒng)。

（1）在當(dāng)前智能建筑熱水系統(tǒng)的設(shè)計中，主要采用的是干管和立管循環(huán)系統(tǒng)，以保證用水器具更快的取到熱水。此模式在運行過程中，由于支管中的熱水不進(jìn)行循環(huán)，隨著時間的延長，支管中的熱水溫度會逐漸變低，如果需要使用熱水，必須先排出熱水支管中的冷水，才能放出熱水。用水器具停用時間越長，熱水支管中變冷的水越多，需要排放更多的冷水，消耗大量水資源，造成浪費。此外，末端用水器具處冷熱水壓力不平衡，也會造成冷水的大量浪費。因此，有必要對熱水系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，根據(jù)發(fā)展情況充分利用冷熱水系統(tǒng)同源同式，而閉式系統(tǒng)的承壓式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)，空氣源熱泵為一次加熱式熱泵主機，輔助熱源為容積式電加熱器，貯熱水箱為承壓式水箱與無負(fù)壓設(shè)備或是水箱變頻泵組的配合使用，可較好地實現(xiàn)同源同式，充分利用冷水的壓力，冷熱壓力同源末端壓力一致，系統(tǒng)均為下行上給式，水箱又為閉式，更好地實現(xiàn)節(jié)水節(jié)能的技術(shù)要求；再將熱水系統(tǒng)設(shè)計為全循環(huán)式，即干管、立管和支管全部參與循環(huán)，或?qū)χЧ懿扇‰姲闊岽胧?，將無效冷水量控制在最低限度。

（2）太陽能技術(shù)與空氣源熱泵的熱水供應(yīng)系統(tǒng)的應(yīng)用中，要求在熱水供應(yīng)系統(tǒng)運行過程中合理控制熱水流量，以滿足用戶的需要，減少熱水消耗。太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)根據(jù)集熱器類型及其承壓能力、集熱系統(tǒng)布置方式、運行管理條件等，經(jīng)比較采用閉式太陽能集熱系統(tǒng)或開式太陽能集熱系統(tǒng)；開式太陽能集熱系統(tǒng)宜采用集熱、貯熱、換熱一體間接預(yù)熱承壓冷水供應(yīng)熱水的組合系統(tǒng)；隨著科技的不斷進(jìn)步，衛(wèi)生器具及配套水龍頭等設(shè)備制作精良，節(jié)水性能較好，且設(shè)計要求均應(yīng)滿足國家相應(yīng)的節(jié)水器具標(biāo)準(zhǔn)。因此，為控制熱水耗熱量，可盡量減少設(shè)計冗余量，衛(wèi)生器具的一次和小時用水定額及水溫宜按低限取值。積極采用先進(jìn)技術(shù)，如：無動力集熱循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)、智能無機房梯級貯熱裝置（熱源配備太陽能+空氣源熱泵），提高冷熱水轉(zhuǎn)換效率，有效避免二次污染，消除衛(wèi)生隱患，減少水資源的浪費。所選材料應(yīng)具有良好的隔熱性能，以防止傳熱過程中的散熱，并確保充足的熱水供應(yīng)。

將太陽能應(yīng)用于智能建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計中，在于其儲量豐富，經(jīng)過技術(shù)改造之后不會產(chǎn)生大量有害物質(zhì)。智能建筑的熱水器可以充分利用太陽能發(fā)電和提供熱能，熱能傳輸采用真空管和熱管。操作簡便，影響因素少，熱能傳輸效率高。

太陽能及空氣源熱泵在智能建筑給排水系統(tǒng)中的應(yīng)用可以達(dá)到良好的節(jié)能效果，但在具體設(shè)計中需注意水流應(yīng)保持平衡狀態(tài)，以便靈活利用太陽能，并提高集熱效果?？刹捎貌⒙?lián)和串聯(lián)的方式，科學(xué)選擇采集器，即在選擇收集器時，應(yīng)考慮各種參數(shù)，如：規(guī)格、性能等。設(shè)計人員還應(yīng)考慮設(shè)備的抗凍性和承壓性，重視收集器的性能，以有效控制經(jīng)濟成本。對于冬季環(huán)境溫度較低的地區(qū)，太陽能及空氣源熱泵加熱設(shè)備應(yīng)采取防凍措施，防止出現(xiàn)故障。

4.5 雨水的二次利用

在節(jié)水方面，使用非傳統(tǒng)水源，進(jìn)行雨水收集，應(yīng)用節(jié)水器具。節(jié)能環(huán)保已成為當(dāng)下建筑的重點發(fā)展方向，建筑設(shè)計團隊逐漸意識到雨水回收與二次利用的重要性，早期的建筑設(shè)計不太關(guān)注雨水收集。但是，當(dāng)前許多建筑都設(shè)置了雨水收集和回用系統(tǒng)，達(dá)到二次利用雨水的目的。可以建設(shè)一些生態(tài)工程，開設(shè)雨水工程建設(shè)，加強對小區(qū)雨水的控制，把雨水重新利用起來，構(gòu)建成一個海綿性城市。雨水經(jīng)處理后，常用于綠植的灌溉系統(tǒng)、車庫沖洗給水系統(tǒng)、工業(yè)用水系統(tǒng)等。雨水的收集回用還能緩解區(qū)域內(nèi)的雨水排放壓力，在一定程度上降低城市內(nèi)澇發(fā)生的概率。

雨水收集屬于城市水資源多次利用的基本方式之一。一般來說，雨水的整體水質(zhì)會高于中水原水水質(zhì)，通過簡單的沉淀處理就能投入到二次利用當(dāng)中。綜上，提倡合理設(shè)置雨水收集回用系統(tǒng)，實現(xiàn)水資源的有效利用，做到高效用水，安全用水。一方面要提高水資源的二次利用率，另一方面要提高再生水質(zhì)的安全保障，在一定程度上緩解我國水資源缺乏的問題。

4.6 高位消防水箱設(shè)計

高位消防水箱是高層建筑水消防系統(tǒng)的重要組成部分。設(shè)置常高壓給水系統(tǒng)的建筑物，如能保證最不利點消火栓和自動噴水滅火設(shè)備等的水量和水壓，則可不設(shè)高位消防水箱。采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)的建筑物，應(yīng)設(shè)高位消防水箱。在具體設(shè)計中，設(shè)計人員要結(jié)合建筑物類型，確定水箱有效容積，同時根據(jù)消防水箱情況，靈活布設(shè)其位置和高度，比如：重力自流類型的高位消防水箱需要滿足最不利點消火栓靜水壓力，并且高于其所服務(wù)的滅火設(shè)施。否則，則需要增設(shè)穩(wěn)壓泵。為保證最不利點消火栓靜水壓力滿足相應(yīng)參數(shù)，可以將高位消防水箱設(shè)置在建筑屋頂上，將出水管與室外消防環(huán)網(wǎng)管道相連接，從而充分發(fā)揮高位消防水箱撲滅初期火災(zāi)和穩(wěn)定消防管網(wǎng)壓力的作用。

5 結(jié)束語

總而言之，我國社會經(jīng)濟的發(fā)展使得居民的生活水平持續(xù)提升，但這也對環(huán)境質(zhì)量造成了一定的破壞，尤其是水資源浪費的問題始終無法得到有效的遏制。許多建筑在實際使用過程中會產(chǎn)生大量的廢水，為了實現(xiàn)水資源的合理利用，應(yīng)采取科學(xué)的技術(shù)處理措施。對建筑物進(jìn)行給排水節(jié)能減排設(shè)計，科學(xué)合理地利用水資源，能夠起到節(jié)約水資源的作用，且降低水資源的排放量，采取循環(huán)利用的措施，降低排放水對環(huán)境的污染，由此達(dá)到節(jié)能減排的要求。