建筑給排水系統(tǒng)中節(jié)能節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用

李鵬飛

（濟(jì)南建設(shè)設(shè)備安裝有限責(zé)任公司，山東 濟(jì)南 250033）

0 引言

在“雙碳”目標(biāo)背景下，建筑節(jié)能降耗是實(shí)現(xiàn)“雙碳”目標(biāo)，推動綠色發(fā)展的關(guān)鍵所在，所以建筑設(shè)計要關(guān)注給排水節(jié)能節(jié)水設(shè)計，全面降低建筑水資源消耗，滿足建筑節(jié)能節(jié)水的實(shí)際需求。因此，本文結(jié)合實(shí)際工程案例，對于建筑給排水節(jié)能節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)行了探析，為降低建筑能耗，踐行綠色發(fā)展理念提供參考。

1 工程概況

某高層建筑位于南方某市核心區(qū)域，建筑高度為320m，為該區(qū)域的標(biāo)志性建筑。該項目總用地面積、總建筑面積分別為56670m2、414798m2。建筑分為辦公區(qū)域、酒店、展館與裙樓，地下室共4層，地上部分共66層。該高層建筑在給排水設(shè)計時，為節(jié)約水資源，采用節(jié)水技術(shù)，加強(qiáng)對水資源的利用，踐行建筑綠色發(fā)展理念。

2 給排水系統(tǒng)

2.1 給水系統(tǒng)

建筑水源來源于市政自來水，引入1根DN300進(jìn)戶管，滿足項目的用水需求。按照建筑實(shí)際情況，酒店、辦公與商業(yè)設(shè)置計量總水表，數(shù)量為2只，在對生活用水量進(jìn)行確定時，可按照最高日與最大時設(shè)計，二者分別為4044m3/d、437m3/h。

在供水方式上裙房商業(yè)、辦公與酒店采用不同的方式。裙房商業(yè)的生活水池在水泵房內(nèi)單獨(dú)設(shè)置，供水采用變頻恒壓方式；辦公區(qū)域采用二級串聯(lián)水泵－水箱聯(lián)合供水方式；酒店B2層洗衣房、B4層需單獨(dú)設(shè)置，分別為軟水系統(tǒng)（變頻恒壓供水）、軟水處理裝置和軟水貯存池（變頻泵恒壓供水）；裙房衛(wèi)生間使用中水，也就是對酒店標(biāo)準(zhǔn)層的生活廢水進(jìn)行收集，并經(jīng)過處理合格后供給衛(wèi)生間[1]。電加熱熱水器供給辦公和裙房衛(wèi)生間洗手盆用水，采取集中制備的方式供給熱水，采用高溫?zé)崴鳛闊崦剑肴莘e式熱交換器提供。太陽能熱水系統(tǒng)負(fù)責(zé)局部淋浴間的熱水供給。

2.2 排水系統(tǒng)

在該項目中所采取的排水方式為室內(nèi)污、廢水分流制。將環(huán)形通氣管設(shè)置在公共衛(wèi)生間，將器具通氣管設(shè)置在酒店衛(wèi)生間。酒店餐飲部分的排水需合理處理，在一級、二級隔油器處理后可以直接排入生活污水管道[2]。單獨(dú)設(shè)置酒店隔油間。將隔油、沉砂集水井設(shè)置在車庫，污水一體化提升裝置設(shè)置在地下室衛(wèi)生間。酒店每天都會產(chǎn)生大量的污水與廢水，要對污水與廢水進(jìn)行處理，處理合格后方可與雨水管匯集到一起，然后排入新建市政雨污合用的窨井中。排水系統(tǒng)不僅要分流，更要處理好污水，保證污水達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)后再排走，這樣才能確保建筑排水系統(tǒng)符合節(jié)能節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)。

2.3 雨水系統(tǒng)

雨水系統(tǒng)是建筑給排水節(jié)能節(jié)水技術(shù)的要點(diǎn)所在，通過對雨水的收集能有效提升水資源的利用率。在建筑屋頂采用虹吸排水系統(tǒng)，部分裙房屋面采用重力排水系統(tǒng)。在建筑物給排水系統(tǒng)中虹吸排水系統(tǒng)是重要組成部分，可以對降落在建筑物屋面的雨水進(jìn)行排除，避免建筑屋頂發(fā)生滲漏水問題[3]。虹吸排水系統(tǒng)無須設(shè)置坡度，雨水可以速度排除，避免形成屋面積水。虹吸排水系統(tǒng)設(shè)置時，要求與墻之間的距離要≥1m；雨水斗間距＜20m；在檐溝內(nèi)安裝雨水斗，要求檐溝寬度、檐溝斗的雨水斗安裝開口分別為≥350mm、70mm×270mm-290mm×290mm。

部分裙房屋面的重力排水系統(tǒng)設(shè)計，往往會將格柵帽雨水斗和側(cè)入式雨水斗歸為重力流雨水斗，但在屋面斗前格柵帽雨水斗的水深沒有達(dá)到溢流水位要求，這時就會存在重力流態(tài)、兩相流態(tài)和壓力流態(tài)。因此格柵帽雨水斗并非真正意義上的重力流雨水斗。滿管壓力流形成時的斗前水深虹吸斗、87型雨水斗、格柵帽雨水斗分別為78.6mm、92mm、125mm。

2.4 循環(huán)冷卻水系統(tǒng)

循環(huán)冷卻水系統(tǒng)在高層建筑中的應(yīng)用十分普遍，在綠色建筑與節(jié)能減排背景下，要求能對循環(huán)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行配置，減少對水資源的消耗，同時也要對噪聲與振動進(jìn)行控制，確保能滿足該項目的實(shí)際需求[4]。將獨(dú)立的循環(huán)冷卻水系統(tǒng)分別設(shè)置在酒店、辦公和裙房商業(yè)區(qū)。冷卻水進(jìn)、出水溫差需合理控制，控制為5℃，冷卻塔濕球溫度為28.5℃。由于裙房下方為商業(yè)區(qū)，所以要考慮噪聲和震動，可以采用浮筑地臺加彈簧減震器應(yīng)對。在確定循環(huán)冷卻水量時，可以采用公式（1）。

式中：Q——冷卻水量，m3/h；

QK——冷凝器所需置換的熱量，kW；

Q0——制冷量，kW；

?T——冷卻水進(jìn)出口溫度差，℃；

K——制冷機(jī)自耗功率系數(shù)。

2.5 消防系統(tǒng)

該項目采用串聯(lián)式消防給水系統(tǒng)，消防轉(zhuǎn)輸水泵設(shè)置在消防泵房內(nèi)，當(dāng)遇到火災(zāi)避難層消防轉(zhuǎn)輸水箱的補(bǔ)水由消防轉(zhuǎn)輸水泵供給。串聯(lián)式消防給水系統(tǒng)具有較強(qiáng)的可靠性，且噪聲相對較小。該項目中消防水量可按照表1進(jìn)行計算。

表1 消防水量

地下4層的生活原水池、屋頂水箱貯存的消防用水量分別為200m3、36m3；地下4層、34層的水箱、65層的水箱、18層及50層的水箱貯存的消防用水分別為200m3、100m3、576m3、18m3。將智能化消防水炮系統(tǒng)設(shè)置在高度超過12m的區(qū)域，智能化消防水炮系統(tǒng)具有噴射距離遠(yuǎn)、響應(yīng)速度快、智能化自動化水平高等優(yōu)勢，在應(yīng)用中能有效降低火災(zāi)帶來的危害。

3 建筑給排水節(jié)能節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用

在該項目給排水節(jié)能節(jié)水設(shè)計中，要針對不同的區(qū)域設(shè)置不同的供水方式，且要求能重視環(huán)境保護(hù)，要求廢水與污水必須經(jīng)過處理，檢測合格后才可以排入污水管道。該項目主要應(yīng)用了以下幾項節(jié)能節(jié)水技術(shù)[5]。

3.1 雨水的再次回收利用

該項目的雨水收集主要集中在高層虹吸雨水排水系統(tǒng)、下沉式廣場的雨水收集中。首先，超高層虹吸雨水排水系統(tǒng)。建筑受到周圍環(huán)境的影響，大部分屋面雨水只能采取虹吸系統(tǒng)，一部分雨水管采用包柱走室外覆土的形式。將虹吸雨水排水系統(tǒng)設(shè)置在超高層屋面，為讓雨水能順利排放，要將消能裝置設(shè)置在雨水立管低區(qū)的1～8層部分。其次，下沉式廣場的雨水收集。下沉廣場的設(shè)計不僅能為該項目提供更多場所，還能為項目提供綠化景觀，帶來優(yōu)美的視覺享受，但這也增加了雨水處理難度[6]。將400mm寬隱蔽式暗溝設(shè)置在各層的下沉廣場的輪廓線周邊；將DN150的雨水斗設(shè)置在暗溝內(nèi)，雨水斗上設(shè)置防護(hù)濾網(wǎng)，排入雨水井。采用多臺泵的運(yùn)行方式設(shè)置雨水泵，雨水泵2用1備，在雨量較大時3臺泵可以同時啟動。雨水調(diào)蓄池、處理工藝及雨水清水池設(shè)置在地下4層，對收集到的雨水進(jìn)行沉淀、過濾、消毒處理，確保處理過的雨水能滿足綠植灌溉、馬桶用水等需求。

3.2 太陽能熱水器的應(yīng)用

太陽能屬于清潔能源與可再生能源，在現(xiàn)代建筑節(jié)能設(shè)計中太陽能的應(yīng)用十分普遍，常見的為太陽能熱水器。太陽能熱水器由多個元件組成，主要有配水管、循環(huán)泵等。熱水器也分為真空管型熱水器與平板型熱水器[7]。真空管型熱水器的構(gòu)造比較簡單，價格相對較低，加熱可以在玻璃管內(nèi)直接進(jìn)行，熱水可以運(yùn)用落水法獲??；平板型熱水器的冷卻相對較差，但其結(jié)構(gòu)、成本與真空管型熱水器相同。在該項目中，將太陽能熱水器應(yīng)用在員工宿舍、辦公區(qū)域的熱水供給中。太陽能熱水器的應(yīng)用，能有效降低建筑能耗，達(dá)到建筑節(jié)能目的。

3.3 選擇節(jié)水型衛(wèi)生潔具

節(jié)水量需按照LEED評級采取相應(yīng)的手段，確保建筑總體用水量相對基準(zhǔn)建筑能減少20%。在該項目中所采用的雙沖水馬桶、小便器、盥洗室水龍頭、廚房用水龍頭、淋浴花灑分別采用3/4.5L/次、0.5L/次、1.2L/min、3.8L/min、6.6L/min；為滿足LEED的認(rèn)證要求，采用食品級不銹鋼水箱作為機(jī)房內(nèi)生活水箱，確保全部器具能滿足節(jié)能節(jié)水要求。

3.4 節(jié)能型給水加壓設(shè)備的應(yīng)用

市政供水二次增壓設(shè)計中，地下室生活水箱內(nèi)引入市政供水，然后再應(yīng)用變頻加壓裝備讓水能輸送到對應(yīng)的地點(diǎn)。在該項目中采用無負(fù)壓式供水裝備，目前無負(fù)壓式供水裝備分為穩(wěn)流罐式與調(diào)節(jié)水箱式兩種，在水泵前裝設(shè)壓力密封罐的是罐式無負(fù)壓供水設(shè)備。這種方式的水泵通過穩(wěn)流罐吸水，加壓后供至用戶，在降低對公共供水管網(wǎng)的影響時，所采用的調(diào)節(jié)設(shè)備為穩(wěn)流補(bǔ)償器[8]；調(diào)節(jié)水箱式的穩(wěn)流補(bǔ)償器設(shè)置在設(shè)有不承壓的調(diào)節(jié)水箱內(nèi)，每天水箱可以在電控裝置下循環(huán)2次以上，確保水質(zhì)不變。

采用箱式無負(fù)壓供水設(shè)備，公共供水管網(wǎng)壓力≤0.2MPa時，關(guān)閉無負(fù)壓裝置，打開無負(fù)壓進(jìn)水裝置，供水由水箱完成；公共供水管網(wǎng)壓力≥0.2MPa時，打開無負(fù)壓裝置，關(guān)閉無負(fù)壓進(jìn)水裝置需延時10min，供水由公共供水管網(wǎng)完成。在設(shè)備安裝時，需明確安裝工藝流程：檢查安裝池，確保其符合要求→檢查設(shè)備→在各自基礎(chǔ)上固定設(shè)備→連接水管與電纜→試運(yùn)行→調(diào)試。

3.5 消防系統(tǒng)的創(chuàng)新設(shè)計

該項目屬于超高層建筑，所以要對規(guī)范的臨時高壓系統(tǒng)和常高壓消防系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新，在不同區(qū)域采用不同的滅火形式。該項目中酒店、辦公及裙房、65層以上樓層的消防系統(tǒng)分別采用臨時高壓系統(tǒng)、常高壓消防系統(tǒng)、穩(wěn)高壓系統(tǒng)。

臨時高壓系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)一泵到頂，該技術(shù)具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性，在地下4層設(shè)置酒店消防泵房，最不利點(diǎn)標(biāo)高、整體高差分別為171m、190m。同時由于避難層設(shè)置在7層，且建筑物的造型為“月牙”型，設(shè)計時機(jī)房面積受到限制；酒店客房層對設(shè)備的噪聲處理有較高要求，如果設(shè)備噪聲太大會影響酒店運(yùn)營；7層的標(biāo)高、離最不利標(biāo)高距離分別為31m、140m[9]。通過綜合分析，可以采用一泵到頂?shù)呐R時高壓系統(tǒng)。超高層常高壓系統(tǒng)的應(yīng)用，能有效滿足該項目的實(shí)際需求。常高壓消防系統(tǒng)的主要區(qū)域為辦公及裙房。通過對城市自來水管網(wǎng)的利用，可以節(jié)約項目內(nèi)部機(jī)房面積。

超高層建筑使用了高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)，這種系統(tǒng)的用水量較小，且具有較高的滅火性能，且二次損害不大，具有較強(qiáng)的綜合防災(zāi)能力。高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)主要運(yùn)用在網(wǎng)絡(luò)機(jī)房、通信機(jī)房、發(fā)電機(jī)房等區(qū)域。酒店B4層、辦公區(qū)域分別設(shè)置1套高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)、2套高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)。高壓細(xì)水霧滅火系統(tǒng)的壓力在10MPa以上時，采用柱塞泵，系統(tǒng)壓力能達(dá)到100～200MPa，可以產(chǎn)生DV0.99＜100μm的水霧。

3.6 合理配置減壓設(shè)備

超高層建筑在使用過程中超壓出流問題必須面對，建筑給排水設(shè)計過程中通過減壓裝備的使用有效控制底層水壓。該項目中所使用的減壓設(shè)備配置為可調(diào)比例式減壓閥?？烧{(diào)比例式減壓閥在液壓原理下，讓閥后壓力與閥前壓力有一定的比例關(guān)系，加壓閥由閥體、活塞等組成。在高層建筑消防給水系統(tǒng)中管網(wǎng)上無用水時，要求閥前后壓力比在閥門關(guān)閉后處于定值?？烧{(diào)比例式減壓閥的減壓比一般有1.5:1、2:1、3:1和4:1等幾種?？烧{(diào)比例式減壓閥在選擇時要明確出口靜壓與出口動力，可以使用公式（2）進(jìn)行計算。

式中：P1—進(jìn)口壓力，MPa；

P2—出口靜壓，MPa；

α—減壓比；

—出口動力，MPa；

β—動壓系數(shù)。

3.7 中水多次循環(huán)使用

中水就是對人們生活中所產(chǎn)生的廢水進(jìn)行處理，讓廢水達(dá)到一定的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)后再循環(huán)利用。在該項目中中水來源為酒店、辦公、餐飲等。中水循環(huán)利用可以將其作為城市綠化、道路清洗的水源。中水水量的確定對系統(tǒng)設(shè)計、設(shè)備選擇等具有重要價值，所以建筑物中水源水量的計算為：

式中：Q1——原水水量，m3/h；

α——最高日供水水量對平均日供水水量的折扣系數(shù)；

β——建筑物供水水量對排水水量的折減系數(shù)；

Qd——最高生活用水水量，m3/h；

b——建筑物分項給水百分率。

同時，也要合理選擇中水處理工藝，處理工藝有物化處理工藝、物化處理與生物處理相結(jié)合的工藝等，結(jié)合項目實(shí)際情況選擇合適的處理工藝。

4 結(jié)束語

綜上所述，建筑給排水設(shè)計時，選用節(jié)能節(jié)水技術(shù)就是要從節(jié)能、節(jié)水、水資源的利用、污水處理等多個角度出發(fā)，順應(yīng)節(jié)能減排綠色建筑的發(fā)展趨勢，讓建筑的整體能耗下降，降低水資源的浪費(fèi)。隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，建筑給排水節(jié)能節(jié)水設(shè)計將向智能化與自動化方向發(fā)展，這也是未來研究的焦點(diǎn)。