建筑給水排水設(shè)計(jì)中節(jié)能減排設(shè)計(jì)分析

杜亭燕

蘭州城市建設(shè)設(shè)計(jì)研究院有限公司 甘肅 蘭州 730050

建筑給水排水系統(tǒng)在現(xiàn)代社會(huì)扮演著至關(guān)重要的角色，然而其高能耗和碳排放問(wèn)題已經(jīng)引起廣泛關(guān)注。隨著能源危機(jī)日益嚴(yán)峻，以及環(huán)境保護(hù)意識(shí)的增強(qiáng)，尋求創(chuàng)新的解決方案勢(shì)在必行。本文旨在通過(guò)探討中間的節(jié)能減排設(shè)計(jì)，解決建筑給水排水系統(tǒng)能源消耗和環(huán)境影響的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。通過(guò)研究創(chuàng)新的設(shè)計(jì)措施，我們可以有效地提高能源利用效率，降低碳排放，為建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)。

1 建筑給水排水系統(tǒng)概述

1.1 給水系統(tǒng)的組成和功能

建筑給水系統(tǒng)是建筑物內(nèi)部的一個(gè)重要子系統(tǒng)，主要目的是將自來(lái)水從供水源輸送到建筑內(nèi)的各個(gè)用水點(diǎn)，滿(mǎn)足人們的生活和工作需求。給水系統(tǒng)由供水源、供水主管、用水點(diǎn)支管、水箱及增壓設(shè)備、閥門(mén)和控制設(shè)備等組成。供水源可以是城市自來(lái)水系統(tǒng)或其他水源，供水主管將供水引入建筑內(nèi)部，用水點(diǎn)支管道將供水傳送到各個(gè)用水點(diǎn)。水箱及增壓設(shè)備用于儲(chǔ)存和增壓供水，閥門(mén)和控制設(shè)備用于調(diào)節(jié)供水流量和壓力。建筑給水系統(tǒng)的功能是穩(wěn)定可靠地提供清潔、安全的自來(lái)水，并滿(mǎn)足建筑內(nèi)不同用水點(diǎn)的需求，包括飲用水、洗浴水、廚房用水等。因此，給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行對(duì)于保障建筑內(nèi)部的水資源供應(yīng)至關(guān)重要。

1.2 排水系統(tǒng)的組成和功能

建筑排水系統(tǒng)是建筑物內(nèi)部的另一個(gè)重要子系統(tǒng)，主要目的是有效收集、排放和處理建筑內(nèi)產(chǎn)生的廢水和污水，保持室內(nèi)環(huán)境的衛(wèi)生和舒適。排水系統(tǒng)通常包括排水管道、通氣管、排水泵、污水處理設(shè)備等。排水管道收集建筑內(nèi)各個(gè)用水點(diǎn)產(chǎn)生的污水和廢水，通氣管用于使排水系統(tǒng)內(nèi)空氣利用、防止水封破壞而設(shè)置的與大氣相通的管道。排水泵位于底部或低洼地區(qū)，確保污水順利流動(dòng)。污水處理設(shè)備用于處理排放的污水，減少對(duì)環(huán)境的污染。通過(guò)排水系統(tǒng)，建筑內(nèi)的廢水和污水可以得到妥善處理，確保建筑環(huán)境的衛(wèi)生和健康，同時(shí)也對(duì)保護(hù)環(huán)境和公共衛(wèi)生起到重要作用[1]。

圖1 給水系統(tǒng)基本組成示意圖

圖2 排水系統(tǒng)基本組成示意圖

2 節(jié)能減排設(shè)計(jì)原則

2.1 設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求

節(jié)能減排設(shè)計(jì)在建筑給水排水系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求是確保系統(tǒng)運(yùn)行的高效性和環(huán)保性。首先，設(shè)計(jì)目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)節(jié)約能源、減少碳排放和提高水資源利用效率。通過(guò)優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)和采用高效設(shè)備，達(dá)到減少能源消耗和對(duì)環(huán)境造成的負(fù)擔(dān)的目標(biāo)。其次，要求建筑給水排水系統(tǒng)在節(jié)能減排的前提下，仍能保持運(yùn)行的安全、穩(wěn)定和可靠。在滿(mǎn)足建筑特性、當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件和法規(guī)要求的基礎(chǔ)上，選擇合適的設(shè)備，合理規(guī)劃管道布局，以確保系統(tǒng)能夠高效地供應(yīng)水資源，并將廢水和污水得到妥善處理，減少對(duì)自然環(huán)境的不良影響。這些設(shè)計(jì)目標(biāo)和要求的實(shí)現(xiàn)將為建筑給水排水系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保效益提供堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

2.2 設(shè)計(jì)考慮因素

在進(jìn)行節(jié)能減排設(shè)計(jì)時(shí)，需要綜合考慮多個(gè)因素，以確保設(shè)計(jì)方案的有效性和可持續(xù)性。設(shè)計(jì)考慮因素包括建筑特性、當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件和設(shè)備選擇。首先，建筑特性方面需要考慮建筑的類(lèi)型、規(guī)模、用途和人口密度等因素，以確定適合的給水排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案。例如，住宅和商業(yè)建筑的水需求和排水量會(huì)有所不同，需要根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行合理規(guī)劃。其次，當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件也是重要因素，包括氣候條件、水資源情況和環(huán)境法規(guī)等。不同地區(qū)的氣候差異會(huì)對(duì)供水和排水需求產(chǎn)生影響，因此需要根據(jù)當(dāng)?shù)厍闆r進(jìn)行設(shè)計(jì)調(diào)整。最后，設(shè)備選擇是節(jié)能減排設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵因素。選擇高效、節(jié)能的設(shè)備可以降低能源消耗和碳排放，例如采用節(jié)水器具、節(jié)能泵和智能控制系統(tǒng)等。綜合考慮這些設(shè)計(jì)考慮因素，可以制定出符合建筑特性和當(dāng)?shù)丨h(huán)境的節(jié)能減排設(shè)計(jì)方案，為建筑給水排水系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)保效益提供支持。

3 給水系統(tǒng)的節(jié)能減排設(shè)計(jì)分析

3.1 給水系統(tǒng)的能耗和碳排放源

一般情況下，給水系統(tǒng)節(jié)能最主要的方案是選用高效節(jié)能設(shè)備和技術(shù)，如低功耗水泵、智能控制系統(tǒng)，來(lái)降低給水系統(tǒng)的能耗，也避免了水資源浪費(fèi)。與此同時(shí)，優(yōu)化供水網(wǎng)絡(luò)布局，減少管道長(zhǎng)度和阻力損失，以降低水的輸送能耗。此外，可再生能源的利用亦是我國(guó)未來(lái)發(fā)展的大勢(shì)所趨。自2021年發(fā)布《建筑節(jié)能與可再生能源利用通用規(guī)范》以來(lái)，很多公共建筑在生活熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上都采用太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)，利用太陽(yáng)能來(lái)提供生活熱水，從而減少了傳統(tǒng)能源的消耗和碳排放。通過(guò)這種實(shí)施方案，可以在給水系統(tǒng)中有效的實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排，為可持續(xù)建筑發(fā)展作出貢獻(xiàn)[2]。

3.2 節(jié)約水資源的設(shè)計(jì)策略

首先，通過(guò)采用節(jié)水器具，如低流量水龍頭、節(jié)水淋浴頭等，可以有效減少給水系統(tǒng)的用水量。例如，公共場(chǎng)所的洗手盆水嘴采用非接觸式或延時(shí)自閉式水嘴能有效避免人為偶然的浪費(fèi)行為。然后，還可采用低水量沖洗設(shè)備，如低流量沖水馬桶，可以顯著減少排水系統(tǒng)的水耗。同時(shí)，安裝節(jié)水器具，如節(jié)水龍頭和自動(dòng)關(guān)閉閥，可以有效控制水流量，避免不必要的水浪費(fèi)。在以上基礎(chǔ)上使用耐腐蝕、耐久性能好的管材、管件和閥門(mén)等，就可以減少管道系統(tǒng)的漏損。

另外，還可以引入更高級(jí)先進(jìn)的系統(tǒng)進(jìn)行全局宏觀(guān)調(diào)控，例如建設(shè)綠色建筑智能化運(yùn)行管理平臺(tái)，充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)，實(shí)現(xiàn)建筑能耗和資源消耗等指標(biāo)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與統(tǒng)計(jì)分析，進(jìn)行協(xié)同控制和優(yōu)化管理，由此達(dá)到智能調(diào)控的目的，進(jìn)一步提升整體的節(jié)能減排效果。

3.3 提高供水效率的設(shè)計(jì)方法

提高供水效率的基礎(chǔ)就是采用高效的供水設(shè)備，如高效變頻水泵，以提高供水的流量和效率。其次，加設(shè)智能控制系統(tǒng)和傳感器技術(shù)，根據(jù)實(shí)際需求精確控制水流，避免浪費(fèi)和過(guò)度使用。例如，一些先進(jìn)的建筑使用智能供水系統(tǒng)，根據(jù)建筑內(nèi)部的需求和人流量實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)和需求進(jìn)行智能化決策，以便調(diào)整供水壓力和流量，提高供水效率。同時(shí)，智能監(jiān)測(cè)系統(tǒng)還可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析給水系統(tǒng)的運(yùn)行情況，及時(shí)發(fā)現(xiàn)和解決問(wèn)題，提高系統(tǒng)的效率和可靠性。通過(guò)這些策略和方法，可以有效提高給水系統(tǒng)的供水效率，減少能源消耗和碳排放，從而實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)。

3.4 優(yōu)化管道布局和降低水力損失

通過(guò)合理規(guī)劃管道布局，縮短管道長(zhǎng)度，減少?gòu)澢头种?，以降低水流的阻力和摩擦損失。同時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)墓艿乐睆胶筒馁|(zhì)，以確保供水的穩(wěn)定性和流量的高效傳輸。此外，可以采用節(jié)流裝置和調(diào)節(jié)閥等措施，根據(jù)實(shí)際需求控制水流量，避免過(guò)度供水和浪費(fèi)。例如，小區(qū)給水系統(tǒng)的生活用貯水池及加壓裝置首選在小區(qū)中部或區(qū)域內(nèi)地勢(shì)較高點(diǎn)，以此來(lái)盡可能減少供水壓差，降低水頭損失，減少不必要的浪費(fèi)。

4 排水系統(tǒng)的節(jié)能減排設(shè)計(jì)分析

給水系統(tǒng)的節(jié)能設(shè)計(jì)重點(diǎn)為減少能源的消耗，而污水的節(jié)能重點(diǎn)則是污、廢資源化利用，減排的同時(shí)回收利用，使其自身形成良性循環(huán)系統(tǒng)，從而達(dá)到長(zhǎng)久穩(wěn)定的節(jié)能效果。

4.1 污、廢水的回收和再利用技術(shù)

我國(guó)在快速發(fā)展的進(jìn)程中發(fā)現(xiàn)水資源的短缺亦是阻礙城市建設(shè)的重要因素，于是越發(fā)重視水資源的回收利用，故而鼓勵(lì)建設(shè)中水系統(tǒng)。污、廢水的回收可以減少對(duì)自來(lái)水的需求，從而降低整體的能耗和碳排放，是對(duì)資源可持續(xù)發(fā)展的重要舉措。

中水系統(tǒng)由原水系統(tǒng)、處理系統(tǒng)和供水系統(tǒng)三部分組成。其中處理系統(tǒng)里采用合適的處理工藝是至關(guān)重要的。由于建筑物污、廢水多為生活污水，故主要使用生物處理為主的工藝流程，如活性污泥法或膜生物反應(yīng)器，可以有效地降解有機(jī)污染物，且污泥產(chǎn)量少、自動(dòng)化管理程度高，適宜用于生活污水為原水的系統(tǒng)。這些工藝?yán)梦⑸锏淖饔脤⑽廴疚镛D(zhuǎn)化為較為穩(wěn)定和無(wú)害的物質(zhì)。這樣可以大大減少排放水質(zhì)中有機(jī)物的含量。同時(shí)，物處理和物化處理相結(jié)合的處理工藝更有利于去除水質(zhì)中的懸浮固體和溶解性無(wú)機(jī)物。例如，通過(guò)沉淀、過(guò)濾、吸附等工藝，可以有效去除懸浮固體和重金屬等有害物質(zhì)。這些工藝可以顯著改善排放水質(zhì)的水質(zhì)指標(biāo)。最后經(jīng)過(guò)消毒后就可用于城市雜用水，如沖廁、澆灑道路、綠化用水、車(chē)輛沖洗等。這種水循環(huán)利用系統(tǒng)從根本上降低了用水量，從而有效地減少對(duì)自然水源的壓力。

同時(shí)，回收并再利用排水系統(tǒng)中的熱能也是一種重要的節(jié)能減排措施，例如利用熱交換技術(shù)，將排水中的熱能轉(zhuǎn)移給冷卻水或加熱水，實(shí)現(xiàn)能量的回收利用。例如，一些建筑利用污水處理廠(chǎng)中的再生水進(jìn)行冷卻塔的供水，實(shí)現(xiàn)了污水的回收再利用，減少了對(duì)自來(lái)水的需求和排水的負(fù)荷。通過(guò)利用回收和再利用技術(shù)，可以最大限度地減少水資源的消耗和排水的產(chǎn)生，實(shí)現(xiàn)排水系統(tǒng)的節(jié)能減排效果[3]。

4.2 雨水回用系統(tǒng)

雨水資源是良好的天然資源，加以利用既能有效緩解城市內(nèi)澇、削減城市徑流污染負(fù)荷，又能節(jié)約水資源、保護(hù)和改善城市生態(tài)環(huán)境，是一舉兩得的良策。雨水回用的第一步是通過(guò)設(shè)置雨水收集設(shè)施，如屋頂雨水收集系統(tǒng)和地面雨水滲透系統(tǒng)，將雨水引導(dǎo)到集水裝置進(jìn)行儲(chǔ)存。第二步，安裝過(guò)濾裝置可以去除雨水中的雜質(zhì)和污染物，確保儲(chǔ)存的雨水質(zhì)量。最后，利用儲(chǔ)存的雨水用于非飲用水需求，如地面沖洗、灌溉和景觀(guān)用水等，可以減少對(duì)公共供水的依賴(lài)，降低水資源的消耗和排水的產(chǎn)生。

4.3 海綿城市的運(yùn)用

隨著我國(guó)城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，開(kāi)發(fā)強(qiáng)度過(guò)高、硬質(zhì)鋪裝多等問(wèn)題也逐漸暴露出來(lái)，也意識(shí)到協(xié)調(diào)城鎮(zhèn)化與環(huán)境資源保護(hù)之間的矛盾，才能實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。故而全國(guó)各地，包括我省部分城市為了響應(yīng)國(guó)家策略，成立了海綿城市試點(diǎn)，如天水市和平?jīng)鍪小?/p>

海綿城市的重點(diǎn)在于充分發(fā)揮城市綠地、道路、水系等對(duì)雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，使城市開(kāi)發(fā)建設(shè)后的水文特征接近開(kāi)發(fā)前，例如透水鋪裝、綠色種植屋面、下沉綠地等。這一系列舉措能有效緩解城市內(nèi)澇、削減城市徑流污染負(fù)荷。還可以采用生物或物理方式凈化和削減峰值流量，如生物滯留設(shè)施、滲透塘及雨水濕地。

除此以外，還可以進(jìn)行雨水存儲(chǔ)和回用，比如建設(shè)蓄水池和雨水罐。蓄水池可結(jié)合雨水回用系統(tǒng)，根據(jù)雨水回用用途（綠化、道路噴灑及沖廁等）不同需配建相應(yīng)的雨水凈化設(shè)施。雨水罐多為成型產(chǎn)品，施工安裝方便，便于維護(hù)，占地面積小，建設(shè)成本較低，是目前建設(shè)實(shí)施比較容易實(shí)現(xiàn)的一種方式。這樣可以節(jié)約水資源、保護(hù)和改善城市生態(tài)環(huán)境，為建設(shè)節(jié)能環(huán)保的低影響開(kāi)發(fā)建設(shè)提供重要保障。

4.4 利用生態(tài)技術(shù)降低排放

在一些天然景區(qū)，如我省冶力關(guān)景區(qū)，景區(qū)內(nèi)山間建設(shè)公共衛(wèi)生間，缺少市政排水條件，無(wú)法配套管網(wǎng)的情況下，即可選用生態(tài)化糞池來(lái)降低對(duì)周邊環(huán)境的污染,高效生態(tài)化糞池通過(guò)獨(dú)特的生物處理工藝設(shè)計(jì)和高效微生物制劑的深度分解作用，可以實(shí)現(xiàn)糞便免清淘和肥料化，對(duì)于環(huán)境保護(hù)和節(jié)能減排都具有重要意義。

5 綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)與績(jī)效評(píng)估

第一，采用整體性的設(shè)計(jì)方法，將給水排水系統(tǒng)與其他建筑系統(tǒng)相互協(xié)調(diào)。通過(guò)系統(tǒng)級(jí)的優(yōu)化和綜合考慮，可以減少能源消耗和排放水質(zhì)。例如，通過(guò)與建筑空調(diào)系統(tǒng)的耦合，可以實(shí)現(xiàn)廢水熱能的回收利用，用于供熱或供冷，從而減少能源消耗。

第二，進(jìn)行性能模擬和評(píng)估，以確定給水排水系統(tǒng)的實(shí)際能耗和環(huán)境影響。利用建筑信息模型（BIM）和模擬軟件，可以模擬系統(tǒng)運(yùn)行情況，并預(yù)測(cè)其能耗和碳排放。這樣可以及早發(fā)現(xiàn)潛在的問(wèn)題，并進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化和改進(jìn)。

第三，建立績(jī)效評(píng)估機(jī)制，定期監(jiān)測(cè)和評(píng)估給水排水系統(tǒng)的運(yùn)行情況和效果。通過(guò)收集和分析系統(tǒng)的實(shí)際數(shù)據(jù)，如能耗、水質(zhì)和排放情況，可以評(píng)估系統(tǒng)的性能和效率。根據(jù)評(píng)估結(jié)果，采取必要的調(diào)整和改進(jìn)措施，以持續(xù)改善系統(tǒng)的性能。

6 結(jié)束語(yǔ)

隨著建筑給水排水設(shè)計(jì)的發(fā)展和普及，節(jié)能減排成為一個(gè)重要的設(shè)計(jì)考慮因素。綜合上述分析，我們需要積極探索創(chuàng)新和應(yīng)用各種節(jié)能減排措施，加強(qiáng)綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)與績(jī)效評(píng)估，從而促進(jìn)建筑給水排水系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展；其中，優(yōu)化排水系統(tǒng)布局和尺寸設(shè)計(jì)可以滿(mǎn)足高效排水需求，減少能源消耗和碳排放；采用低水量沖洗設(shè)備和節(jié)水器具可以提高水資源利用效率，降低水耗和碳排放；利用回收和再利用技術(shù)可以最大限度地減少水資源的消耗和排水的產(chǎn)生；并且，綜合系統(tǒng)設(shè)計(jì)與績(jī)效評(píng)估可以提高整體性能和效率，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)建筑的目標(biāo)。因此，我們要加強(qiáng)創(chuàng)新和應(yīng)用這些節(jié)能減排措施，以更好地推動(dòng)建筑給水排水設(shè)計(jì)的節(jié)能減排，為建筑行業(yè)的全面發(fā)展奠定基礎(chǔ)。