建筑給排水節(jié)能節(jié)水技術(shù)及其應(yīng)用分析

張殿偉

建筑給排水系統(tǒng)在現(xiàn)代社會中占有重要地位，不僅提供供水和排水服務(wù)，還承擔(dān)著能源消耗和水資源利用的任務(wù)[1]。隨著城市化進(jìn)程的不斷加速和建筑數(shù)量的快速增長，建筑行業(yè)的能源消耗和水資源使用問題已引起廣泛關(guān)注。因此，建筑給排水系統(tǒng)的節(jié)能和節(jié)水已經(jīng)成為迫切需要解決的問題，既涉及環(huán)境的可持續(xù)性，又關(guān)系到資源管理和社會發(fā)展。

1 給排水節(jié)能節(jié)水的意義

1.1 促進(jìn)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展

隨著城市化進(jìn)程的加速和人口增長，建筑行業(yè)對水資源的需求日益增加，由此帶來水資源過度開發(fā)和環(huán)境污染問題，對生態(tài)系統(tǒng)造成嚴(yán)重破壞。為解決此類問題，建筑給排水節(jié)能節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用變得尤為重要。具體為：第1，通過采用高效的給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、雨水收集和回用技術(shù)以及水循環(huán)利用系統(tǒng)，建筑行業(yè)可以減少對地下水和地表水的依賴，從而保護(hù)水資源，減輕生態(tài)系統(tǒng)壓力。第2，水處理和運(yùn)輸需要大量能源，尤其在大型建筑中。通過優(yōu)化給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行可以顯著降低能源消耗，減少與水處理和供應(yīng)相關(guān)的碳排放。第3，通過采用現(xiàn)代化水處理技術(shù)和智能水表等設(shè)備，可以有效監(jiān)控和控制水資源的使用，避免浪費(fèi)。

1.2 提高經(jīng)濟(jì)效益與成本效率

建筑給排水節(jié)能節(jié)水技術(shù)通過提高資源利用效率和減少運(yùn)營成本，可為業(yè)主和使用者帶來顯著的經(jīng)濟(jì)收益。具體為：第1，高效的給排水系統(tǒng)、智能水表和雨水回收系統(tǒng)等技術(shù)能夠減少建筑對市政供水的依賴，從而直接降低水費(fèi)支出。通過使用節(jié)能設(shè)備和材料，可以大幅減少建筑能源消耗，進(jìn)而降低能源費(fèi)用。節(jié)約的費(fèi)用不僅在短期內(nèi)減輕了業(yè)主和用戶的經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)，也為其帶來持續(xù)的經(jīng)濟(jì)收益。第2，節(jié)能節(jié)水技術(shù)雖然需要支出初始資本，但是通常在不久便能夠得到收益回報(bào)。隨著水電費(fèi)用的節(jié)約，投資回收期也逐漸縮短。同時，節(jié)能節(jié)水技術(shù)還能夠減少建筑的維護(hù)成本并延長其使用壽命，這些長期收益均超過了初始投資成本。第3，在環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展下，節(jié)能節(jié)水建筑能夠提高其市場價值，進(jìn)而促進(jìn)綠色建筑和可持續(xù)建筑概念的普及。

1.3 提升社會責(zé)任與公眾意識

對于建筑給排水節(jié)能節(jié)水技術(shù)，提升社會責(zé)任與公眾意識不僅局限于技術(shù)層面，更深入到社會文化和環(huán)境倫理的層面，涉及對水資源可持續(xù)利用和環(huán)保意識的普及教育。具體為：第1，在現(xiàn)代社會，企業(yè)的社會責(zé)任愈發(fā)受到公眾和消費(fèi)者的重視。建筑行業(yè)作為資源消耗和環(huán)境影響較大的行業(yè)之一，其在節(jié)能節(jié)水方面的努力能夠顯著提升品牌形象，樹立行業(yè)典范，從而推動整個行業(yè)向著更加綠色和可持續(xù)的方向發(fā)展。第2，節(jié)能節(jié)水技術(shù)在建筑中的廣泛應(yīng)用，不僅是靜態(tài)的技術(shù)存在，更是向公眾傳遞環(huán)保理念的載體。居民和使用者在日常生活中將直接體驗(yàn)到節(jié)能節(jié)水技術(shù)帶來的益處，從而逐漸形成節(jié)約資源的習(xí)慣和意識。第3，隨著公眾對于生活質(zhì)量的要求提升，環(huán)境友好型技術(shù)成為越來越多人的選擇。這一趨勢鼓勵公眾更加積極地參與到環(huán)?；顒又校M(jìn)而提升整個社會對環(huán)境保護(hù)的重視程度。因此，建筑給排水節(jié)能節(jié)水技術(shù)不僅提升了建筑行業(yè)的環(huán)保形象和社會責(zé)任，也促使公眾接受環(huán)保理念，進(jìn)而在更廣泛的層面推動環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展的進(jìn)程。

2 給排水節(jié)能節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用原則

2.1 資源最大化原則

資源最大化原則不僅局限于物理資源的有效利用，更包括技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會維度的綜合考慮，旨在通過全面而高效的資源管理，實(shí)現(xiàn)環(huán)境與經(jīng)濟(jì)的雙贏。第1，在技術(shù)層面，資源最大化原則強(qiáng)調(diào)利用先進(jìn)技術(shù)方法提高給排水系統(tǒng)的效率，包括運(yùn)用高效的水處理和回收技術(shù)以及智能化管理系統(tǒng)來監(jiān)控和調(diào)節(jié)水資源的使用，從而最大限度減少水資源浪費(fèi)，同時保證給排水系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。第2，在經(jīng)濟(jì)層面，資源最大化原則關(guān)注成本效益最優(yōu)化。在選擇和實(shí)施節(jié)能節(jié)水技術(shù)時，需充分考慮投資回報(bào)率，確保技術(shù)實(shí)施不僅在環(huán)境上可行，在經(jīng)濟(jì)方面同樣合理。第3，在社會維度中，資源最大化原則還強(qiáng)調(diào)公平和可持續(xù)的資源分配。在實(shí)施節(jié)能節(jié)水技術(shù)時，應(yīng)考慮不同群體對水資源的需求，采取一種全面平衡的方法，確保資源利用不僅滿足當(dāng)前所需，而且不會影響未來資源的利用[2]。

2.2 效率優(yōu)化原則

效率優(yōu)化原則不僅僅強(qiáng)調(diào)單獨(dú)設(shè)備的工藝效率，更要考慮設(shè)備之間的協(xié)同作用以及整個系統(tǒng)的綜合效率，包括水的獲取、使用、處理和排放的全過程，要求在設(shè)計(jì)與實(shí)施的各個環(huán)節(jié)中考慮和優(yōu)化資源的使用效率，確保水資源的合理利用。例如，在選擇給水和排水設(shè)備時，需考慮其單獨(dú)的節(jié)水效果以及與系統(tǒng)中其他設(shè)備的配合，確保整個系統(tǒng)高效運(yùn)作。在實(shí)施效率優(yōu)化原則時，還應(yīng)考慮系統(tǒng)長期運(yùn)行效率。在設(shè)計(jì)階段采用先進(jìn)的技術(shù)，在運(yùn)營階段持續(xù)關(guān)注系統(tǒng)的維護(hù)和升級，以應(yīng)對環(huán)境變化和技術(shù)發(fā)展帶來的新挑戰(zhàn)。

2.3 環(huán)境適應(yīng)性原則

環(huán)境適應(yīng)性原則的核心理念在于使給排水系統(tǒng)能夠靈活適應(yīng)不同的環(huán)境條件和需求。在設(shè)計(jì)和實(shí)施給排水系統(tǒng)時，必須考慮建筑所處的地理位置、氣候特征、水資源狀況以及社會經(jīng)濟(jì)背景。該原則倡導(dǎo)對環(huán)境敏感、能夠與周圍環(huán)境和諧共存的設(shè)計(jì)思維。環(huán)境適應(yīng)性原則要求設(shè)計(jì)師和工程師在規(guī)劃和實(shí)施過程中，應(yīng)深入理解并充分考慮當(dāng)?shù)氐沫h(huán)境特征。例如，在干旱或水資源稀缺的地區(qū)，設(shè)計(jì)應(yīng)特別強(qiáng)調(diào)水的節(jié)約和再利用，而在雨量豐富地區(qū)則應(yīng)重視雨水的有效管理和利用。該原則還涉及與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。這意味著給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)營不僅要滿足人們的需求，還需盡量減少對自然生態(tài)的干擾和破壞。環(huán)境適應(yīng)性原則強(qiáng)調(diào)社會經(jīng)濟(jì)因素的考量。在設(shè)計(jì)給排水系統(tǒng)時，需要考慮當(dāng)?shù)鼐用竦纳盍?xí)慣、經(jīng)濟(jì)能力和文化特性，確保技術(shù)方案的可接受性和適用性，進(jìn)而增強(qiáng)社區(qū)參與感。

3 新型節(jié)能節(jié)水技術(shù)在建筑給排水工程中的應(yīng)用

3.1 高效節(jié)水裝置的應(yīng)用

在建筑給排水工程中，高效節(jié)水裝置主要包括低流量潔具、感應(yīng)式龍頭、節(jié)水淋浴系統(tǒng)等，旨在最大限度減少水的使用量，同時保持使用的舒適度和效率。在應(yīng)用過程中，技術(shù)人員需要密切關(guān)注流量控制、安裝參數(shù)、水壓設(shè)定等數(shù)值，以確保裝置能夠有效節(jié)約水資源。

1）在流量控制方面，技術(shù)人員需確保裝置的流量設(shè)置符合節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)。例如，傳統(tǒng)淋浴頭流量通常在9.5 ～15.0 L/min，而節(jié)水淋浴頭則將流量降至6 L/min 以下，意味著可以節(jié)省40%～60%的水量。而節(jié)水型馬桶，其沖水量的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)從傳統(tǒng)的9 ～13 L調(diào)整至4.8 L 或更低，從而顯著減少用水量。在安裝參數(shù)方面，技術(shù)人員需要精確調(diào)整感應(yīng)式水龍頭和自動沖洗系統(tǒng)的安裝高度和感應(yīng)距離。例如，感應(yīng)式水龍頭的理想安裝高度通常為洗手盆上方30 cm 左右，而感應(yīng)距離則應(yīng)在10 ～15 cm。精確的安裝參數(shù)有助于提高設(shè)備的反應(yīng)靈敏度，減少誤操作，實(shí)現(xiàn)有效節(jié)水。水壓設(shè)定也是節(jié)水效果的一個重要因素。節(jié)水裝置的理想工作水壓通常在2 ～4 Pa。若水壓過高，可能導(dǎo)致水流量超出節(jié)水標(biāo)準(zhǔn)，而水壓過低則可能影響用戶體驗(yàn)。因此，技術(shù)人員需要通過調(diào)節(jié)閥門或安裝減壓閥來確保水壓處于最佳范圍內(nèi)。

2）在實(shí)際操作中，技術(shù)人員還應(yīng)關(guān)注節(jié)水裝置的實(shí)際節(jié)水效果。例如，通過安裝節(jié)水裝置后，建筑的日均用水量應(yīng)比安裝前顯著下降，該數(shù)據(jù)需要通過實(shí)時監(jiān)測系統(tǒng)來跟蹤和記錄。對于大型建筑，節(jié)水效果更明顯，節(jié)水量可能達(dá)到每天數(shù)百甚至數(shù)千升。另外，技術(shù)人員應(yīng)定期檢查裝置是否存在泄漏或堵塞，是否需要調(diào)整流量或水壓，以確保裝置長期穩(wěn)定運(yùn)行并保持高效的節(jié)水效果[3]。

3.2 雨水回收與利用技術(shù)的應(yīng)用

在建筑給排水系統(tǒng)中，雨水回收與利用技術(shù)主要涉及收集、儲存和利用降雨產(chǎn)生的雨水，用于灌溉、沖廁、清潔等非直接飲用的場合。施工人員在實(shí)施雨水回收系統(tǒng)時應(yīng)遵循一系列專業(yè)的技術(shù)路徑，以確保系統(tǒng)的高效性和安全性。

雨水收集效率的計(jì)算至關(guān)重要。如某建筑物的屋頂面積為1000 m2，年平均降雨量為800 mm，在理論上年雨水收集量可通過以下公式計(jì)算：

式中：Q為年雨水收集量，m3；S代為屋頂面積，m2；P為年降雨量，mm。

將數(shù)據(jù)代入式（1）計(jì)算可知，年雨水收集量為800 m3。但是，實(shí)際收集量還需要考慮收集效率，通常為80%～90%，即實(shí)際收集量為640 ～720 m3。

儲存容量確定同樣不容忽視。以建筑物的日均用水量和雨水的可用天數(shù)為依據(jù)，技術(shù)人員需要計(jì)算足夠的儲存容量。例如，如果建筑的日均用水量為5 m3，雨水可用天數(shù)約為200 d，則所需的儲存容量至少為1000 m3，才能確保雨水在無雨期間持續(xù)使用。

需精確計(jì)算雨水處理和利用的技術(shù)細(xì)節(jié)。例如，在用雨水沖廁時，每次所需水量約為4.8 L，如果每天沖廁100 次，則所需雨水量為480 L。該計(jì)算有助于技術(shù)人員評估雨水利用的實(shí)際需求和效果。在雨水收集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和安裝方面，技術(shù)人員需考慮管道直徑、過濾系統(tǒng)等參數(shù)。例如，管道直徑的選擇應(yīng)基于最大降雨強(qiáng)度和屋頂面積來計(jì)算，以確保雨水可以快速有效地被引導(dǎo)至儲水設(shè)施中。同時，過濾系統(tǒng)的設(shè)計(jì)還需考慮雨水中可能含有的雜質(zhì)和污染物，確保收集的雨水達(dá)到再利用標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 智能水管理系統(tǒng)的應(yīng)用

智能水管理系統(tǒng)通過集成先進(jìn)的傳感器、自動化控制技術(shù)和數(shù)據(jù)分析工具，能夠?qū)崟r監(jiān)測、管理和優(yōu)化建筑內(nèi)水的使用情況。第1，技術(shù)人員應(yīng)考慮建筑用水特征。例如，如果建筑日均用水量為2000 m3，那么系統(tǒng)設(shè)計(jì)應(yīng)能夠處理和監(jiān)控這一水量級，傳感器的選擇和布局成為關(guān)鍵。水流量傳感器的精度通常需要在±1%的誤差范圍內(nèi)，以此確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。第2，在系統(tǒng)配置方面，技術(shù)人員需根據(jù)建筑的具體用水需求設(shè)定參數(shù)[4]。例如，智能灌溉系統(tǒng)能夠根據(jù)土壤濕度和天氣預(yù)報(bào)自動調(diào)整灌溉計(jì)劃。如果土壤濕度傳感器設(shè)定的閾值為30%～50%，當(dāng)土壤濕度低于30%時，系統(tǒng)自動啟動灌溉。而當(dāng)濕度高于50%時，系統(tǒng)則停止灌溉，以此實(shí)現(xiàn)水資源的高效利用。第3，智能水管理系統(tǒng)還包括實(shí)時監(jiān)控和數(shù)據(jù)分析功能。技術(shù)人員需關(guān)注系統(tǒng)生成的數(shù)據(jù)報(bào)告，如每小時的用水量、壓力變化、溫度等。如果監(jiān)測到某一時段的用水量異常增加，則表明系統(tǒng)可能存在泄漏或其他問題，應(yīng)及時響應(yīng)。同時，系統(tǒng)用戶界面設(shè)計(jì)要考慮數(shù)據(jù)的可視化和易用性。技術(shù)人員應(yīng)確保系統(tǒng)界面能夠清晰顯示實(shí)時用水量、歷史數(shù)據(jù)趨勢等關(guān)鍵指標(biāo)，方便用戶監(jiān)控和管理。

3.4 廢水處理與再利用技術(shù)的應(yīng)用

建筑廢水處理與再利用技術(shù)旨在將來自建筑活動的廢水，通過一系列處理過程轉(zhuǎn)化為可再利用的水資源，從而減少對傳統(tǒng)水源的依賴，提高水資源的循環(huán)利用率。在實(shí)施這一技術(shù)時，技術(shù)人員需準(zhǔn)確計(jì)算建筑廢水的產(chǎn)生量[5]。例如，一個中型辦公樓每天廢水產(chǎn)生量約為5000 L，技術(shù)人員需確保廢水處理設(shè)施的設(shè)計(jì)容量不小于該值。需要考慮處理設(shè)施的冗余能力，以應(yīng)對可能的用水量波動或未來用水量的增加。在水質(zhì)參數(shù)方面，技術(shù)人員需根據(jù)目標(biāo)用途設(shè)定相應(yīng)的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

若計(jì)劃將處理后的廢水用于沖廁和園林灌溉，需確保其濁度、化學(xué)需 氧 量（Chemical Oxygen Demand，COD）、氨氮等指標(biāo)符合相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。例如，處理后廢水的COD 值應(yīng)低于100 mg/L，以滿足再利用要求。此外，系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和運(yùn)行還應(yīng)考慮廢水中污染物的種類和濃度。若進(jìn)入處理設(shè)施的廢水中氨氮濃度為25 mg/L，而出水標(biāo)準(zhǔn)要求氨氮濃度低于至10 mg/L，則處理系統(tǒng)需要具備至少將氨氮濃度降低15 mg/L 的能力。在系統(tǒng)維護(hù)方面，技術(shù)人員需定期監(jiān)測和記錄進(jìn)出水COD、氨氮濃度、總懸浮固體（Total Suspended Solids，TSS）等關(guān)鍵指標(biāo)，以評估系統(tǒng)的運(yùn)行效果，以確保處理質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)。

3.5 建筑排水熱回收技術(shù)的應(yīng)用

建筑排水熱回收技術(shù)通過回收建筑排水中的熱能來減少能源消耗和水資源浪費(fèi)。為此，技術(shù)人員應(yīng)先評估建筑物的排水量、溫度、流速等參數(shù)，確定排水系統(tǒng)的特點(diǎn)。例如，一棟居民樓的熱回收系統(tǒng)可能需要考慮每天的熱水使用量，其平均溫度為35 ～40 ℃，流速則取決于建筑物的具體排水設(shè)計(jì)。然后再選擇合適的熱回收設(shè)備至關(guān)重要。目前，市場中的熱回收裝置種類繁多，技術(shù)人員需根據(jù)建筑物的具體需求和排水特性來選型。對于住宅建筑，較為常見的是管式換熱器或板式換熱器。其中管式換熱器以其結(jié)構(gòu)簡單、維護(hù)方便而受到青睞，板式換熱器則以高效的熱交換性能著稱。因此選擇時不僅要考慮換熱效率，還要考慮設(shè)備的耐用性、安裝和維護(hù)的便利性以及成本效益。系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與安裝也是實(shí)現(xiàn)高效熱回收的關(guān)鍵，技術(shù)人員需根據(jù)建筑的熱回收系統(tǒng)布局、管道尺寸和材質(zhì)選擇，以及與現(xiàn)有給排水系統(tǒng)的接口方式等具體條件設(shè)計(jì)出最佳的熱回收方案。如一棟新建的商業(yè)大廈的熱回收系統(tǒng)可能需要設(shè)計(jì)為集中式，管道直徑應(yīng)達(dá)到100 mm，以保證足夠的流量，而材質(zhì)需選擇耐腐蝕的不銹鋼材料。

同時，系統(tǒng)設(shè)計(jì)還應(yīng)考慮長期運(yùn)行中的能耗和維護(hù)成本，以及優(yōu)化流速、溫度差等操作參數(shù)，以保證系統(tǒng)的高效運(yùn)行。技術(shù)人員應(yīng)配置溫度傳感器、流量計(jì)等先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)，用于監(jiān)測關(guān)鍵參數(shù)，及時調(diào)整操作策略。監(jiān)控系統(tǒng)需安裝在熱交換器的進(jìn)出口處，以精準(zhǔn)測量溫度計(jì)算出實(shí)時的熱回收效率。

4 結(jié)語

為促進(jìn)建筑行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)在實(shí)踐中積極采用高效節(jié)水裝置、雨水回收與利用技術(shù)、智能水管理系統(tǒng)以及建筑廢水處理與再利用技術(shù)，并與政策制定者、研究機(jī)構(gòu)和行業(yè)伙伴合作。未來研究應(yīng)繼續(xù)深入探討新技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，進(jìn)一步提高建筑給排水系統(tǒng)的效率。