基于給排水視角的建筑節(jié)能減排與設計優(yōu)化

【摘要】文中調研了建筑行業(yè)在能源消耗方面的現(xiàn)狀和挑戰(zhàn)，闡述了建筑水資源利用的現(xiàn)狀和問題，對給排水系統(tǒng)設計對建筑節(jié)能減排的影響進行了分析，并提出了多種優(yōu)化策略。同時，介紹了國內外典型的協(xié)同優(yōu)化實踐案例，并對其節(jié)能減排效果和水資源利用效益進行評估，最后，對未來的可持續(xù)建筑模式提出了合理化建議。

【關鍵詞】節(jié)能減排；給排水系統(tǒng)優(yōu)化；水資源利用

【中圖分類號】TU82 【文獻標志碼】A 【文章編號】1673-6028（2024）07-0055-03

0 引言

隨著全球經濟發(fā)展和城市化進程加速，建筑業(yè)已成為能源消耗和環(huán)境污染的主要源頭之一，給排水系統(tǒng)作為建筑物中至關重要的組成部分，其設計與優(yōu)化將對建筑的可持續(xù)性發(fā)展起到至關重要的作用。傳統(tǒng)的給排水系統(tǒng)存在能源消耗大、污水處理不足等問題，因此有必要深入探討在節(jié)能減排理念下對建筑給排水系統(tǒng)進行設計和優(yōu)化的方法和策略。

1 建筑行業(yè)能耗與水資源利用現(xiàn)狀

1.1 建筑行業(yè)能耗現(xiàn)狀

根據國際能源署的數(shù)據統(tǒng)計，建筑行業(yè)占全球能源消耗約40%，占全球溫室氣體排放約1/3[1]。

1.2 建筑行業(yè)水資源利用現(xiàn)狀

建筑行業(yè)的用水量占據了全球水資源使用的較大比例，尤其是在城市地區(qū)，如圖1所示。建筑行業(yè)對水資源的使用主要包括建筑施工過程中的用水以及一些生產過程所需的工業(yè)用水，廚房、衛(wèi)生間等日常生活所需的生活用水，花園、草坪等澆灌用水，消防用水等方面。

2 給排水系統(tǒng)設計對建筑節(jié)能減排的重要性

2.1 給排水系統(tǒng)概述

給排水系統(tǒng)包括供水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)兩部分，供水系統(tǒng)負責將城市自來水或其他水源引入建筑物，為生活和生產提供所需的清潔水源；排水系統(tǒng)則負責將使用過的污水和廢水排出建筑物，經過處理后回收利用或排放至環(huán)境中。

2.2 給排水系統(tǒng)設計對節(jié)能減排的影響

①保證供水系統(tǒng)的安全可靠，避免出現(xiàn)污染物；②確保排水系統(tǒng)的通暢，避免發(fā)生污水倒灌或管道堵塞 ；③優(yōu)化設計和采用節(jié)水技術實現(xiàn)水資源有效利用及能源節(jié)約；④通過污水處理和廢水回收等措施，降低污染物排放。

3 給排水系統(tǒng)設計優(yōu)化策略

1）分區(qū)布置。根據建筑物的功能和使用需求，合理劃分不同區(qū)域，并依據各區(qū)域的特點確定相應的給排水系統(tǒng)。比如對于住宅功能的建筑物，給水系統(tǒng)對部分區(qū)域應考慮安裝過濾器以確保水質，高層應安裝增壓泵以穩(wěn)定供水；排水系統(tǒng)對廚房、衛(wèi)生間等設施應獨立設置排水系統(tǒng)，使用防臭、防堵塞的排水設備以避免交叉影響和交叉污染；對于低層住宅，可以設置化糞池進行初步處理。

2）管線優(yōu)化。設計合理化的線路，盡量選擇最短、最直接的路徑進行管網布置，減少不必要的彎曲和繞行；考慮管線與道路、建筑物等其他設施的協(xié)調，避免穿越復雜地形或障礙物，以減少施工難度和成本。同時確保不影響整體給排水系統(tǒng)的性能。

3）管材選擇。應根據流量對應的管徑大小、管道設計埋深、運輸流體的性質綜合考慮選擇。管材應具有良好的耐腐蝕性和抗壓強度，安裝方便兼具耐久性，以平衡造價和性能。對于排水管材，應合理進行施工組織設計，減少人工土方開挖量和倒運量。

4）防水設計。注重防水措施，防止漏水和滲漏現(xiàn)象的發(fā)生。地下空間也需采取有效防水措施。

5）排水設計。排水管道坡度應不低于管徑對應的最小坡度，以確保水能順利流動，防止積水和堵塞，一般管道坡度應略大于或等于地面坡度，以保證管道埋深。當?shù)孛嫫露冗^大時，管道坡度不宜跟隨地面坡度，易損壞管道，可通過設置跌水解決。根據場地條件和排水需求，設置合理數(shù)量和位置的排水口。采用格柵、格板、沉沙池等防堵塞設備，預防堵塞。

6）設備配置。選擇能效高、維護方便的水泵、閥門和管件等設備，根據實際需要合理配置水泵功率，通過對水泵進行串并聯(lián)的方式提高運行效率和使用壽命，減少能源消耗和維護成本[2]。

7）安全性與環(huán)保性。設置油水分離裝置、生物處理設備等，定期清除污垢和雜質，以保持管道通暢，延長使用壽命。采用智能控制技術，根據實際需求調節(jié)水泵、閥門等設備運行狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能運行[3]。

根據綜合能碳數(shù)據管控平臺顯示，近年來，通過以上管道管材、管線設計、設備選用、智能控制等措施優(yōu)化給排水系統(tǒng)設計，建筑節(jié)能效果逐年提高見表1。

4 建筑給排水系統(tǒng)中污廢水處理和資源利用回收

4.1 雨水收集與再利用

雨水收集與再利用技術可有效降低建筑的用水量，減少對自來水的需求[4]，節(jié)約水資源，減少對環(huán)境的影響，如圖2所示。

①雨水收集系統(tǒng)：安裝雨水收集裝置，將屋頂、道路等表面徑流的雨水收集起來。②雨水過濾處理系統(tǒng)：對收集到的雨水進行過濾和處理，去除雜質和污染物。③儲水系統(tǒng)：將處理后的雨水儲存起來，并在需要時供給非飲用水用途。

4.2 廢水處理與回用

廢水處理與回用技術可有效降低建筑的污水排放量，減少對環(huán)境的污染，實現(xiàn)資源的循環(huán)利用見圖3。

①生物處理系統(tǒng)：利用生物菌群對廢水中的有機物進行降解和分解，使廢水達到排放標準。②膜分離系統(tǒng)：利用膜過濾技術對廢水進行分離和過濾，去除廢水中的微粒和污染物。③再生水利用系統(tǒng)：將處理后的廢水回收再利用，用于沖廁、洗衣等非飲用水用途。

5 給排水智能化管理系統(tǒng)應用

智能化管理系統(tǒng)通過對給排水系統(tǒng)進行實時監(jiān)測和智能控制，實現(xiàn)精準管理，可以提高給排水系統(tǒng)的運行效率，減少能源消耗，實現(xiàn)節(jié)能減排的目標。

①遠程監(jiān)控系統(tǒng)：實現(xiàn)對給排水系統(tǒng)運行狀態(tài)的遠程監(jiān)測和實時數(shù)據傳輸。②智能控制系統(tǒng)：基于數(shù)據分析和人工智能技術，自動調節(jié)水泵、閥門等設備的運行狀態(tài)，實現(xiàn)節(jié)能運行。③故障預警系統(tǒng)：根據系統(tǒng)數(shù)據，預測系統(tǒng)可能出現(xiàn)的故障并提前進行預警和處理，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行。

6 給排水系統(tǒng)協(xié)同優(yōu)化建筑節(jié)能減排實踐案例分析

6.1 協(xié)同優(yōu)化實踐案例

案例一：上海世博園節(jié)能給排水系統(tǒng)設計。采用了先進的節(jié)能技術和智能控制系統(tǒng)[5]，實現(xiàn)了供水、排水和廢水處理的協(xié)同優(yōu)化。通過優(yōu)化設計和智能控制，成功降低了能源消耗和污水排放，提高了系統(tǒng)的運行效率和節(jié)能減排效果。

案例二：新加坡瀕海灣花園水資源利用系統(tǒng)。案例是一座集供水、景觀灌溉和廢水處理于一體的綜合性建筑。其水資源利用系統(tǒng)采用了雨水收集與再利用、廢水處理與回用等技術，實現(xiàn)了水資源的高效利用和循環(huán)利用，減少了自來水的使用，降低了對水資源的需求。

6.2 國內外其他典型案例節(jié)水利用數(shù)據

典型案例給排水系統(tǒng)優(yōu)化節(jié)水利用數(shù)據見表2。

6.3 國內外其他典型案例節(jié)能減排效果評估

節(jié)能減排效果見表3。

6.4 國內外其他典型案例優(yōu)化效益分析

案例給排水系統(tǒng)優(yōu)化效益分析見表4。

7 建筑給排水系統(tǒng)的發(fā)展趨勢

1）智能化。通過借助傳感器和智能控制系統(tǒng)，可以實時監(jiān)測和控制建筑內部的水量、水質、水溫等參數(shù)，實現(xiàn)自動化排污和斷水監(jiān)測，從而提高系統(tǒng)的安全性和可靠性。

2）環(huán)保化。通過采用高效節(jié)能設備和技術，采用雨水收集利用系統(tǒng)和污水回用系統(tǒng)等技術手段，將建筑內部產生的廢水和雨水資源充分利用起來，實現(xiàn)對水資源的高效利用和對環(huán)境的低碳排放。

3）集成多樣化。未來的建筑給排水系統(tǒng)將更加注重集成化，以提高系統(tǒng)運行的效率和管理水平，同時為了滿足不同建筑類型和需求的多樣性，給排水系統(tǒng)的設計和實施也將更加多樣化。如智能水務系統(tǒng)的應用可以實現(xiàn)用水量的實時監(jiān)測和調控，提高用水效率；雨水收集利用系統(tǒng)可以將雨水進行收集、處理和再利用，實現(xiàn)水資源的可持續(xù)利用；而特殊功能的醫(yī)療廢水處理系統(tǒng)、游泳池循環(huán)水處理系統(tǒng)等，也將在不同領域得到廣泛應用。

8 結語

建筑給排水系統(tǒng)優(yōu)化對于提升建筑可持續(xù)性至關重要，能夠有效降低能源消耗、減少污染排放，實現(xiàn)資源的有效利用。通過系統(tǒng)設計優(yōu)化、雨水收集再利用、廢水處理與回用技術等，可以實現(xiàn)對建筑節(jié)能減排的協(xié)同優(yōu)化，達到更好的節(jié)能減排和水資源利用效益。

參考文獻

[1] 杜昕睿.南京高校民國文物建筑保護與再利用中的熱濕環(huán)境提升研究[D].南京：東南大學，2020.

[2] 張承虎，牛悅娥，苗實，等.一種兼具預除濕與熱能循環(huán)功能的熱泵烘干系統(tǒng)：202210896968[P].2024-05-24.

[3] 祁暢，羅利平.低碳經濟視角下環(huán)境會計的發(fā)展與對策研究[J].內蒙古煤炭經濟，2023（15）：79-81.

[4] 劉峰，鄒燕.定邊縣城防洪及洪水、中水資源化利用初步思路[J].中國設備工程，2021（2）：199-200.

[5] 邵顧平，王威.一種智能衛(wèi)浴即熱模塊 ：CN202311483645.0

[P].2024-01-16.

[作者簡介]楊怡（1992—），女，陜西咸陽人，碩士研究生，工程師，研究方向：水污染治理、固廢填埋及給排水工程設計。

[通信作者]劉凱（1988—），男，西安人，碩士研究生，工程師，研究方向：給排水工程設計。