建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水技術(shù)分析

摘要：隨著全球水資源短缺及環(huán)境污染問題日益嚴(yán)峻，開展建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水技術(shù)應(yīng)用研究顯得尤為重要。目前，針對給排水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水技術(shù)的研究已有很多，但很少有研究涉及該技術(shù)在建筑工程中的應(yīng)用及效果評估。在明確建筑給排水系統(tǒng)相關(guān)概念及其重要性的基礎(chǔ)上，闡述給排水節(jié)能節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用原則，并結(jié)合具體案例深度剖析給排水建筑節(jié)能節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用實際，從中水回用系統(tǒng)、雨水收集再利用系統(tǒng)、變頻泵站、節(jié)水型衛(wèi)生潔具等應(yīng)用層面出發(fā)，評價節(jié)能節(jié)水技術(shù)的實際應(yīng)用效果。結(jié)果表明，這些技術(shù)的有效應(yīng)用可顯著降低水資源消耗，減少能源使用，提高給排水系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：建筑給排水；節(jié)能節(jié)水技術(shù)；應(yīng)用原則

中圖分類號：TU82 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）10-0-05

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Analysis of Energy-saving and Water-saving Technology for Building Water Supply and Drainage System

DUAN Yanghui

（Shanxi Polytechnic College， Taiyuan 030006， China）

Abstract： With the increasingly severe global water shortage and environmental pollution problems， it is particularly important to conduct research on the application of energy-saving and water-saving technology in building water supply and drainage system. At present， there have been many studies on energy-saving and water-saving technologies for water supply and drainage systems， but there are few researches on the application and effectiveness evaluation of this technology in construction projects. On the basis of clarifying the relevant concepts and importance of building water supply and drainage systems， this paper elaborates on the application principles of energy-saving and water-saving technologies in water supply and drainage， and deeply analyzes the practical application of energy-saving and water-saving technologies in water supply and drainage buildings through specific cases. Starting from the application levels of reclaimed water reuse system， rainwater collection and reuse system， frequency conversion pumping stations， water-saving sanitary ware， etc.， the actual application effect of energy-saving and water-saving technologies is evaluated. The results show that the effective application of these technologies can significantly reduce water resource consumption， decrease energy consumption， and improve the stability of water supply and drainage systems.

Keywords： building water supply and drainage; energy-saving and water-saving technology; application principle

建筑給排水系統(tǒng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，在環(huán)境保護(hù)、資源節(jié)約等方面發(fā)揮著重要作用。隨著城市化進(jìn)程不斷加快，建筑物數(shù)量急劇增加，導(dǎo)致能源消耗、水資源使用問題日益突出。基于此，針對建筑給排水系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計，分析當(dāng)前建筑給排水系統(tǒng)面臨的主要挑戰(zhàn)以及節(jié)能節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用效果，以期為建筑行業(yè)實現(xiàn)綠色發(fā)展提供借鑒。

1 建筑給排水系統(tǒng)概述

建筑給排水系統(tǒng)是城市基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要組成部分，主要涉及供水、排水兩個方面。供水系統(tǒng)借助特定設(shè)施將地下水輸送至建筑物內(nèi)，以較好地滿足居民日常用水需求；排水系統(tǒng)負(fù)責(zé)收集生活污水及工業(yè)廢水，并將這些廢水排放至處理設(shè)施。

近年來，城市化進(jìn)程不斷加快，住宅區(qū)迅速增多，對給排水系統(tǒng)的需求也顯著增長?，F(xiàn)代給排水系統(tǒng)設(shè)計著重強(qiáng)調(diào)供水、排水功能齊全且布局合理，并采取一系列技術(shù)隔離措施減少兩個系統(tǒng)間的相互干擾。在設(shè)計運營過程中，節(jié)能節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用十分廣泛。實踐表明，引入節(jié)能節(jié)水技術(shù)可有效優(yōu)化水資源分配，促進(jìn)廢水再利用，促進(jìn)城市實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展[1]。

需要注意的是，目前我國建筑給排水工程仍面臨諸多挑戰(zhàn)。一方面，管道漏水問題普遍存在，尤其是一些老舊給水系統(tǒng)，其管線材質(zhì)不佳導(dǎo)致腐蝕、氧化等問題嚴(yán)重，不僅影響供水質(zhì)量，還可能造成二次污染；另一方面，冷熱水供應(yīng)系統(tǒng)資源浪費問題十分突出。目前，很多建筑仍采用燃?xì)鉄崴鞴?yīng)熱水，燃?xì)鉄崴魈峁崴靶枧懦龉軆?nèi)冷水，并使用冷水冷卻系統(tǒng)，會消耗大量水資源。

針對上述問題，目前急需推動建筑給排水系統(tǒng)向高效、節(jié)能、環(huán)保方向快速發(fā)展。此類給排水系統(tǒng)問題的解決需要各級政府提供政策支持，加大資金投入，并結(jié)合節(jié)能節(jié)水技術(shù)創(chuàng)新及管理改進(jìn)，如更新老舊管線、優(yōu)化熱水系統(tǒng)設(shè)計、推廣節(jié)水器材等，有效提升建筑給排水系統(tǒng)的安全性能和利用率。

2 建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用原則

2.1 資源利用最大化原則

建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水技術(shù)應(yīng)用過程中，資源利用最大化是其核心指導(dǎo)思想，即建筑給排水工程應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會3個維度實現(xiàn)資源全面高效管理。技術(shù)層面，可采用高效水處理技術(shù)及智能化管理系統(tǒng)，以有效提高水資源使用效率、減少浪費。經(jīng)濟(jì)層面，強(qiáng)調(diào)成本效益最優(yōu)化，確保技術(shù)投入能帶來合理經(jīng)濟(jì)回報。社會層面，注重公平、可持續(xù)性，給排水節(jié)能節(jié)水技術(shù)的有效應(yīng)用既應(yīng)保障不同群體對水資源的多元化需求，又不損害未來世代資源利用[2]。由此可見，資源利用最大化的綜合考量促進(jìn)了環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會的多贏，為實現(xiàn)建筑給排水系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展奠定了堅實基礎(chǔ)。

2.2 環(huán)境適應(yīng)性原則

針對建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水設(shè)計，必須嚴(yán)格遵循環(huán)境適應(yīng)性原則。環(huán)境適應(yīng)性原則要求建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計中必須與各種環(huán)境條件協(xié)調(diào)統(tǒng)一，即綜合考慮建筑工程所處位置、當(dāng)?shù)貧夂驐l件及周邊水資源配套情況等[3]。在考慮眾多建筑工程環(huán)境條件的基礎(chǔ)上，基于特定設(shè)計實現(xiàn)建筑給排水系統(tǒng)與周圍環(huán)境的和諧共存。具體而言，若建筑工程地處干旱區(qū)域，則給排水系統(tǒng)的節(jié)能節(jié)水設(shè)計應(yīng)更關(guān)注水資源循環(huán)利用；若建筑工程處于多雨區(qū)域，則給排水系統(tǒng)的節(jié)能節(jié)水設(shè)計應(yīng)更關(guān)注雨水循環(huán)利用。在實際設(shè)計過程中，設(shè)計人員還需要結(jié)合當(dāng)?shù)鼐用竦慕?jīng)濟(jì)條件、生活習(xí)慣等因素，盡可能推動給排水系統(tǒng)設(shè)計本地化，增強(qiáng)居民的參與感。

3 建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水技術(shù)應(yīng)用及效果分析

在了解建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水技術(shù)應(yīng)用原則的基礎(chǔ)上，引入實際案例具體分析節(jié)能節(jié)水技術(shù)在建筑給排水系統(tǒng)中的實際應(yīng)用及具體效果。

某住宅小區(qū)項目占地58 424.7 m2，項目共包含10棟住宅樓及地下車庫，住戶共計1 396戶。該項目建筑密度為21.7%，容積率為3.9，綠地率高達(dá)41.5%，展現(xiàn)了良好的居住環(huán)境與規(guī)劃合理性。在設(shè)計供水系統(tǒng)的過程中，小區(qū)采用分區(qū)域供水方式，確保商業(yè)樓、住宅樓可通過市政供水管網(wǎng)獲得優(yōu)質(zhì)淡水。供水系統(tǒng)設(shè)計考慮人口密度和日常用水量，住宅樓按每人每天45 L的標(biāo)準(zhǔn)計算，設(shè)計人口為6 950人，日均供水量達(dá)349 m3，最高峰時段水需求為48.6 m3/h。商業(yè)樓則按每人每天10升的標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計人口為3 500人，日均供水量為27.9 m3，最大小時用水量為4.2 m3。

3.1 中水回用系統(tǒng)

現(xiàn)代建筑工程項目設(shè)計中，可采用中水回用系統(tǒng)實現(xiàn)水資源高效利用，如圖1所示。該系統(tǒng)可有效收集、存儲、處理居民日常生活廢水，將其凈化處理后用于其他途徑，有效提高了水資源再利用率。對于該項目案例，小區(qū)設(shè)計人口為6 950人，日均供水量為349 m3。中水回用量Q1的計算公式為

Q1=∑αβ×Qd×b（1）

式中：α為折扣系數(shù)；β為折減系數(shù)；b為給水百

分率；Qd為最大用水量。設(shè)α為0.9，β為0.85，b為0.3，

Qd為349 m3/d，轉(zhuǎn)換為小時流量約為40 m3/h，代入式（1）可得Q1為9.18 m3/h。因此，該小區(qū)使用的中水回用系統(tǒng)廢水回收能力約為9.18 m3/h，進(jìn)一步凈化處理后的水資源可用于清潔地下車庫、園林綠化等，以此顯著降低對淡水資源的依賴程度，實現(xiàn)水資源有效節(jié)約。此外，中水回用系統(tǒng)設(shè)計需綜合考慮技術(shù)、經(jīng)濟(jì)、社會等多種因素，確保系統(tǒng)環(huán)境適應(yīng)性及其長期高效運行，并持續(xù)監(jiān)測優(yōu)化，以進(jìn)一步提升系統(tǒng)節(jié)水效果及其整體經(jīng)濟(jì)效益。

3.2 雨水收集及調(diào)蓄凈化再利用系統(tǒng)

在建筑項目中，有效利用雨水不僅有助于減少對傳統(tǒng)水資源的依賴，還能顯著提升建筑環(huán)境的可持續(xù)性。下面將針對系統(tǒng)配置和運行機(jī)制，具體探討雨水收集及調(diào)蓄凈化再利用系統(tǒng)設(shè)計方案?？紤]雨水收集系統(tǒng)的效率及其安全性，設(shè)計時必須包括收集區(qū)、輸送系統(tǒng)、儲存設(shè)施及凈化設(shè)備。收集區(qū)由屋頂、地面組成，這些區(qū)域能高效收集雨水。輸送系統(tǒng)包括溝渠、管道和泵站，負(fù)責(zé)將雨水從收集區(qū)傳輸?shù)絻Υ嬖O(shè)施。雨水收集及調(diào)蓄凈化再利用系統(tǒng)工作原理如圖2所示。

儲存設(shè)施設(shè)計需考慮降雨模式及其用途。例如，建筑日均小時用水量為5 m3，且雨水可用于非飲用目的時間約為200 d，則儲存容量至少為1 000 m3。為保證水質(zhì)，儲存雨水應(yīng)通過沉淀、過濾、消毒等步驟進(jìn)行凈化處理。凈化設(shè)備可采用微濾機(jī)、超濾機(jī)或者納濾機(jī)，這些設(shè)備能有效去除水中的懸浮物、細(xì)菌和部分病毒，確保水質(zhì)安全?？紤]實際收集效率通常在80%～90%，設(shè)計時應(yīng)留有適當(dāng)?shù)挠嗔?，確保在雨量較少情況下也能供應(yīng)足夠用水。年雨水收集量Q的計算公式為

（2）

式中：S為建筑物屋頂面積；P為年平均降雨量。某建筑物屋頂面積為1 000 m2，年平均降雨量為800 mm，

代入式（2）可得Q為800 m3。此外，智能監(jiān)控系統(tǒng)是現(xiàn)代雨水收集系統(tǒng)的重要組成部分。智能監(jiān)控系統(tǒng)安裝了傳感器，用于實時監(jiān)測雨水流量、存儲量及水質(zhì)情況。這些數(shù)據(jù)對于及時調(diào)整系統(tǒng)運行狀態(tài)，確保系統(tǒng)穩(wěn)定運行具有重要的意義。

3.3 變頻泵站

建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水技術(shù)應(yīng)用過程中，為減少能源消耗、提升系統(tǒng)運行效率，可引入變頻泵站。尤其在多層建筑中，不同樓層供水需求差異較為顯著，可以采用變頻泵站，根據(jù)實際需求調(diào)整運行頻率，以達(dá)到節(jié)能節(jié)水的目的。

具體而言，本研究項目中地上1層以上樓層采用變頻泵站，樓層分為低層（2～10層）、中層

（11～20層）和高層（21～28層）3個供水區(qū)，每個區(qū)域根據(jù)其供水需求設(shè)計相應(yīng)的變頻調(diào)速參數(shù)。例如，低層供水區(qū)的每臺主泵流量為26 m3/h，揚程為80 m，功率為20 kW。泵站節(jié)能效果對比如圖3所示。從圖3可以看出，變頻節(jié)能水泵在不同供水區(qū)域的節(jié)能效果顯著。在低層供水區(qū)，使用變頻節(jié)能水泵后耗電量從11.83 kW·h降低到7.41 kW·h，每小時節(jié)約

4.48 kW·h，節(jié)能效率達(dá)到62%。中層供水區(qū)的耗電量從33.61 kW·h降低到18.51 kW·h，每小時節(jié)約15.09 kW·h，節(jié)能效率為55%。高層供水區(qū)的耗電量則從42.51 kW·h降低到27.59 kW·h，每小時節(jié)約14.79 kW·h，節(jié)能效率高達(dá)65%。

對比結(jié)果表明，在不同樓層供水系統(tǒng)中應(yīng)用變頻泵站可顯著降低給排水系統(tǒng)的能耗，節(jié)省大量電力資源。因此，在建筑工程項目中可進(jìn)一步推廣應(yīng)用變頻泵站，在提高能源使用效率的同時，為建筑工程長期運營帶來經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。

3.4 節(jié)水型衛(wèi)生潔具

建筑工程項目節(jié)水節(jié)能設(shè)計需要注重選擇節(jié)水型衛(wèi)生潔具，這是實現(xiàn)水資源高效利用的重要措施[4]。潔具設(shè)計選型會直接影響整個建筑的用水量，不同節(jié)水型衛(wèi)生潔具的用水量如表1所示。

雙沖水馬桶主要采用雙沖水設(shè)計，可根據(jù)實際需求選擇不同的沖洗量。節(jié)水型小便器單次沖洗用水量僅為0.5 L。盥洗室選用的節(jié)水型水龍頭每分鐘輸出1.2 L水，可有效減少水流量，達(dá)到節(jié)水效果。廚房也選用了節(jié)水型水龍頭，每分鐘輸出3.8 L水，可較好地滿足廚房洗滌及清潔需要。節(jié)水型淋浴花灑每分鐘輸出6.6 L

水，在控制水流量的同時需要保持舒適沐浴體驗。

對比分析可知，采用節(jié)水型衛(wèi)生潔具可顯著降低用水量。例如，雙沖水馬桶相比傳統(tǒng)馬桶可節(jié)約15%用水量。同時，其他潔具如小便器、水龍頭、淋浴花灑也均實現(xiàn)了不同程度的節(jié)水效果。因此，根據(jù)建筑項目實際需求選擇合適的節(jié)水型衛(wèi)生潔具，對于建筑工程項目給排水系統(tǒng)節(jié)能節(jié)水具有重要意義，可顯著減少用水量，保證良好的使用體驗。所以，在建筑工程項目中優(yōu)先選擇節(jié)水型衛(wèi)生潔具，有助于實現(xiàn)水資源高效利用。

3.5 太陽能熱水系統(tǒng)

在現(xiàn)代建筑工程項目中還可引入太陽能熱水系統(tǒng)。太陽能熱水系統(tǒng)的安裝應(yīng)用，可以一定程度上減少能源消耗及環(huán)境影響。太陽能熱水系統(tǒng)借助太陽能集熱器將太陽能轉(zhuǎn)化為熱能，并將其傳遞給供水系統(tǒng)，以盡可能滿足高層建筑居民熱水需求[5]。

與電熱供熱系統(tǒng)相比，太陽能熱水系統(tǒng)的應(yīng)用優(yōu)勢更顯著。一方面，太陽能熱水系統(tǒng)的能耗較低。本建筑項目中電熱供熱系統(tǒng)的每月平均電耗為

2 040 kW·h，而太陽能熱水系統(tǒng)的每月電耗為541～

1 020 kW·h，平均為778 kW·h。這一數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，太陽能熱水系統(tǒng)的能耗相對較低，能顯著降低對電能的依賴。另一方面，太陽能熱水系統(tǒng)具備一定的電能節(jié)約率。結(jié)合電熱供熱系統(tǒng)及太陽能熱水系統(tǒng)的每月平均電耗，可計算得出太陽能熱水系統(tǒng)較電熱供熱系統(tǒng)的電能節(jié)約率，計算公式為

（3）

式中：S為電能節(jié)約率；Ee為電熱供熱系統(tǒng)的平均電耗，kW·h；Es為太陽能熱水系統(tǒng)的平均電耗，kW·h。太陽能熱水系統(tǒng)和電熱供熱系統(tǒng)的能耗成本如表2所示，代入相關(guān)數(shù)據(jù)可得S約為61.9%。這就意味著太陽能熱水系統(tǒng)能降低對電能的依賴，減少能源消耗及成本支出。在日照充足的條件下，太陽能熱水系統(tǒng)的性能尤佳，能更有效地利用太陽能資源。因此，在可持續(xù)能源利用及節(jié)能方面，太陽能熱水系統(tǒng)具有明顯的優(yōu)勢。

總之，太陽能熱水系統(tǒng)的整體能耗成本較低，且具備一定的電能節(jié)約率，其運行成本與日照條件密切相關(guān)。這些優(yōu)勢使太陽能熱水系統(tǒng)成為可持續(xù)能源利用及節(jié)能設(shè)計的理想選擇。實踐證明，在建筑工程項目給排水系統(tǒng)設(shè)計中引入太陽能熱水系統(tǒng)，是建筑工程節(jié)能節(jié)水技術(shù)應(yīng)用的典型案例，可顯著降低能源消耗及對環(huán)境的不利影響，應(yīng)大力推廣。

4 結(jié)論

結(jié)合具體工程項目案例，深入剖析了建筑給排水系統(tǒng)中節(jié)能節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用原則和實際運用效果。分析結(jié)果表明，在建筑給排水系統(tǒng)中引入中水回用系統(tǒng)、雨水收集再利用系統(tǒng)、變頻泵站、節(jié)水型衛(wèi)生潔具等，可有效降低水資源消耗，減少能源浪費，提高建筑給排水系統(tǒng)的整體運行效率，更大程度上促進(jìn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展。

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