某高層綠色建筑雨水回收系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

曹 苑 （安徽建工集團(tuán)有限公司建筑設(shè)計(jì)研究院，安徽 合肥 230001）

1 背景

我國(guó)水資源浪費(fèi)十分嚴(yán)重，水資源匱乏是不爭(zhēng)的事實(shí)。減少水資源的浪費(fèi)、循環(huán)使用水資源課題亟待解決。隨著水資源供需矛盾的日益加劇，建筑行業(yè)正采取很多有效的措施，因地制宜的進(jìn)行雨水綜合利用。建筑物采用雨水回收收集系統(tǒng)，是綠色建筑的要求，符合我國(guó)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。

雨水回收技術(shù)具有如下諸多優(yōu)勢(shì)。首先，雨水屬于優(yōu)質(zhì)資源，雨水的主要污染物為顆粒物，經(jīng)過簡(jiǎn)單處理即可作為雜用水來源，即非飲用水來源。第二，雨水的來源較為廣泛，包括路面及其公共區(qū)域匯集的雨水、綠化區(qū)域匯集的雨水和屋頂所匯集的雨水，可以利用建筑屋周邊構(gòu)筑物、雨水管道進(jìn)行收集，設(shè)置雨水調(diào)節(jié)構(gòu)筑物，不需要增設(shè)專門的雨水管道，可以減少投資成本。第三，雨水處理的工藝流程比較簡(jiǎn)單，雨水水質(zhì)的污染程度主要取決于地面污染程度、道路墊層和屋面的材質(zhì)以及不同季節(jié)的雨水量和大氣空氣質(zhì)量等。CODcr是衡量雨水污染程度的主要指標(biāo)，初期雨水的質(zhì)量不佳，CODcr指標(biāo)可達(dá)1000mg/L，利用價(jià)值不高，需要將初期雨水排放之后，收集利用中后期雨水，此時(shí)的雨水CODcr指標(biāo)僅為50mg/L～100mg/L，物化處理后即可滿足城市雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，用于城市綠化澆灌、道路及地庫清洗等用途。

合肥地區(qū)屬亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候，地處中緯度地帶，位于江淮之間，全年氣溫冬寒夏熱，春秋溫和，屬于暖溫帶向亞熱帶的過渡帶氣候類型，為亞熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候。年平均氣溫15.7℃，降雨量近1000mm，日照2100多個(gè)小時(shí)。

合肥的氣候特點(diǎn)是，四季分明，氣候溫和、雨量適中、春溫多變、秋高氣爽、梅雨顯著、夏雨集中。春天冷暖空氣活動(dòng)頻繁，常導(dǎo)致天氣時(shí)晴時(shí)雨，乍暖乍寒，復(fù)雜多變。夏季季節(jié)最長(zhǎng)，天氣炎熱，雨量集中，降水強(qiáng)度大，雨量主要集中在5～6月的梅雨季節(jié)。秋季季節(jié)最短，氣溫下降快，晴好天氣多。冬季天氣較寒冷，雨雪天氣少，晴朗天氣多。

年降雨氣候資料 表1

綜上分析，從合肥本地的氣候條件來看，雨水收集利用具有一定的經(jīng)濟(jì)性和可行性。

2 項(xiàng)目概況

創(chuàng)新國(guó)際項(xiàng)目基地位于合肥市高新區(qū)彩虹路與創(chuàng)新大道交口西北側(cè)，為一類高層綜合辦公樓，地上23層，含辦公會(huì)議、健身、餐飲和中型商業(yè)等功能，頂層為空中花園，屋頂為上人平屋面,地上總建筑面積62049m2。地下室共2層，為地下車庫及設(shè)備用房，建筑面積15118m2，本工程總建筑面積77167m2。

圖1 建筑設(shè)計(jì)效果圖

3 項(xiàng)目給排水設(shè)計(jì)

3.1 生活給水系統(tǒng)

本項(xiàng)目總體供水由城市自來水作為水源。本建筑生活用水采用分區(qū)供水方式。

3.1.1 分質(zhì)供水

根據(jù)項(xiàng)目場(chǎng)地標(biāo)高和用水量平衡，本項(xiàng)目收集部分綠地、硬質(zhì)地面、屋面的雨水，處理后回用于景觀補(bǔ)水、綠化澆灌、道路廣場(chǎng)沖洗、地庫澆灑。當(dāng)回用雨水不足時(shí)，采用市政自來水作為補(bǔ)充，且景觀補(bǔ)水不采用市政自來水，其它用水采用市政自來水。

3.1.2 分區(qū)供水

本工程采用分區(qū)供水系統(tǒng)。負(fù)二層至四層為Ⅰ區(qū)，由市政給水管網(wǎng)直接供水。五層至十層為Ⅱ區(qū)，由設(shè)于負(fù)二層生活泵房?jī)?nèi)的Ⅱ區(qū)變頻供水設(shè)備加壓供水。十一層至十七層為Ⅲ區(qū)，由設(shè)于負(fù)二層生活泵房?jī)?nèi)的Ⅲ區(qū)變頻供水設(shè)備加壓供水。十八層至二十三層為IV區(qū)，由設(shè)于負(fù)二層生活泵房?jī)?nèi)的IV區(qū)變頻供水設(shè)備加壓供水。

3.2 生活排水系統(tǒng)

本工程污、廢水采用合流制。室內(nèi)+0.000以上污廢水重力自流排入室外污水管，地下室廢水采用潛水泵提升至室外污水管。污水經(jīng)化糞池處理后，排入市政污水管。廚房油污廢水需經(jīng)隔油池處理后方可排入污水管網(wǎng)。

3.3 雨水排水系統(tǒng)

屋面雨水均采用內(nèi)外排水系統(tǒng)重力流排至室外雨水管道。會(huì)同室外雨水收集系統(tǒng)排入市政雨水管網(wǎng)。

4 雨水回收系統(tǒng)的技術(shù)分析

4.1 建筑用水量計(jì)算

本項(xiàng)目地塊的建筑生活用水包括辦公和配套商業(yè)的室內(nèi)生活用水，以及室外景觀補(bǔ)水、道路沖洗、綠化澆灌和用水等。本項(xiàng)目統(tǒng)計(jì)了全區(qū)的用水總量，以便計(jì)算整個(gè)地塊的非傳統(tǒng)水源利用率。

4.1.1 商業(yè)部分用水

商業(yè)部分營(yíng)業(yè)面積為11857m2，根據(jù)《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50555-2010）中續(xù)表 3.1.2，商業(yè)部分用水定額為5 L/（m2營(yíng)業(yè)面積.d），商業(yè)部分用水天數(shù)為365d。

則商業(yè)部分年用水量為：

Q商業(yè)=11857×5÷1000×365=21639.03 m3

4.1.2 配套辦公部分用水

辦公部分的面積為49961 m2，根據(jù)《全國(guó)民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施給水排水》2.1.2規(guī)定，辦公樓有效面積為建筑面積的60%計(jì)算，人均有效面積為5～7 m2，本項(xiàng)目取6 m2，則辦公人數(shù)為：

N辦公區(qū)=49961×60%÷6=4996人

根據(jù)《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB 50555-2010）中續(xù)表3.1.2，辦公節(jié)水定額取為33 L/(人.班)，年用水天數(shù)為250d。則辦公年用水量為：

Q辦公區(qū)=4996×33÷1000×250=41217.00m3/a

本項(xiàng)目的年用水量統(tǒng)計(jì)見下表：

表2

4.2 雨水收集量計(jì)算

4.2.1 雨水收集途徑

①路面及其公共區(qū)域匯集的雨水

路面上所匯集的雨水有以下特點(diǎn)；污染多、污染程度大，匯水面較分散，初期雨水水質(zhì)差。

②綠化區(qū)域匯集的雨水

綠化區(qū)域匯集的雨水，經(jīng)過綠化的表面沉積、滲濾，泥砂含量少，但是這種雨水會(huì)含有較多（綠化）的肥料、（植物腐爛形成的）腐殖質(zhì)和其它可溶性物質(zhì)，雨水成分也比較復(fù)雜。

③屋頂所匯集的雨水

屋頂雨水在三種雨水中水質(zhì)相對(duì)較好，主要含一些固體顆粒（降塵造成）。且屋頂雨水匯水面較集中，較易收集。

本項(xiàng)目收集部分綠地、硬質(zhì)地面和屋頂?shù)挠晁幚砗蠡赜糜诰坝^補(bǔ)水、綠化澆灌、道路廣場(chǎng)沖洗、地庫澆灑。

4.2.2 雨水量計(jì)算

雨水收集根據(jù)《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50555-2010）中5.2.4條規(guī)定雨水設(shè)計(jì)徑流總量公式：

W=(0.6～0.7)10ψchyF

式中：W——雨水徑流總量（m3）；

ψc——雨量徑流系數(shù)；

hy——設(shè)計(jì)降雨厚度（mm），取值為995.20mm；

F——匯水面積（hm2）。

0.6～0.7——本項(xiàng)目系數(shù)取值為0.7雨水匯水面積及雨水量見表3。

4.3 雨水處理工藝流程

本項(xiàng)目雨水匯水面積及可收集雨水量 表3

圖2 雨水處理工藝流程圖

從建筑物屋面及地面收集到的雨水水質(zhì)因地墊面接觸過程和降雨過程接觸混濁空氣發(fā)生污染，需做處理可達(dá)到綠化用水水質(zhì)要求。針對(duì)雨水水質(zhì)的具體情況，我們對(duì)雨水中的COD、SS及其他少量污染物做進(jìn)一步處理，經(jīng)精密過濾后方可進(jìn)行回用。

本項(xiàng)目場(chǎng)地和屋面的雨水首先進(jìn)入雨水棄流裝置，去除初期污染較嚴(yán)重的雨水，較干凈的雨水進(jìn)入到雨水處理系統(tǒng)，通過遙控浮球閥控制蓄水池水量，當(dāng)雨水超過蓄水池警戒水位時(shí)，雨水自動(dòng)溢流至下游雨水管網(wǎng)。收集在池中的雨水經(jīng)過過濾消毒后用于各用水點(diǎn)，如綠化澆灌、道路沖洗。

4.4 出水水質(zhì)指標(biāo)

利用處理完的雨水，用于綠化、道路沖洗、地庫沖洗和景觀補(bǔ)水等，其出水水質(zhì)應(yīng)達(dá)到《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》（GB50400-2006）所規(guī)定的用水水質(zhì)的標(biāo)準(zhǔn)。

表4

4.5 雨水處理構(gòu)筑物和機(jī)房

本項(xiàng)目在室外設(shè)置1個(gè)雨水蓄水池，收集經(jīng)匯集后室外雨水（包含屋面雨水和場(chǎng)地雨水），經(jīng)初期棄流處理后貯存雨水，用于室外廣場(chǎng)地面澆灑及綠化灌溉等。雨水處理終端構(gòu)筑物設(shè)于建筑物的南側(cè)綠化帶下方。

4.6 雨水回用安全保障措施

水管與景觀給水管相連接。綠化、景觀配水管等不與自來水管網(wǎng)相連接。雨水回用系統(tǒng)管道作相應(yīng)顏色標(biāo)識(shí)以區(qū)別自來水系統(tǒng)管道，水池（箱）、閥門、水表及給水栓等均有明顯的“雨水”標(biāo)識(shí)、禁止飲用，以防止人員誤飲誤用。

4.7 非傳統(tǒng)水源利用率計(jì)算

表5

4.7.1 雨水利用量

①綠化澆灑用水

合肥市屬亞熱帶濕潤(rùn)性季風(fēng)氣候區(qū)，景觀草坪適宜種植暖季型植物，按照《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50555-2010），綠化澆灑用水定額可按暖季型一級(jí)養(yǎng)護(hù)用水0.28 m3/（m2·a）計(jì)算。

表6

②道路澆灑用水

按照《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50555-2010）規(guī)定，道路、廣場(chǎng)的澆灑用水定額可按澆灑面積0.5 L/（m2·次）計(jì)算，每年澆灑30次計(jì)算。

表7

③地庫沖洗用水

按照《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50555-2010）規(guī)定，地庫沖洗用水按2～3 L/（m2·次）計(jì)算，每年澆灑30次計(jì)算。

表8

4.7.2 水量平衡計(jì)算

本項(xiàng)目收集綠地、硬質(zhì)地面、綠化屋面和硬質(zhì)地面的雨水，處理后回用于綠化澆灌、道路廣場(chǎng)沖洗。其年均水量平衡計(jì)算見表9。

4.7.3 蓄水池容積的計(jì)算

綠化噴灌日用水量6.87m3，道路澆灑日用水量2m3，日總用水量8.87m3。根據(jù)一次雨水收集量可供三天至七天用水量，考慮到實(shí)際降雨頻率及持續(xù)干旱時(shí)間的間隔，雨水儲(chǔ)存池有效容積按7d的回用雨水用量計(jì)算：V=7×8.87=62m3，考慮PP模塊實(shí)際容積率，取模塊池容積為80m3。

5 總結(jié)與意義

5.1 社會(huì)效益分析

5.1.1 雨水回收能有效解決城市內(nèi)澇問題

隨著城市的發(fā)展，城市用地內(nèi)的硬化范圍大幅增加，而硬化的地面不利于雨水的迅速排出，暴雨季節(jié)，短時(shí)間內(nèi)有較大的水量集聚，從而導(dǎo)致城市內(nèi)澇，使城市面臨巨大的防洪壓力，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。通過建筑物雨水回收以及城市透水地面吸納，可以減少暴雨期的雨水匯集量，減少洪峰徑流的形成概率，減輕城市雨水管道的負(fù)荷，可有效減少暴雨災(zāi)害對(duì)城市造成的經(jīng)濟(jì)損失。

表9

5.1.2 雨水回收能改善城市的生態(tài)環(huán)境

建筑物大規(guī)模采用雨水回收技術(shù)，可有效地保護(hù)水資源，提高水資源的利用率，減輕城市周邊河流湖泊對(duì)城市的供水壓力，有效恢復(fù)和重塑城市周邊自然水環(huán)境，提高城市整體生態(tài)環(huán)境水平。良好的生態(tài)環(huán)境對(duì)維持城市人口的身心健康有著重要意義，也能為城市帶來旅游商機(jī)，增加經(jīng)濟(jì)效益。

5.2 經(jīng)濟(jì)效益分析

合肥市目前自來水水費(fèi)為3.20元/m3，則若使用自來水進(jìn)行綠化灌溉、道路地面澆灑，1 m3水的直接成本為3.20元，本工程中雨水回用處理系統(tǒng)運(yùn)行成本費(fèi)用較低，約0.15元/m3。則使用非傳統(tǒng)水源與使用自來水相比較，每立方米的水可節(jié)約3.05元的成本，每年可節(jié)約水費(fèi)約7993元，具有較明顯的直接效益。