建筑給水排水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計分析

倫志鵬

（廣東德晟建筑設(shè)計研究院，廣東 珠海 519020）

1 前言

伴隨社會的發(fā)展，現(xiàn)代建筑耗能也在不斷提升，我國建筑用能占全國所有能源量的27.5%，在整個公共建筑能源中，供暖系統(tǒng)產(chǎn)生的能耗約占40%～50%，這里面，照明能耗約占30%～40%，其他設(shè)備約占10%～20%。此外，公共建筑在維護給排水系統(tǒng)、供暖系統(tǒng)、照明等方面均表現(xiàn)出良好的節(jié)能潛力。

《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189—2015）修訂版內(nèi)增設(shè)了給水排水、電氣和可再生能源運用內(nèi)容，對節(jié)能設(shè)計提出了新的要求。

2 節(jié)水與節(jié)能技術(shù)概述

2.1 合理選用用水定額

通過良好的設(shè)計給水、熱水、排水系統(tǒng)，正確地計算用水量。這個過程中，首先要求根據(jù)工程項目功能和使用人數(shù)等數(shù)據(jù)進(jìn)行合理的用水定額選擇。如，1500床三級甲等醫(yī)院工程便屬于超大型醫(yī)院工程，由于使用者眾多，故對其最高日用水量、最大日用水量時，應(yīng)采用最高日用水定額下限值100L/（床·d），小時變化系數(shù)為2.5。此時以200L/（床·d）計算最高日用水量是不合理的，會造成最高日用水量翻倍，引發(fā)給水水箱容積過大、加大水泵流量和水管道管徑等問題，且會因此造成用電功率的加大，導(dǎo)致整個能耗增加，不合乎節(jié)能設(shè)計要求。對此，要求設(shè)計人員根據(jù)工程項目功能、使用人數(shù)（或單位）等數(shù)據(jù)，合理地進(jìn)行用水定額的選擇，達(dá)到節(jié)約用水降低能耗的目的。

2.2 計量要求

《民用建筑節(jié)水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50555—2010）針對設(shè)置用水計量表位置作出了相應(yīng)的要求。冷卻塔循環(huán)冷卻水、游樂設(shè)施、空調(diào)冷熱水系統(tǒng)等一類的補水管中要求設(shè)置相應(yīng)的用水計量表；公共建設(shè)的廚房、洗衣房、建筑物引入管等存在冷水、熱水計量，要求水管中設(shè)置相應(yīng)的計量水表。以達(dá)到有效控制用水量，節(jié)水、節(jié)能的目的。

3 給水系統(tǒng)設(shè)計降低能耗與給水泵節(jié)能限定值分析

3.1 給水系統(tǒng)設(shè)計降低能耗

《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189—2015）修訂版明確提出給水系統(tǒng)可以在現(xiàn)有給水管網(wǎng)的支持下，通過其水壓供水。如果要選擇疊壓供水系統(tǒng)，必須向相關(guān)的部門申請。

如果水壓太高，將會導(dǎo)致單位時間的流出量大幅提高，造成水資源的浪費。因此，在進(jìn)行給水系統(tǒng)設(shè)計的過程中，要在豎直方向上進(jìn)行科學(xué)的規(guī)劃，將建筑高度分成不同區(qū)段，每個區(qū)段的供水壓力≤0.45MPa，同時還應(yīng)該采取減壓、限流的舉措，在一個區(qū)段中，最低部位供水壓力≤0.2MPa。

3.2 給水泵節(jié)能限定值

目前實施的《清水離心泵能效限定值及節(jié)能評價值》（GB19762—2007）對“泵能效限定值”“泵目標(biāo)能效限定值”和“泵節(jié)能評價值”進(jìn)行了定義。這里面“泵能效限定值”“泵目標(biāo)能效限定值”必須遵守和執(zhí)行，“泵節(jié)能評價值”則具有推薦色彩，“泵節(jié)能評價值”指的是在規(guī)定的條件下，泵的最低效率能夠達(dá)到節(jié)能認(rèn)證的水平?！氨霉?jié)能評價值”的要求高于其他兩個限定值，因此給水泵效率應(yīng)該達(dá)到“泵節(jié)能評價值”，才能夠更好地實現(xiàn)節(jié)能的目標(biāo)。

4 生活熱水系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計要點

4.1 熱源選擇

表1 名義工況下鍋爐熱效率

《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189—2015）修訂版明確指出：集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)所需的熱量，最好為余熱、廢熱，或者是通過可再生能源等提供熱量。在最高日生活熱水量＞5m3情況下，除電力需求側(cè)管理鼓勵用電，且通過供電加熱的條件下，直接電加熱熱源應(yīng)該排除在外。這對集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)熱源的選擇進(jìn)行了較為嚴(yán)格的規(guī)定。

余熱主要是在工業(yè)生產(chǎn)過程中形成的，如果不能有效加以利用就會被浪費的熱量，比如蒸汽凝結(jié)水熱等。

應(yīng)用太陽能熱水系統(tǒng)時，為了確保水的溫度和質(zhì)量能夠滿足要求，最好選擇集熱和輔熱設(shè)備彼此獨立的系統(tǒng)。

在我國的云、蘇、粵等南部的省級區(qū)域，空氣源熱泵熱水機組是非常常見的熱水制備方案，具有良好的成效。在炎熱和過渡季節(jié)較長的地區(qū)，空氣源熱泵熱水機組能夠充分地發(fā)揮出其優(yōu)勢；而在寒冷地區(qū)，必須結(jié)合成本和運行可靠性等方面的因素考量是否采用這種機組。如果機組長期處于低溫環(huán)境下，其制熱性能系數(shù)（COP）等級難以提升，其優(yōu)勢就無法得到充分的體現(xiàn)。為使國內(nèi)熱泵熱水機（器）市場能夠規(guī)范的發(fā)展，同時為相關(guān)技術(shù)的發(fā)展創(chuàng)造良好的條件，政府相關(guān)部門頒布了《熱泵熱水機（器）能效限定值及能源效率等級》，根據(jù)這一文件可知，熱泵熱水機能源效率包括5個等級，1級代表能源效率最高，2級代表實現(xiàn)了節(jié)能認(rèn)證的要求，3、4級則是國內(nèi)多聯(lián)機的平均能效水平，5級是設(shè)備至少應(yīng)該達(dá)到的最低要求，否則禁止在市面上流通。

4.2 熱水管網(wǎng)布置

《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189—2015）修訂版明確指出，部署了集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的小區(qū)中，熱水循環(huán)管網(wǎng)服務(wù)范圍應(yīng)該在300～500m之間（半徑），水加熱、熱交換站室最好安排在熱水用量最大的建筑中，同時不應(yīng)距離小區(qū)中心位置太遠(yuǎn)。另外，該標(biāo)準(zhǔn)還對自加熱設(shè)備站室到最遠(yuǎn)建筑的距離進(jìn)行了規(guī)定，提出熱水循環(huán)管網(wǎng)服務(wù)半徑方面的需求，一方面是為了降低管路上熱量以及輸送動力損失，否則會導(dǎo)致較高的運行能耗和成本，不滿足經(jīng)濟性方面的要求；中國建筑設(shè)計研究院在廣州亞運城集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)管網(wǎng)這一項目中，探討了熱水管道敷設(shè)長度是如何影響熱量損失的。該單位在亞運會期間媒體村低區(qū)熱水供水管網(wǎng)的若干位置布置溫度傳感器，結(jié)果發(fā)現(xiàn)熱損失和管線長度之間為正相關(guān)關(guān)系，降低管道總長度，有利于節(jié)省管網(wǎng)熱損失，這是相關(guān)部門對熱水管網(wǎng)的服務(wù)半徑進(jìn)行限定的主要原因。另一方面，如果管線過長，管網(wǎng)末端水溫更低，更有可能產(chǎn)生軍團菌，這會對水質(zhì)產(chǎn)生影響，或者是需要采取額外的措施來保障水質(zhì)達(dá)到要求，使系統(tǒng)的總成本提高。所以，相關(guān)部門進(jìn)行這樣的規(guī)定，旨在縮短熱水管線的總長度，從而節(jié)省熱損耗，保障良好的水質(zhì)，很好地兼顧了安全性和經(jīng)濟性方面的要求。

4.3 冷、熱水壓力平衡

《公共建筑節(jié)能設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189—2015）修訂版明確提出，集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的供水分區(qū)最好和用水點處的冷水分區(qū)位于同一區(qū)，另外還需采取針對性的舉措，確保用水點處冷、熱水供水壓力平衡，使循環(huán)管網(wǎng)能夠有序的運轉(zhuǎn)。生活熱水應(yīng)該是將冷、熱水按照一定的比例混合在一起，實現(xiàn)所需的出水溫度。所以熱水供應(yīng)系統(tǒng)和冷水系統(tǒng)的分區(qū)應(yīng)該是相同的，確保冷、熱水的壓力平衡，這是節(jié)水、節(jié)能目的的實現(xiàn)是很有幫助的。集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)通常為機械循環(huán)，保證干管、立管的熱水循環(huán)，支管無須滿足循環(huán)要求，多設(shè)立管，從而縮短支管的長度，在節(jié)能的基礎(chǔ)上確保出水溫度能夠達(dá)到要求。

5 結(jié)語

節(jié)水和節(jié)能有著緊密的關(guān)聯(lián)，二者不可分割。節(jié)水、節(jié)能的理念完全契合，需要在給水排水設(shè)計中嚴(yán)格的踐行。為節(jié)約能耗、減少水泵輸送的能耗，必須確保給水、熱水、排水系統(tǒng)的科學(xué)性，相關(guān)設(shè)備必須達(dá)到節(jié)能要求。集中熱水系統(tǒng)是給水排水設(shè)計工作的重要內(nèi)容，在進(jìn)行著部分內(nèi)容設(shè)計的過程中，關(guān)鍵在于熱源的選擇、水加熱站或熱交換器室布置位置、管道布置和保溫等，盡量降低熱損失，從而節(jié)省系統(tǒng)的整體能耗。統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，在公共建筑中，給水排水系統(tǒng)能耗在用電設(shè)備總能耗中的占比僅為10%～20%，它甚至沒有被“基準(zhǔn)建筑模型”考慮進(jìn)去，且其節(jié)能的空間非常有限，但只要能夠降低能耗，就是對政府節(jié)約能源、保護環(huán)境號召的積極響應(yīng)，同時也能夠為可持續(xù)性發(fā)展目標(biāo)的實現(xiàn)盡一份力。