節(jié)能減排技術在建筑給排水設計中的應用

李杰

【摘要】隨著社會經濟發(fā)展，城市人口集聚增加，人們逐漸向高空方向拓展生存空間，國際高層建筑會議定義40層以上建筑物為超高層建筑。我國建設超高層建筑發(fā)展迅速，促進了建筑行業(yè)及相關產業(yè)的發(fā)展。超高層建筑建造會對城市區(qū)域環(huán)境產生負面影響，超高層建筑的不科學設計會造成能源資源浪費。如何以最少資源能耗帶來最大效益是超高層建筑發(fā)展中亟待解決的問題。對超高層建筑給排水系統(tǒng)進行科學設計，充分利用綠色節(jié)能減排技術保護環(huán)境節(jié)約資源能源，是推動我國超高層建筑綠色健康發(fā)展的關鍵環(huán)節(jié)。本文對節(jié)能減排技術在建筑給排水設計中的應用進行探討。

【關鍵詞】節(jié)能減排建筑給排水設計應用

【DOI】10.12334/j.issn.1002-8536.2022.04.027

1、建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能減排技術應用的意義

近年來，高層建筑數量不斷增加，使撲救火災難度大幅度增加。火災是危害公共安全的主要災害，21世紀后，各國高層建筑迅速發(fā)展，火災發(fā)生次數不斷增多。為了避免火災發(fā)生，降低火災損失，需要設置科學可靠的消防給排水系統(tǒng)。隨著大氣污染加劇，人們意識到節(jié)能減排綠色建筑的重要性，高層建筑消防給排水高層設計具有更高要求。

1.1給排水系統(tǒng)節(jié)能減排是建筑綠色發(fā)展的要求

目前，我國加快全面建成小康社會，城鎮(zhèn)化是人們生產生活方式向城市轉型的歷史過程，改革開放后我國城鎮(zhèn)化率不斷提高，各大城市的高層建筑是城市化發(fā)展產物，高層建筑興起解決了部分城市化問題。隨著高層建筑綜合體的發(fā)展，建筑行業(yè)的建筑高度面積不斷發(fā)展，對建筑機電設備提出更高要求，其中建筑給排水系統(tǒng)普遍應用于高層建筑。我國積極響應可持續(xù)發(fā)展主題，建筑業(yè)是資源能耗最大的產業(yè)，目前建筑業(yè)節(jié)能減排任務艱巨，給排水系統(tǒng)節(jié)能減排是建筑節(jié)能的重要部分，加強給排水系統(tǒng)節(jié)能減排是建筑綠色發(fā)展的要求。

1.2給排水系統(tǒng)節(jié)能有利于建筑可持續(xù)發(fā)展

住建部要求北方城市集中供熱新建建筑按照用熱量計費，節(jié)能減排規(guī)劃推動能效水平提高成為主要任務，從規(guī)劃技術等方面推進建筑節(jié)能。節(jié)能減排要求提高機電系統(tǒng)節(jié)能效率，采用新型設備更新落后耗電設備，對電機系統(tǒng)實施變頻調速等節(jié)能改造率。可持續(xù)發(fā)展是我國發(fā)展的重要指導，能源有效利用度成為評價建筑物先進的重要指標。給排水系統(tǒng)是建筑物的重要部分，現有的給排水技術動力設備中主要應用變頻技術，現有的節(jié)能給排水安全方式仍存在缺陷。有必要加強建筑給排水系統(tǒng)設計中的節(jié)能減排技術研究。

2、建筑給排水設計節(jié)能減排技術研究

2.1應用節(jié)能配水器具

我國建筑行業(yè)快速發(fā)展帶動給排水專業(yè)的發(fā)展，可以借鑒發(fā)達國家的相關技術，實現建筑給排水設計的快速發(fā)展。需要規(guī)范實施公共建筑節(jié)能設計標準，建立公共建筑模型數據庫，提出推廣運用高質量閥門管材，推廣雨水收集利用技術。傳統(tǒng)鍍鋅鋼管易生銹，鍍鋅鋼管長期使用會導致接頭處腐蝕滲水，PVC管可以解決鍍鋅鋼管存在的問題。根據民用建筑節(jié)水設計標準，公共衛(wèi)生水龍頭采用紅外自動感應式控制，節(jié)水型噴頭噴水量約9L/min，合理運用節(jié)能型配水器具對建筑節(jié)水具有重要意義。

2.2合理選擇變頻水泵

城市需要合理利用雨水資源，按照城鄉(xiāng)供水管理條例規(guī)定，新建建筑需要配套建設雨水收集利用系統(tǒng)。目前，節(jié)能減排得到群眾的廣泛關注，建筑給排水設計需要深入節(jié)能減排理念，有關節(jié)能減排設計的研究較多。高層建筑中，低區(qū)給排水要重點考慮市政給水管網，重視生活給水管道減壓節(jié)流，管道出水壓力過大會突發(fā)超壓出水流問題，導致出現水壓過高引起水資源浪費。科學合理地選擇變頻水泵可以避免傳統(tǒng)供水系統(tǒng)帶來的不利影響，與普通供水設備相比，變頻調速裝置可以節(jié)約30%的能量。

3、建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能減排設計現狀

3.1管道配件選擇不當

現代城市建筑中，給排水高層建設會耗費較多資金，排水系統(tǒng)主要利用各種管道及附屬結構排出生活污水，建筑設計者需要根據規(guī)范做好給排水系統(tǒng)設計，目前建筑給排水系統(tǒng)設計問題主要包括管道配件問題、排水污染問題等。城市給水網建設規(guī)劃通常以增強供水管網壓力的方式為主，高層建筑物給排水管道設計中，需要設計人員選擇合適的給水應用設施，保證給水構件應用質量。實際設計中，受人工成本等因素限制，部分設計人員對管道工作判斷出現平偏差會導致出現管道泄漏等問題。

3.2排水管道泄漏

部分建筑物可能出現供水不足、供水系統(tǒng)能耗較大等問題，原因可能是用戶未掌握水流速度導致水資源浪費。一些建筑物給排水系統(tǒng)距離較近，建筑物供水系統(tǒng)包括熱水供應，部分給水系統(tǒng)設計不合理會導致等待時間長。建筑物設計未對熱水循環(huán)系統(tǒng)優(yōu)化，熱水循環(huán)管道設計中未采取保溫措施。建筑總體排水管道通常設置在地下深處，排水管道發(fā)生泄漏會對周圍土地造成污染。部分建筑物排水系統(tǒng)水壓設置不足，建筑物給排水設計不合理會影響居民生活質量。

4、建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能減排技術設計應用

我國能源總量豐富但能源利用率較低，與我國經濟實力與國際地位不相稱。近年來，我國城鎮(zhèn)給排水系統(tǒng)得到廣泛應用，城鎮(zhèn)人口平均綜合用水量為300L/d，使用給水前置設備每年可以節(jié)省給水能耗100.4億kWh。加強建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能減排技術設計具有重要意義，合理對給水管道進行節(jié)流減壓處理、有效使用雨水資源、應用性能較好的設備，可以促進建筑給排水系統(tǒng)節(jié)能減排。建筑小區(qū)中水系統(tǒng)如圖1所示。

4.1優(yōu)化供水管道設計

市政工程中，供水管道水壓不變時，高層建筑易出現供水困難問題，改善水壓問題能夠保證高層建筑正常供水。高層建筑給排水系統(tǒng)設計時需要優(yōu)化原有供水管道，減少建筑物對水資源的消耗。建筑物給排水設計中需要采用不同的管道設計方法，高層住戶采用普通給排水管道，底層用戶采用市政工程給排水管道，保證高層用戶正常供水。建筑工程熱水主要由電能加熱，可以采用太陽能為熱能供源，保證使用清潔能源。目前，我國太陽能利用技術成熟，許多建筑供水系統(tǒng)應用太陽能實現熱能供應。城市中水系統(tǒng)如圖2所示。

4.2合理選擇管道材質

目前，我國開始限制建筑給水管道的最大壓力值，通常根據用戶用水量制定值域。給排水系統(tǒng)設計中，以用戶用水量為參考數據，對污水進行集中處理，減少環(huán)境污染。實際應用水超過額定水量會對機器造成損壞。給排水管道減壓處理中需要綜合考慮多種因素，供水管道工程涉及多種設備，管道的選材通常選用金屬材質，但金屬管道長期使用對人體健康造成危害，可以選用PVC管道避免出現生銹情況，保證水資源清潔。在給排水系統(tǒng)設計中綜合考慮相關因素，能夠保證水資源最大利用率。屋面雨水收集與工藝流程如圖3所示。

4.3改進中水管道設計

近年來，工業(yè)廢水大量排放使區(qū)域水資源生態(tài)環(huán)境污染嚴重。需要開展中水管道回收處理工作，綜合處理小區(qū)日常生活工業(yè)污水，實現節(jié)約小區(qū)水資源回收處理，減少工業(yè)廢水對區(qū)域生態(tài)資源的污染。設計人員應關注中水管道設計，水管道連接距離嚴格控制為0.5m，中水管道布設選在小區(qū)排水管上方與小區(qū)飲水管下方。設計人員需要加大給排水系統(tǒng)的性能設計，避免出現小區(qū)水資源受到嚴重污染等現象。

4.4正確選擇新型的或節(jié)水型的管道與水壓儀表

隨著城市高層建筑的數目越來越多，建筑給排水管道的設計成為了建設重點，高層建筑在管道設計需要考慮更多的因素，管道和水表儀器為了減少誤差必須加大對新型管材的研發(fā)。如靜音管和管材的開發(fā)和應用，減少了給排水管道的熱塑性損失和管道阻力的損耗，減少因長期使用熱塑性鍍鋅鋼管材而造成的嚴重水質和環(huán)境污染，實現了節(jié)水環(huán)保節(jié)能目的。其次，相關配件的選擇也要經濟與性能綜合考慮。因為配水型衛(wèi)生器具是整個建筑給水管理系統(tǒng)的核心和終端，設計者通常應該在裝修成本允許的范圍內進行選擇配水器具使用充氣閥芯水龍頭、陶瓷閥芯水龍頭、節(jié)水腳踏延時開關自閉閥和節(jié)水腳踏開關淋浴器等，減少濺水，最大限度的有效節(jié)約用水。裝修用戶在選擇裝修的配水器具時候，我們可以盡量選擇采用沖水量小、采取真空吸力的坐便器，雙檔自動沖洗，減小沖水量，節(jié)約日常的用水。此外，設計者在裝修時還要根據自己的物業(yè)管理和裝修業(yè)主的實際要求來為設計者選擇合適的水表，水表一般要同時具備自動閥控、抄表和預付費三種功能，合理的控制水量。

4.5優(yōu)化消防貯水池設計

在提高高層建筑給排水系統(tǒng)的節(jié)能減排性能時，設計人員需要優(yōu)化消防貯水池設計。近年來，人們越來越關注建筑消防安全問題。與高層建筑中的居民生活用水量相比，消防用水量更大。因此，消防貯水池不僅需要滿足滅火需求，還需要滿足火災延續(xù)期間的用水需求。火災事故具有突發(fā)性和不確定性，當水不流動并且長時間儲存在貯水池中時，水質會發(fā)生變化，甚至出現二次污染的情況。為滿足生活用水水質要求，工作人員需要經常更換消防貯水池內的水，而這又造成了水資源的嚴重浪費。因此，為避免水資源浪費，在開展高層建筑給排水系統(tǒng)設計工作時，設計人員應優(yōu)化消防貯水池設計，將消防貯水池和生活貯水池分開建設，從而保證消防貯水池的獨立性，在延長消防貯水池的換水周期的同時，避免影響建筑生活用水質量。此外，設計人員還可以將消防貯水池與園林水景或游泳池相結合，進一步提高水資源的利用率。在設計高層建筑時，設計人員可以讓一個消防貯水池同時供應多個建筑。當水壓較低時，工作人員可以利用加壓水泵來滿足高層建筑的用水量。

4.6充分利用雨水，提高水資源利用率

雨水再利用是當前解決水資源短缺問題的有效方式之一。因此，為實現高層建筑給排水系統(tǒng)設計的綠色化，設計人員應充分利用雨水資源，提高水資源利用率，最大化地節(jié)約水資源，實現節(jié)能減排目標。具體而言，在設計高層建筑給排水系統(tǒng)時，設計人員應以收集雨水為目的來設計建筑結構，并且采取相關處理措施，使處理后的雨水達到中水標準。處理后的雨水可應用于綠化、廁所沖洗等，從而有效減少水資源的浪費。雨水再利用的整個流程為：工作人員先將雨水引入雨水沉砂池，經過初步凈化后，使其流入蓄水池，并且對其進行氯消毒，最終將其排入中水管道系統(tǒng)。雨水再利用能夠減少水資源污染，從而在保證居民正常生活質量的同時，有效減輕當地的用水負擔。另外，在設計高層建筑地下給排水系統(tǒng)時，設計人員應做好自然采光與通風設計，科學合理地設置通風口和井下格局，最大限度地減少電力通風設備和動力風孔的使用數量。在鋪設地下輸水管道時，設計人員需要根據具體的地下環(huán)境狀況來確定管道分節(jié)的長度。對于井下環(huán)境惡劣、積水很深的區(qū)域，設計人員可以根據實際情況來增設維護工具暗格箱。中水循環(huán)系統(tǒng)的主要作用是，實現水資源循環(huán)利用，提高水資源的利用率。在設計中水循環(huán)系統(tǒng)時，設計人員應控制好水壓，因為這將直接關系到建筑的節(jié)水效果，水管壓力過大還會造成安全問題。因此，設計人員應根據建筑頂層供水需求來選擇合適的給排水管道，從而在保證給排水系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性的同時，減少水資源的浪費。

4.7建立完善的建筑內部循環(huán)熱水供應系統(tǒng)

為實現高層建筑給排水系統(tǒng)的節(jié)能減排目標，在開展建筑節(jié)能減排設計工作時，設計人員應將綠色環(huán)保、節(jié)能減排理念落實到設計的各個環(huán)節(jié)中。高層建筑節(jié)能減排設計不僅需要滿足人們越來越高的生活質量要求，還需要避免資金浪費。目前，雖然熱水系統(tǒng)在住宅小區(qū)中的應用越來越廣泛，但是許多住宅小區(qū)仍存在熱水供應不足的問題，這不僅影響了房屋建筑的舒適性，還造成了水資源浪費。因此，在設計高層建筑內部循環(huán)熱水供應系統(tǒng)時，設計人員需要保證熱水溫度達到設計標準，避免出現無效冷水的情況，從而減少給排水系統(tǒng)運行過程中水資源的浪費。此外，設計人員還應做好阻力平衡設計以及熱水管網布置設計，完善循環(huán)熱水供應系統(tǒng)，并且根據相關建筑設計標準要求，綜合考慮成本與工期，保證循環(huán)熱水供應系統(tǒng)的科學性和合理性，從而避免水資源浪費。

結束語：

隨著我國經濟快速發(fā)展，城市居住人口不斷增加，建筑規(guī)劃設計工作需要順應可持續(xù)發(fā)展原則，合理運用市政管網給排水余壓，達到城市能源清潔綜合利用目的。文章通過建筑物給排水系統(tǒng)分析，應用節(jié)能減排技術對給排水系統(tǒng)進行設計，控制水流速度減少水資源浪費，通過應用太陽能裝置對水進行恒溫加熱。未來建筑發(fā)展中，積極應用節(jié)能減排技術對給排水系統(tǒng)進行優(yōu)化設計，大力宣傳節(jié)能理念，提高水資源利用率。

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