高層建筑給排水設計要點及其節能減排研究

林 鋼 (華東建筑設計研究院有限公司安徽分公司 安徽 合肥 230001)

水,是人類賴以生存的基礎,是社會經濟發展不可或缺的資源。高層建筑給排水設計包括供水設計、排水設計、熱水設計、中水設計。給水系統是將符合水質標準的水送至生活、生產和消防給水系統的各個用水點,滿足水量和水壓的要求。排水系統能夠排除人們生活、生產中的污水和廢水,實施集中處理,避免污染環境。合理開展節能減排能夠有效避免水資源浪費。其節能減排設計是通過一定的技術手段,避免水資源浪費,提高水資源的利用率,促進社會經濟高質量、可持續性發展。

1 高層建筑給排水系統節能減排設計的必要性

高層建筑給水排水節能減排設計,是在建筑物的規劃、設計、新建(改建、擴建)、改造和使用過程中,執行建筑節能標準,采用節能型的建筑技術、工藝、設備、材料和產品,提高系統效率和保溫隔熱性能,加強建筑物用能系統的運行管理,利用可再生能源,在保證建筑物給排水功能和環境質量的前提下,減少給水排水系統的能耗。在建筑給排水設計中,通過科學設計,能夠有效解決水資源,提高利用效率,因此加強節能減排是十分必要的。

1.1 有利于促進社會經濟健康發展

水資源是人類發展的基礎,因此如果水資源嚴重匱乏必然會在很大程度上限制著社會經濟的發展,而且當前在人們生活和工作中普遍存在著浪費現象,因此在給排水設計的時候就需要做好節能減排,這能夠為社會經濟的健康發展打下堅實的基礎。

1.2 有助于提高人們的生活水平和質量

在社會經濟快速發展的過程中,人們逐漸開始提高對自身生活質量以及品質的重視,通過在建筑給排水設計中加強節能減排設計,水資源的利用效率能夠得到有效提升,這對提高人們的生活水平和質量具有重要作用。

1.3 有助于加強環境保護

通過在建筑給排水設計中加強節能減排設計,污染物排放能夠得到一定程度的限制,這對改善生活環境具有重要意義,同時環境壓力也能夠有所減低,有助于加強環境保護,實現生態環境可持續發展。

2 高層建筑給排水設計中的問題

高層建筑人群密集,用水量大,人有很大的節水空間。但目前一些高高層建筑的給排水設計還存在一定的問題,不利于節能減排。

2.1 熱水循環

熱水循環的問題,主要表現是用戶將用水設備打開,水溫未能及時達到用戶需求,前期溫度較低水卻被排走,需等待較長時間達到所需溫度的熱水,導致嚴重水資源浪費。所以需要高度重視無效水流的問題,提高水資源利用效率。(1)在傳統無循環系統的基礎上,應按規范設置熱水回水管,確保管道內滯留的冷水回流到儲水水箱或換熱罐,加熱后二次循環再用。(2)注重立管、干管的循環方式,或補充支管循環,實現熱水系統的高效利用;也可在回水管接口處采用一定形式的導流三通,增加支管電伴熱等措施優化循環效果,使用戶在合理的時間內獲得相應的水溫。從應用效果來看,這種熱水循環設計成本增加不大,能減少運行過程中能量損耗,性能突出,特別是對熱水要求較高的場所尤為適用。

2.2 管道閥門

閥門漏水,導致水資源浪費。由于長期缺乏保養和維護,閥門以及管道受到外界因素影響和侵蝕,出現損壞或老化的現象,水從破損裂縫流出。為了避免管道閥門漏水問題,物業管理人員應加強閥門及管道的日常檢查工作,安裝流量檢測系統,與智能化控制連鎖,實時檢測,查缺補漏。此外,應采用耐壓、抗腐蝕、不易老化的管道材質。

2.3 超壓出流

超壓出流現象廣泛地存在于洗手盆出水、馬桶沖水等方面。超壓出流雖然能讓衛生間迅速清潔,用戶快速用水,卻造成水資源浪費。另外,人靠近和離開小便池,其感應器兩次感應,有的造成水流溢出小便池,浪費水資源,還污染衛生間環境。針對以上現象,要合理選用減壓閥,使得用水的水壓適中。要合理選擇衛生器具,做到無滲漏,感應器實用、節能。為了排水系統實現環保化和節能化,要對水表進行科學布置,分級測量,找出壓力,對損耗大的節點加以改進,同時要保障節水器具對生活污水的回收、凈化和利用。

3 高層建筑給排水節能減排設計的應對措施

3.1 優化熱水系統節能設計

在高層建筑給排水設計要充分考慮熱水供應,防止水資源浪費。其主要包括:降低熱水在管道輸送過程中造成的能量浪費;在滿足使用的情況下,盡可能地減少熱水的使用;采用新型保溫材料以及做好保溫措施;利用新能源開發節能型產品等。

太陽能作為可再生新能源廣泛應用于熱水供應系統。熱管式和真空管式一般都能直接吸收太陽能為自身加熱,主要優點是保溫性能好、熱效率高、全自動運行、維護方便、操作簡單、受環境影響較小、能全年使用。在設計過程中,要根據當地實際氣候條件,選擇合適的材料,以保證其具有抗沖擊性和抗凍性,在寒冷地區要采取防凍措施。

設計熱水供應系統主要考慮以下因素:(1)盡可能采用同程式設計,防止水流的短路造成供應水溫不均。(2)在部分用水點離供水設備較遠且分散的情況下,宜采用局部加熱法,以降低熱水在傳輸過程中造成能量浪費。(3)要保證高層建筑給排水系統冷熱水壓一致,并做好適當控制措施,防止熱水超壓造成能量浪費。(4)熱水在經過換熱器時會降低水流速度,而且損失較多冷水,因此在選擇熱水管時,要適當選擇優質管道,保證供水系統在調節閥門處出水壓力相同,降低對閥門的損耗,節約能量。

3.2 合理配置節水器具

一套好的設備能夠對水資源的節約產生非常大的作用。例如,通常淋浴噴頭每分鐘噴水20多升,而節水型噴頭則每分鐘只需要9L 水左右,節約了50%的水量。可見衛生器具和配水器具的節水性能直接影響著整個建筑節水效果。所以在選擇節水型衛生器具和配水器具時,除了要考慮價格因素和使用對象外,還要考察其節水性能的優劣。大力推廣使用節水型衛生器具和配水器材,是建筑節水的一個重要方面。

(1)以瓷芯節水龍頭和充氣水龍頭代替普通水龍頭。在水壓相同條件下,節水龍頭比普通水龍頭有著更好的節水效果,節水量為30%～50%,大部分在20%～30%之間,且在靜壓越高、普通水龍頭出水量越大的地方,節水龍頭的節水量也越大。因此,應在建筑中(尤其在水壓超標的配水點)安裝使用節水龍頭,以減少浪費。

(2)采用延時自閉式水龍頭和光電控制式水龍頭的小便器、大便器水箱。延時自閉式水龍頭在出水一定時間后自動關閉,可避免長流水現象。出水時間可在一定范圍內調節,但出水時間固定后,不易滿足不同使用對象的要求,比較適用于使用性質相對單一的場所,比如車站,碼頭等地方。光電控制式水龍頭可以克服上述缺點,且不需要人觸摸操作,可用在多種場所,但價格較高。目前,光電控制小便器已在一些公共建筑中安裝使用。

3.3 規范超壓出流控制

在我國現行的《建筑給水排水設計規范》中,雖對給水配件和入戶支管的最大壓力作出了一定的限制性規定,但這只是從防止因給水配件承壓過高而導致損壞的角度來考慮,并未從防止超壓出流的角度考慮,因此壓力要求過于寬松,對限制超壓出流基本沒有起作用。如果設計時沒有考慮這一方面的話會造成極大的水資源浪費。所以應根據建筑給水系統超壓出流的實際情況,對給水系統的壓力作出合理限定。

《建筑給水排水設計規范》第3.3.5 條規定,高層建筑生活給水系統應豎向分區,各分區最低衛生器具配水點處的靜水壓不宜大于0.45 MPa,特殊情況下不宜大于0.55 MPa。而衛生器具的最佳使用水壓宜為0.20～0.30 MPa,大部分處于超壓出流。根據有關數據研究,當配水點處靜水壓力大于0.15 MPa時,水龍頭流出水量明顯上升。建議高層分區給水系統最低衛生器具配水點處靜水壓大于0.15 MPa時,采取減壓措施。

3.4 雨水綜合利用

雨水利用就是將雨水收集起來,經過一定的設施和藥劑處理后,得到符合某種水質指標的水再利用的過程。類似于中水,處理后的雨水作為一種水資源,可以用于廁所沖洗、城市綠化、景觀用水以及其他適應中水水質標準的用水。建筑物收集雨水的一般結構是,由導管把屋頂的雨水引入設在地下的雨水沉沙池,經沉積的雨水流入蓄水池,由水泵送人雜用水蓄水池,經加氯消毒后送人中水道系統,為解決降塵和酸雨問題,一般將降雨前兩分鐘的雨水撇除。目前,世界上許多國家都展開了對雨水利用的研究,以節約水資源,減輕當地的用水和污水處理負擔。

3.5 開發再生水

再生水一般是來源于建筑生活排水,包括人們日常生活中排出的生活污水和生活廢水。生活廢水包括冷卻排水、沐浴排水、盥洗排水等雜排水。中水指的是各種排水經過處理后,達到規定的水質標準,可在生活、市政、環境等范圍內雜用的非飲用水。

我國的建筑排水量中生活廢水所占份額住宅為69%,賓館、飯店為87%,辦公樓為40%,如果收集起來經過凈化處理成為中水,用作建筑雜用水和城市雜用水,如沖廁所、道路清掃、城市綠化、車輛沖洗等雜用,從而替代出等量的自來水。以某高校為例,在目前的技術條件下,中水工程的投資大約為3000～4000元/立方米,水處理費用為1.5元/立方米左右。該校平均每天用水量約為8000m3,若按計劃內用水費用2.4元/立方米計算,則每年的水費將高達700多萬元,若考慮計劃外用水費用及水費不斷增長的因素,則每年的水費將突破1000 萬元。為節約水資源,該校陸續在一批學生宿舍及游泳池等建筑物中設置了中水回用設備,實現了分質供水。據不完全統計,每天為該校節約了1200m3左右的水量,為該校每年節約水費100萬元,效益很顯著。

由于中水工程初期投資較高,所以要想制定成標準規范至少在目前看來是比較難于讓開發商接受的。但是從長遠看,在水資源越發缺乏的情況下,建設第二水資源——中水勢在必行,是今后節約用水發展的必然方向。

3.6 清潔能源的使用

(1)提高太陽能利用技術。我國太陽能資源很多,其作為新能源,具有清潔、無污染、可再生的特征,是近幾年來廣泛應用于建筑行業中新型能源之一。太陽能的應用形式有三種,依次為間接獲取系統、混合式獲取系統和被動式太陽能。在建筑節能設計中,一是將太陽能應用于太陽能熱水器、太陽灶、采光、冬天取暖或夏天制冷等多個領域。也可利用在建筑中研發適合窗戶結構,增大陽光對房內的照射程度,從而房內在冬季時降低電能用于照明消耗。二是將建筑頂部安裝大面積的太陽能發電裝置,這樣既可更多地使用建筑的面積(如屋頂、向陽面),又可以使得用戶減少電能使用。三是在建筑頂端裝有太陽能集熱器設備,利用集熱器收集熱量后再經蓄熱裝置存儲太陽能源,通過系統的終端設備為建筑物供給熱水與取暖。

(2)有效利用地熱能。地熱能與太陽能都是清潔無污染的新能源。在建筑節能設計中,一是將地表下的土層溫度利用熱交換儀器裝置的作用將其作為冬季熱源,為建筑提供給室內取暖或者使用地熱能進行熱水、發電等。使用地熱能這種新能源為建筑物提供暖氣,有效降低煤炭或者電能等能源用于供暖的消耗。例如在多數高校運用地熱能等新能源取暖或提供熱水,進一步降低學校用于供暖與供熱水的費用,也為節能減排貢獻一份力。二是將地熱能轉化為地熱空調。2008年,北京奧運村就普遍運用地熱能轉為無污染的地熱性空調,不僅可以對游泳池的水展開加溫,保障24小時游泳池的水面溫度,且不會產生污染,很大程度上降低對煤炭能源的消耗。

(3)風能在建筑設計中的利用。采用風能主要是用來改善建筑室內空氣的流通水平,改善空氣質量,在夏季能降低室內溫度,減少對空調的依賴,防止空調病,減輕對電能的消耗。冬季,能夠驅散建筑室內的潮濕空氣,降低室內采暖的能源消耗,增加室內環境的舒適度。近年來,人們生活水平的提高,空調也已經得到了廣泛的應用,但是空調對電能的消耗整體來說比較大,在建筑節能過程中,對地熱能的應用,能夠減少對空調的使用,避免電能的過度使用與浪費。

結語

隨著生活質量的提高,人們對供水量和質的要求在不斷提升,同時實施水的可持續利用和保護,使水資源不受破壞,并能進入良性的水質、水量再生循環,已成為政府和人民群眾關注的焦點。這一切都給高層建筑給排水工程設計提出了許多新的要求,而目前節水最關鍵的不是建筑節水技術,而是人們的節水意識和人們良好的用水習慣。因此,應倡導人們將淡水資源當作一種珍稀資源,節制使用,呼吁全民節水。