夏熱冬暖地區大型公共建筑新型節水節能關鍵技術研究

黎寶林

（廣東省建筑設計研究院有限公司，廣東 廣州 510010）

0 引言

公共建筑具有體量大、人員集聚、資源消耗巨大、節能節水潛力巨大等特點[1]。將其設計成綠色建筑正是順應了時代發展的需求，采取新型節水節能措施，同時保證人們在其中工作、活動時健康、舒適，意義重大。為此，本文結合3 個夏熱冬暖地區大型公共建筑案例實際情況，闡述多項新型節水節能措施，探討了綠色建筑實施途徑。

1 項目一：某大型商業辦公樓

該大型商業辦公樓采用的新型節水節能技術有ETFE 膜采光頂蒸發冷卻降溫隔熱系統、太陽能熱水系統、非傳統水源利用、水箱自動清潔系統。

1.1 項目概況

某大型商業廣場位于廣州市白云區云城東路與云城西路之間，總用地面積約45 280 m2，總建筑面積為185 643 m2，容積率為2.5。

1.2 ETFE 膜采光頂蒸發冷卻降溫隔熱系統

建筑的耗能水平與外圍護結構的設計直接相關。要減少建筑耗能，就必須合理設計建筑圍護結構，使建筑物在冬季減少熱量散出室外，夏季隔絕熱量進入室內，從而使室內溫度時刻處于適宜狀態，同時也減少采暖、制冷設備的使用，達到節能目的[2]。本項目在建筑中庭ETFE 膜采光頂部設置蒸發冷卻降溫隔熱系統。該設置已獲得國家實用新型專利[3]。當該技術利用ETFE 膜采光頂內、外表面溫度傳感器檢測達到限定溫度后，樓宇自動化系統發出指令，智能蒸發冷卻降溫隔熱系統啟動（當檢測表面溫度少于限定溫度后，系統自動關閉），噴出霧化顆粒，吸收膜表面熱量，并落到采光頂表面形成水膜，霧化顆粒和水膜，減少采光頂的熱輻射和表面的溫度，從而降低中庭室內溫度，減少室內空調系統能耗，提高室內的舒適性，改善場地微氣候的熱島效應。

ETFE 膜采光頂蒸發冷卻降溫隔熱系統可減少屋頂ETFE 膜的太陽輻射強度（最大值為862.6 W/m2，平均值為276.6 W/m2），還能有效降低外表面溫度，當外表面溫度高于35 ℃時，該蒸發冷卻降溫隔熱裝置可使外表面溫度下降10～15 ℃，中庭空調能耗下降15%，每年項目節電26.45 萬kW·h，減少二氧化碳排放139.42 t。

設計參數如下：水幕噴嘴采用噴霧噴嘴，廣角型，其性能參數為工作壓力達到0.40 MPa，流量為4.6 L/min，覆蓋角度為130°。A 塔共有206 個噴嘴，最多同時開啟噴頭數為103 個，總流量為8.05 L/s，設計流量取9 L/s，水箱有效容積為2.8 m3。B 塔共有108 個噴嘴，最多同時開啟噴頭數為54 個，總流量為4.29 L/s，設計流量取5 L/s，水箱有效容積為1.8 m3。自動降溫系統原理如圖1所示。

圖1 自動降溫系統原理

1.3 太陽能熱水系統

太陽能屬于可再生資源，而太陽能熱水系統是太陽能利用中經濟價值優、技術成熟的一種能源利用方式[4]。本項目生活熱水采用太陽能熱水系統，A塔6 層的衛生間淋浴間采用太陽能+電熱水器（帶自循環泵）系統，有效保證了熱水系統水溫穩定和供熱效果，整套設備可實現自動控制，高效節能，無須專人維護。采用太陽能供應熱水系統比傳統的電加熱方式省電75%。

設計參數如下：熱水循環水泵型號為GR32-120型，一用一備，流量為10 L/s，揚程為10 m，功率為0.55 kW。熱水回水循環水泵型號為GDR25-10 型，一用一備，流量為15 L/s，揚程為15 m，功率為1.0 kW。

1.4 非傳統水源利用

該大型商業辦公樓工程的非傳統水源來自雨水回用水、空調冷卻水和冷凝水排水、人工戲水池排水，回收處理屋面雨水和空調冷卻水、冷凝水排水，并且水質達標后，可為沖廁、景觀、綠化及車庫、地面沖洗提供用水。與其他設置雨水回用的項目對比，非傳統水源的利用增加了空調冷卻水及冷凝水的回收，既解決了非雨季期間的非傳統水源的來源問題，又避免了直接排走空調凝水的浪費，并通過置換的方式，將本來接入雨水收集池的自來水補水先接至冷卻水系統，提高了冷卻水循環系統的水質，減少冷卻水系統加藥裝置的使用次數，環保節能。

1.5 水箱自動清潔系統

該大型商業辦公樓采用生活水箱自動清潔系統，生活泵房內設置自潔設備，在生活水箱內安裝清洗噴嘴，通過選擇閥門每次只沖洗一個水箱。水泵出水管后設置紫外線消毒器，確保供水水質滿足飲用水衛生標準。

2 項目二：某市委黨校項目

該市委黨校項目采用的新型節水節能技術為近零水排放設計。

2.1 項目概況

某市委黨校項目位于三亞市吉陽區學院路龍泉山谷。本項目用地面積為129 282.92 m2，總建筑面積為99 599.24 m2，綠地率為45%，容積率為0.6。

2.2 近零水排放設計

中水回用技術是新時期城市應對水資源短缺問題的重要措施。了解中水回用系統組成、技術類型、應用價值的基礎上，探究發展和推廣中水回用技術的有效策略具有重要的現實意義[5]。

校區生活污水通過黨校內污水收集管道收集后，進入全地埋式污水處理站進行處理，處理達標后用于校園內綠化澆灌、道路沖洗、景觀用水等用水。本項目污水產生建筑包含教學中心、會議報告中心、圖書信息中心、教務管理中心、文體中心、學生食堂、學生宿舍、后勤用房、對外黨際交流中心等。后勤人數為250 人，教務管理人數為306 人，日最高培訓人數為2180 人。平均日污水產生量約335.39 m3/d，年污水產生量為64 695.2 m3/a。

中水處理采用下列生物處理和物化處理相結合的工藝流程，如圖2所示。

圖2 中水處理工藝流程

中水回用系統回用于車庫地面沖洗、道路沖洗和綠化澆灌，分別的中水回用量為76.12 m3/d、19.67 m3/d、144.04 m3/d，共239.83 m3/d。處理后的中水水質符合《城市污水再生利用城市雜用水標準》（GB/T 18920—2020）或《城市污水再生利用景觀環境用水水質》（GB/T 18921—2020）的規定。

根據項目全過程水量平衡計算得出，項目自來水總用水量為398 m3/d，水量損耗蒸發量為33.35 m3/d，損耗率為8.38%，總排污水量為62.21 m3/d，污水排放率為15.63%，達到近零水排放要求。水量平衡工藝如圖3所示。

圖3 水量平衡工藝

另外，中水調節池設有自來水開始補水兼缺水報警水位和停止補水水位。

3 項目三：某藝術博物館

該藝術博物館采用的新型節水節能技術為大型嶺南水景智能凈化系統。

3.1 項目概況

某藝術博物館位于廣州市荔灣區恩寧路以北，元和街以南。本項目的規劃總用地面積為16 162.27 m2，總建筑面積為19 572.7 m2，主要功能包括展廳、辦公室、茶座等。

3.2 大型嶺南水景智能凈化系統

水是構成園林景觀、增添園林美景的重要因素之一[6]。該博物館旨在采用嶺南水景展示中國古典園林建筑庭院特色，水景面積達到1188.89 m2，水景體積達到1000 m3。采取科學合理的水體凈化系統，可有效分解魚糞、殘餌，抑制藻類生長，保持水質清澈，讓觀賞魚類存活，從而大大節省水資源，而且保證水景環境的優美，提高展覽價值。

3.2.1 主要設計參數

該大型嶺南水景智能凈化系統中，水體容積為1000 m3，設計循環周期為10 h，設計循環流量為100 m3/h，設計水質要求為《地表水環境質量標準》（GB 3838—2002）中的Ⅳ類。

3.2.2 工藝設計

按生態學觀點分析，水體的污染實為生態失衡，有機質及營養鹽的輸入大于輸出，它們積聚湖中造成生態阻滯，使得浮游藻類增多，透明度下降，水質變黑變臭等。要想維持其原有良好狀況，應保持其生態平衡，疏通其水流的途徑，保證暢通，保障有機質及營養鹽的輸入與輸出平衡[6]。考慮到錦鯉池水質的特殊性以及運行費用，項目采用物理處理和生化處理的方式相結合水處理工藝。

首先，選用兩套CWK-SH-50 型一體化魚池生化水處理設備，設備具有紫外線殺菌消毒功能，能有效殺滅水中的各類病菌，防止錦鯉感染細菌，還能有效殺滅水中的藍綠藻，保證水質清爽。經過紫外線殺菌消毒后的水進入高效生態基消化處理單元，通過該單元的處理，能有效分解水中殘余的魚類糞便及剩余飼料。其次，經過火山石、生物砂等環節處理后有效去除水中的有機物及懸浮物質，從而降低水的濁度。水處理設備的最后一個環節為強化除磷環節。錦鯉的排泄物及剩余飼料中含有磷酸鹽，而磷酸鹽是水體富營養化的主要因素，通過水處理設備的強化除磷環節可去除水中的磷。最后，再用水泵加壓使水進入錦鯉池內。經過以上環節處理，可達到節水目標。

3.2.3 設備日常維護

水景補水和水體凈化系統水源采用雨水回用水。

水處理設備在運行過程中每個反應池的底部會產生一定的沉淀物質，需要定期通過排泥閥來排除。排泥周期一般為5～7 d。

3.2.4 循環管道

水處理系統循環管道均采用UPVC 給水管，給水管使用溶劑粘接。循環進水口采用流量可調式進水口，方便調整每個進水口的循環流量。

4 結語

以上列舉的新型節水節能措施，即ETFE 膜采光頂蒸發冷卻降溫隔熱裝置、生活水箱自動清潔系統、雨水中水回用系統、水景智能凈化系統等，建成后運行情況良好，為夏熱冬暖地區公共建筑的節能節水做了有益的探索，也為日后新型節能節水措施的研發奠定了良好的研究基礎。