面向節(jié)能環(huán)保綠色建筑的給排水節(jié)水技術(shù)研究

王昊

摘要：為進(jìn)一步提升建筑給排水系統(tǒng)中的節(jié)水能力，促進(jìn)“綠色建筑”和“節(jié)能環(huán)保”等目標(biāo)更好實(shí)現(xiàn)，以某綜合商業(yè)辦公建筑工程項(xiàng)目建設(shè)為實(shí)際案例，結(jié)合當(dāng)?shù)貧庀笏馁Y料對節(jié)水設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行確定，從雨水收集回用系統(tǒng)、排水系統(tǒng)、設(shè)備選型等多個角度著手，闡述面向節(jié)能環(huán)保的綠色建筑給排水節(jié)水技術(shù)。實(shí)際評估結(jié)果顯示，本次項(xiàng)目中的節(jié)水技術(shù)表現(xiàn)良好。

關(guān)鍵詞：節(jié)能環(huán)保；綠色建筑；給排水設(shè)計(jì)

0? ?引言

在當(dāng)今節(jié)能環(huán)保的大背景下，節(jié)能環(huán)保已成為衡量建筑工程建設(shè)技術(shù)含量的一項(xiàng)重要指標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)節(jié)能環(huán)保目標(biāo)，應(yīng)用節(jié)水技術(shù)對建筑給排水部分進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)則是一項(xiàng)不可或缺的內(nèi)容。受地域差異和建筑工程自身特點(diǎn)的影響，綠色建筑給排水節(jié)水技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用環(huán)節(jié)較為復(fù)雜，為此需要結(jié)合具體情況，對給排水節(jié)水技術(shù)的參數(shù)和設(shè)計(jì)方法等進(jìn)行精準(zhǔn)設(shè)計(jì)，以提升建筑工程的整體質(zhì)量。

1? ?項(xiàng)目概況

某綜合商業(yè)辦公建筑工程項(xiàng)目位于陜西省西安市沛東區(qū)紅光路地塊，建筑面積14萬m2，包括1#、3#、5#、6#及車庫，其中4棟建筑在設(shè)計(jì)內(nèi)容上基本保持一致，均為地下2層和地上10層。按照綠色建筑設(shè)計(jì)目標(biāo)要求，該工程需要按照《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》中的一星設(shè)計(jì)等級完成相關(guān)建設(shè)工作，且必須契合當(dāng)?shù)鼐G色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)體系所規(guī)定的一星A技術(shù)體系的有關(guān)要求。基于此，工程單位決定在設(shè)計(jì)和建設(shè)中引入給排水節(jié)水技術(shù)，對給排水設(shè)計(jì)部分進(jìn)行優(yōu)化，由此打造出節(jié)水型綠色建筑。

2? ?給排水系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)

2.1? ?給水參數(shù)設(shè)計(jì)

考慮到該建筑工程涉及到商業(yè)辦公和地下室工程等多個部分，因此采用分區(qū)供水的理念進(jìn)行設(shè)計(jì)，建筑的商業(yè)辦公用水仍由市政給水管網(wǎng)提供水源，而地下車庫和路面沖刷等用水則源自雨水回用系統(tǒng)。

在此基礎(chǔ)上，對用水量進(jìn)行預(yù)測，按照辦公用水每人每日50L、商業(yè)用水每日每平米8L、餐飲用水每日每次60L的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行預(yù)測，并考慮冗余設(shè)計(jì)要求，增加總用水量10%作為各種特殊情況的用水。基于以上數(shù)據(jù)，參考該建筑項(xiàng)目的設(shè)計(jì)人流規(guī)模，確定用水量如表1所示。根據(jù)表1的數(shù)據(jù)，確定該項(xiàng)目的最大日用水量為516.3m3，最大時用水量為74.0m3，平均時用水量為49.4m3，以此指導(dǎo)后續(xù)的設(shè)備材料選型設(shè)計(jì)工作。

在此基礎(chǔ)上，對雨水儲存水量和規(guī)模參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)。參考已有經(jīng)驗(yàn)，確定本次雨水儲存設(shè)施的有效儲水容積，滿足集水面重現(xiàn)期2年的要求。對日雨水徑流總量進(jìn)行設(shè)計(jì)，并扣除棄流流量，最終確定雨水日徑流可收集總量為134m3。

綜合考慮該建筑工程日常運(yùn)營階段涉及到的綠化灌溉、車庫沖洗兩方面的用水，確定雨水蓄水池的有效容積最小值為下墊面降雨的24h雨水徑流。雨水儲水容積按照實(shí)際日用水量的3～5倍計(jì)算，最終確定雨水儲水池容積設(shè)置為100m3。設(shè)置混凝土池子，將其作為雨水收集池。

2.2? ?排水系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計(jì)

應(yīng)用如下公式進(jìn)行暴雨強(qiáng)度計(jì)算：

式中：t表示降雨歷時，單位為min，本次取3min；P表示設(shè)計(jì)重現(xiàn)期，本次取10年。其他參數(shù)均為地方性參數(shù)，通過查詢當(dāng)?shù)貧庀筚Y料即可獲得。代入以上數(shù)據(jù)后，即可求出最終的暴雨強(qiáng)度q。將該數(shù)據(jù)作為雨水排水系統(tǒng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的參考依據(jù)。

3? ?節(jié)水技術(shù)設(shè)計(jì)流程及要點(diǎn)

3.1? ?分質(zhì)分區(qū)供水整體方案設(shè)計(jì)

結(jié)合該建筑工程功能上的多樣性，采用分質(zhì)分區(qū)的供水模式進(jìn)行給排水設(shè)計(jì)。其中，市政管線主要面向辦公和商業(yè)功能進(jìn)行供水，水壓設(shè)置為0.2MPa。地下車庫沖洗、綠化灌溉等用水則源于雨水回用系統(tǒng)，且該系統(tǒng)供水的所有用水點(diǎn)上均標(biāo)明“非飲用水”標(biāo)記。從理論角度來講，通過這種設(shè)計(jì)方式，能夠有效節(jié)省傳統(tǒng)水源，并達(dá)到非傳統(tǒng)水源利用率的20%的標(biāo)準(zhǔn)。

另一方面，本次給排水設(shè)計(jì)中，針對生活用水系統(tǒng)采用分區(qū)供水模式，其中：地下2層至地上1層采用市政直供的方式進(jìn)行供水；建筑2～6層標(biāo)記為“低區(qū)”，采用變頻泵加壓供水，設(shè)計(jì)流量為41m3/h，揚(yáng)程設(shè)計(jì)為75m；建筑的7～10層標(biāo)記為“高區(qū)”，仍采用變頻泵加壓供水，設(shè)計(jì)流量為42m3/h，揚(yáng)程設(shè)計(jì)為105m。

3.2? ?雨水收集回用系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為提升本建筑工程的節(jié)水效果，設(shè)計(jì)人員引入雨水收集回用系統(tǒng)，該系統(tǒng)可通過多道預(yù)處理環(huán)節(jié)，對降雨進(jìn)行處理，以提高雨水收集質(zhì)量。再將處理后的雨水導(dǎo)入蓄水池中，即可實(shí)現(xiàn)水資源的存儲利用。結(jié)合實(shí)際需要，本次雨水收集回用系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)流程圖如1所示。基于此設(shè)計(jì)流程，按照以下幾個方面對雨水收集回用系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)。

3.2.1? ?水質(zhì)處理部分設(shè)計(jì)

通過對當(dāng)?shù)赜晁M(jìn)行收集和取樣檢測后獲知，當(dāng)?shù)赜晁械腃OD值為60～80mg/L、SS值為20～40mg/L，不符合GB/T 18920-2020中對城市雜用水質(zhì)量的規(guī)定。對此，采用沉淀、混凝和過濾的流程對雨水進(jìn)行處理。其中，混凝環(huán)節(jié)采用聚合氯化鋁作為混凝劑，以提高過濾效率。并采用全自動濾網(wǎng)過濾器和石英砂過濾器兩道程序，依次進(jìn)行過濾。在過濾完成后，雨水即符合回用水標(biāo)準(zhǔn)而不需要進(jìn)行深度處理。

3.2.2? ?蓄水池設(shè)計(jì)

在本工程中，直接將蓄水池設(shè)計(jì)于建筑附近綠化帶下方。由于該施工區(qū)域地質(zhì)條件相對較優(yōu)，不存在明顯的脆弱土層，因此蓄水池直接采用小型挖機(jī)進(jìn)行開挖。

開挖前，首先根據(jù)測定的軸線控制網(wǎng)初步放線，并在基坑邊加釘軸線控制木樁，依次放出開挖邊線。根據(jù)相應(yīng)的輪廓線，先用小型挖掘機(jī)開挖，再由人工修整完善。在開挖完成后進(jìn)行混凝土澆筑，混凝土澆筑的選材如表2所示。

在確定以上材料后，采用沿高度方向均勻分層連續(xù)推移的方式進(jìn)行澆筑，混凝土的一次攤鋪厚度約在30cm左右，以充分利用混凝土層面散熱。

在澆筑過程中，采用插入式高頻振動棒垂直點(diǎn)振方式振搗。在混凝土澆筑完成后，對混凝土表層進(jìn)行灑水養(yǎng)護(hù)。灑水工作從混凝土澆筑完成初凝后開始計(jì)時，時間控制在8d左右。

3.2.3? ?管材和配件選型與連接

雨水收集管道和溢流管采用HDPE中空壁波紋管，連接方式為熱熔連接。回用水管和排泥管采用PPR管，并采用熱熔方式進(jìn)行連接。設(shè)備內(nèi)的其他管線均采用鍍鋅鋼管，采用法蘭進(jìn)行連接。回用水泵則采用底部不銹鋼角鐵和上部砌磚的方式進(jìn)行連接。

3.2.4? ?雨水收集裝置設(shè)計(jì)

為提高雨水收集能力，本次通過在建筑周邊區(qū)域布置“下沉綠地”的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)，分別根據(jù)以下2個公式，計(jì)算下沉綠地的面積和下沉綠地的深度：

S=60kJFgT? ? ? ? ? ? ? ? ?（2）

U=0.001HFg? ? ? ? ? ? ? ? （3）

式（2）中：S為雨水下滲量，k為土壤穩(wěn)定入滲速率，J為水力坡度，T為蓄滲計(jì)算時間。

式（3）中U為下沉式綠地的蓄水量；Fg為最終的下沉綠地面積，通過查閱當(dāng)?shù)厮馁Y料獲取；H為深度，通過查閱當(dāng)?shù)厮馁Y料獲取。

在確定以上參數(shù)后開始對下沉綠地展開設(shè)計(jì)，并使用路緣石將下沉綠地與其他區(qū)域相互分割。在此基礎(chǔ)上，為進(jìn)一步提高下沉式綠地的蓄水能力，在路緣石上設(shè)置寬度為20～60cm的缺口以進(jìn)行引流。

3.3? ?排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

為提升建筑室內(nèi)排水環(huán)節(jié)的節(jié)水效果，本次采用真空排水模式，對建筑室內(nèi)排水系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)，真空排水系統(tǒng)的流程如圖2所示。

該排水系統(tǒng)中，主要包括以下設(shè)備：一是真空泵站，它是真空排水系統(tǒng)的核心設(shè)備，又可分為真空泵、真空收集器和排水泵三部分，分別承擔(dān)著提供排水管道氣壓差、收集污水和排水的任務(wù)。二是控制裝置。該裝置與建筑內(nèi)的排水器具相連接，通過液位傳感器讀數(shù)，對真空閥進(jìn)行控制。當(dāng)真空閥閉合時，污水將通過重力作用暫時儲存于集水槽中；當(dāng)真空泵開啟后，其產(chǎn)生的氣壓差將推動污水進(jìn)入真空收集器。三是序批處理裝置。其主要根據(jù)液位傳感器讀取真空管內(nèi)的積水水位，對真空閥的開關(guān)狀態(tài)予以控制。

參考已有文獻(xiàn)可知，本次應(yīng)用的真空排水系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)排水系統(tǒng)而言，在使用時長和頻率相同的情況下，真空排水系統(tǒng)可節(jié)約60%以上的水資源，綜合性能良好。

3.4? ?節(jié)能性部件選用與系統(tǒng)設(shè)計(jì)

首先，應(yīng)用管徑為15mm的節(jié)水型水龍頭并附加感應(yīng)裝置，該設(shè)備在水壓正常時，其全流量始終在0.15L/s以下，且能夠在無人狀態(tài)2s后即自動止水，以此實(shí)現(xiàn)水資源的節(jié)約。其次，針對給排水設(shè)計(jì)中涉及到的水泵全部采用變頻泵，選用G120系列變頻器，基于變頻調(diào)速系統(tǒng)進(jìn)行節(jié)能設(shè)計(jì)。該變頻器具備“軟啟動”和“軟制動”的功能，在相關(guān)設(shè)備啟動和停止時，可有效避免因電流突變而引起的機(jī)械沖擊，有利于延長相關(guān)部件使用壽命。水泵設(shè)備的布置情況如表3所示。

4? ?工程質(zhì)量評估結(jié)果

在本次給排水節(jié)水工作全部完成后，為檢驗(yàn)工程質(zhì)量，測試人員參考《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》中針對一星級綠色建筑規(guī)劃設(shè)計(jì)方面的要求，對本次節(jié)水技術(shù)應(yīng)用情況進(jìn)行初步評估，得到的評估結(jié)果如表4所示。

根據(jù)表4中的數(shù)據(jù)可知，本次節(jié)水技術(shù)設(shè)計(jì)方面基本能夠達(dá)成《綠色建筑評價標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)劃設(shè)計(jì)要求，僅在節(jié)材與材料資源利用方面存在少量不滿足要求的項(xiàng)目。分析認(rèn)為，其主要原因是部分新設(shè)備的應(yīng)用增加了一定的成本，但對于整體的節(jié)水設(shè)計(jì)質(zhì)量則不存在顯著影響。

在此基礎(chǔ)上，對非傳統(tǒng)水源利用率這項(xiàng)重要指標(biāo)進(jìn)行評估，評估結(jié)果顯示，該建筑工程中的非傳統(tǒng)水源利用率在25.3%～25.9%范圍內(nèi)波動，明顯高于20%的要求，證明該建筑工程節(jié)水技術(shù)初步取得了預(yù)期效果。

5? ?結(jié)束語

本文以某建筑工程的給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為實(shí)例展開研究，結(jié)合綠色建筑設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)與項(xiàng)目實(shí)際情況，以分區(qū)且分質(zhì)的供水理念為核心，對各項(xiàng)節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用均進(jìn)行較為詳盡的探討，初步實(shí)現(xiàn)了節(jié)水技術(shù)目標(biāo)。從工程質(zhì)量評估環(huán)節(jié)來看，該項(xiàng)目的多項(xiàng)關(guān)鍵指標(biāo)均符合預(yù)期要求，證明本次設(shè)計(jì)取得了初步成功，可為今后的類似工作提供參考借鑒。

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