建筑給排水節能節水技術探討

夏宏志

(中鐵第五勘察設計院集團有限公司,北京 102600)

某項目總占地面積58 424.7 m2,包括10棟住宅樓和地下車庫,共有1396個住戶,建筑密度21.7%,容積率3.9,綠地率41.5%。該小區供水系統采用分區域及水質方式進行供給,商業樓和住宅樓通過市政供水管網獲得淡水,通過向下分配及向上供應方式進行輸送。水在管道中的流動速度為1.3～1.9 m/s,壓力為0.16 kpa。按照每天每人45 L的標準,住宅樓設計人口6950人,每天供水量達349 m3,最高峰時段的水需為48.6 m3/h,平均每小時的用水量為32.2 m3。商業樓按照每人10 L標準,設計人口3500人,每天供水量27.9 m3,最大小時用水量4.2 m3/h,平均小時用水量2.8 m3/h。供水系統根據不同區域及需求采用不同的供水方式,以滿足商業樓及住宅樓的淡水需求,利用雨水回收再利用系統滿足地下車庫和園林綠化的用水需求[1-2]。

1 給排水系統中的節能節水技術

1.1 中水回用系統

為得出小區實際的中水水量,可根據當地規范及小區實際情況通過公式(1)進行計算。根據計算設置中水回用系統,主要由原水收集、雜排水儲存、水質處理及中水供水等部分組成,相互配合,形成一個完整的循環系統,用于收集、存儲、處理及供應經過處理的中水[3]。為提高廢水的再利用率,中水回用系統負責對居民日常生活廢水進行處理及凈化,再循環用于其他用途。

中水回用系統具體原理如圖1所示,計算公式如下:

圖1 中水回用系統原理Fig.1 Principle of reclaimed water reuse system

Q1=∑αβ×Qd×b

(1)

式中:Q1為原水量,m3/h;α為折扣系數;β為折減系數;Qd為最用水量,m3/h;b為給水百分率。

1.2 雨水收集與調蓄凈化再利用系統

在下沉式廣場的輪廓線周邊,采用寬度為400 mm的隱蔽式暗溝進行雨水收集。在暗溝內設置DN150雨水斗,斗上安裝防護濾網,防止雜物進入,將收集的雨水排入雨水井中。為確保雨水的正常排放及處理,采用多臺泵的運行方式設置雨水泵。其中,雨水泵2臺為備用,當雨量較大時,可同時啟動3臺泵以應對需求。此外,地下4層設有雨水調蓄池、處理設施及清水池。通過這些設計和設置能夠高效收集、處理及利用雨水資源,實現對雨水的調控及再利用,從而滿足綠化及居民需求[4],具體工作原理如圖2所示。

圖2 雨水收集與調蓄凈化再利用系統的運行原理Fig.2 Operation principle of rainwater collection, regulation, storage, purification and reuse system

1.3 變頻節能泵站技術

負1層和地上1層建筑均是直接采用市政給水管網供水,不需要變頻。變頻節能泵站主要應用于地上1層以上的樓層,按樓層進行分區,采取不同的變頻策略,如2～10層為低層供水區,供水設備變頻調速參數為每臺主泵流量26 m3/h,揚程80 m,功率20 kW,兩臺主泵相互配合,可自動切換。11～20層為中層供水中區,供水設備變頻調速參數為每臺主泵流量26 m3/h,揚程100 m,功率20 kW,兩臺主泵相互配合,可自動切換。21～28層劃分為高層供水區,供水設備變頻調速參數為每臺主泵流量12 m3/h,揚程120 m,功率19.5 kW,兩臺主泵相互配合,可自動切換。室外的雨水回用系統采用雨水回用變頻調速供水設備,主泵流量13 m3/h,揚程37 m,功率5 kW,設有備用主泵互為備用。采用不同的供水方案及設備,根據樓層不同需求高效供水。不同區域及系統經過仔細設計,可確保水流量、揚程、功率與相應樓層的需求相匹配,備用設備提供了冗余保障,以確保供水的可靠性及持續性[5]。普通水泵與變頻水泵的節能效果對比如圖3所示。

圖3 泵站節能效果對比Fig.3 Comparison of energy-saving effects of pumping stations

根據圖3的對比數據可以看出,在不同的供水區域使用變頻節能泵站,相比普通泵站具有顯著的節能效果。低層供水區使用普通泵站的耗電量為11.83 kW·h,但轉為變頻節能泵站后,耗電量為7.41 kW·h。每小時節約4.48 kW·h,節能效率達62%。中層供水區使用普通泵站的耗電量為33.61 kW·h,而變頻節能泵站僅耗電18.51 kW·h。每小時節約15.09 kW·h,節能效率55%。高層供水區使用普通泵站的耗電量為42.51 kW·h,轉為變頻節能泵站后,耗電量為27.59 kW·h。每小時節約14.79 kW·h,節能效率高達65%。這些數據表明,在不同的供水區域中采用變頻節能泵站可顯著降低能耗并節約大量的電力。

1.4 太陽能熱水系統

太陽能熱水系統可通過太陽能集熱器將陽光能轉化為熱能,并將其傳遞給供水系統,以滿足高層建筑居民的熱水需求。采用太陽能生活熱水系統有助于減少對化石燃料的依賴,降低對環境的影響,帶來可持續的能源解決方案。而電熱供熱系統需消耗大量的電能來提供熱水。因此,太陽能生活熱水系統在能耗成本上具有明顯優勢[6]。兩種供熱系統的具體能耗成本差異如圖4所示。

圖4 節能效果對比Fig.4 Comparison of energy-saving effects

根據圖4可以看出,電熱供熱系統的電源消耗在每月范圍內變化較小,平均為2040 kW·h。說明電熱供熱系統每個月的電耗相對穩定,變化幅度不大。因為太陽能系統的性能取決于日照條件。每月的電耗范圍為541～1020 kW·h,平均為778 kW·h,每月耗電量有些許差異。

統計數據顯示,太陽能生活熱水系統相對于電熱供熱系統具備一定的電能節約率,節約率為26.9%～49.3%,太陽能生活熱水系統能夠顯著降低對電能的依賴,減少能源消耗及成本支出。太陽能系統的運行成本與日照條件密切相關,在可持續能源利用及節能方面具有明顯優勢。

1.5 選擇節水型衛生潔具

為了符合LEED評級標準,衛生潔具均采用節水型,整體用水量降低了約15%。雙沖水馬桶采用容量為3/4.5 L的雙沖水設計,可根據需求選擇適宜的沖洗量,從而減少用水量。采用每次沖洗0.5 L的節水型小便器,將用水量降至最低限度。盥洗室選擇每分鐘輸出1.2 L的節水型水龍頭,通過減少水流量來達到節水效果,保證良好的使用體驗。廚房用水選用每分鐘輸出3.8 L的節水型水龍頭,降低用水量的同時滿足廚房洗滌及清潔需求。采用每分鐘輸出6.6 L的節水型淋浴花灑,通過控制水流量來減少用水量,節約資源,保持舒適的沐浴體驗。

2 結束語

為了使小區給排水實現預期的節能節水目標,可根據不同需求及水質要求合理應用中水回用技術、太陽能熱水系統、雨水收集及再利用技術、變頻泵站技術等,確保供水穩定性,實現水資源及電能資源的循環利用,促進建筑的可持續發展及生態環境保護。