建筑給排水設計中的節水節能技術措施研究

武晉安

(太原市建筑設計研究院，山西 太原 030000)

水資源短缺和污染問題越來越受到人們的關注，特別是在建筑工程領域中存在水資源和能源消耗。在節能降碳、綠色低碳背景下，綠色建筑理念被提出并在建筑設計中發揮著重要作用。作為建筑行業重要組成部分，建筑給排水在節水節能領域未能引起足夠重視，這不僅給水源短缺和能源消耗帶來壓力，其設計效果還將直接影響項目質量和后期使用效果，不符合低碳節能要求。因此，給排水設計人員要秉承綠色建筑理念，大力應用節水節能技術解決能耗問題，提高水循環效率和降低能源消耗，從而促進建筑業的進一步可持續發展。

1 節水節能設計重要性及現狀

1.1 節水節能技術應用的重要性

近年來，我國一直面臨著水資源短缺以及分布極不均衡等問題，如東南沿海地區水資源豐富，西北地區水資源緊缺。在大力提高居民節約用水意識和提倡使用節水節能設備的同時，設計師應考慮通過節約水資源、提升能源利用效率等相關新技術來達到節水節能目標，而且還要在降低建筑施工成本和給排水系統的日常運行能耗方面加大相關技術的應用[1]。在此基礎上，有助于改善人們的生產生活質量和促進經濟發展。

1.2 節水節能設計現狀

據相關資料統計，巨大的建筑業用電量迫切需要設計者們秉承綠色建筑理念、注重節水節能設計。據數據顯示，建筑給排水能耗問題也不容忽視，主要由生活生產所需的給水、排水、熱水等能耗所組成[2]。目前從業人員節水節能意識不強，在建筑給排水設計中沒有充分考慮節水節能問題，如在用水過程中，用水器具工作壓力存在“供大于求”問題，從而導致“隱形”水資源浪費增加；在熱水系統水資源浪費方面，情況也較嚴重，由于沒有采取全循環系統，要先將管內冷水排完后才能使用熱水，累計下來水資源浪費也是不可忽視[3]。

2 建筑給水系統設計中的節水節能技術措施

2.1 注重分區給水方式，減少給水壓力

在城市給水管網設計中，設計師要充分利用城市供水管網末端余壓(一般為0.2～0.4MPa)，以此來避免或減少二次加壓供水所帶來的能耗。如圖1所示，低層建筑(6層及以下樓層)的供水系統建議直接由市政管網供水，這種供水方式不會因為低樓層供水壓力過高而造成的能耗浪費。中高層建筑(6層以上樓層)則建議由二次加壓設備供水，從而降低水泵能耗。

圖1 分區給水方式

為降低加壓設備的運行管網成本，可采用管網疊壓供水設施，即直接利用市政給水干管進行吸水加壓。除此之外，在低高層給水設計過程中應用變頻調速加壓也是應用最多的供水設施，即結合用戶實際用水量的多少(而不按照傳統水泵特性曲線供水)，根據壓力變化情況，有針對性調節水量，滿足用戶的用水需求，從而進一步保障和提高分區供水的節水節能效率[4]。通過合理的減壓措施既可節約水泵的多余流量及所需揚程產生的功率，又可保障用水安全，進而提升整個給水系統的節能效果。

2.2 利用清潔能源

采用綠色清潔的新能源技術能有效降低能耗。現代熱能供應系統主要有較為成熟的太陽能和風能等技術為熱水器提供能源。我國擁有豐富的太陽能資源，年日照時數2 000h以上的面積超國土面積2/3，因此，在我國很適合太陽能熱水器的推廣。目前市場上太陽能熱水器類型主要有：玻璃真空管型、平板型以及金屬-玻璃真空管型等(如圖2所示)。太陽能供熱技術主要包括：循環管、循環泵、集熱器以及補水箱等。在太陽能熱水器設計中，為充分發揮太陽能的優勢，2種輸送熱能形式(真空管和熱管)被使用來提高熱能傳遞效率[5]。除此之外，太陽能熱水系統中內置加熱系統應該具備較高的安全系數，進一步確保太陽能熱水系統具有防凍、防雷、防過熱等防護效果。因此，運用這些新型的清潔能源不僅能增強給水系統的節能效果，還能有效減少因燃料燃燒所造成的環境污染。

圖2 太陽能供熱技術

2.3 優化熱水循環系統

改良熱水循環系統是1種有效的節能技術，它可以減少用水時等待熱水所需的時間，同時也可以減少水的浪費。目前冷熱水雙管系統應用于我國大部分浴室，但在使用該系統時，為達到設置溫度，很多冷水被“無效”放掉，從而造成一定水資源浪費。為進一步提高熱水器節水節能效率，1種改良熱水循環系統被應用，即將冷水管、熱水管統一成混合單管，并在混合單管前增加混水器，使冷熱進水管充分混合，并由溫控閥、循壞泵、溫度傳感器進行溫度控制，這種系統的優勢不僅能節省燃料的消耗和控制用水量，而且不用調整水溫，從而提高洗浴過程中的舒適度。

2.4 合理控制超壓出流

在用水過程中，用水器具工作壓力存在“供大于求”問題，造成其流量大于額定流量，從而導致隱性水資源浪費增加。在實際生產生活中往往會出現超壓出流現象，這不僅會因水壓太大所造成的水資源浪費問題，還會因在水龍頭啟閉時所產生管道振動和水擊現象，造成管道損壞、配件磨損等問題，從而影響其使用壽命。

當用水器具水壓力太大時，其所造成的隱形水資源浪費就很明顯。所以，當給水系統最低衛生器具配水點處靜水壓大于0.15MPa時，應采用在水表前裝設減壓孔板、減壓閥等以及減少超壓出流量等減壓措施來達到節水節能的效果。

2.5 使用水量調節器與高效節水器

水量調節器是1種可以節約水資源的技術。它可以自動控制水流量，以滿足需要，而不浪費過多的水。水量調節器的設計可以是手動或自動的，通常安裝在水龍頭或淋浴噴頭上。高效節水器可以通過減少水流量來減少用水量，同時也可以減少能源的消耗。這種技術的設計通常是通過減小噴頭孔徑來實現的，從而減少水的流量。

此外，一些高效節水器還配備有自動關斷、減少滴漏等功能來達到節水節能要求，如銅質節水龍頭、感應式水龍頭等市場上常用的節水型器具。雖然節水器具的購買成本相對較高，但其節水節能特性是傳統器具所不具備的，如選擇節水型器具等，相比非綠色建筑來說，綠色建筑的能耗可減少約5%。

以上介紹的節能技術措施在建筑給水設計中也得到了推廣和應用。例如，在一些酒店和辦公樓中，熱水循環系統和高效節水器已經成為標準配置。

3 建筑排水系統設計中的節能技術

3.1 選用節水節能器具

建筑給排水設計者應科學合理使用節水型器具，優先選用小便器延時自閉式沖洗閥低流量馬桶。作為一種有效的節水節能器具，低流量馬桶的設計可以通過減少水箱的容量或設計更有效的沖水機構來實現，其優點在于既可以減少水的使用量，又可以減少廢水的排放。除此之外，真空式坐便器、腳踏開關淋浴器等其他新型節水節能衛生器具也能減少水資源浪費。同時，水的二次利用也是提高水資源利用效率的重要方式，如將洗手池排水系統與沖便器進水系統進行串聯設計。

3.2 利用真空節水排水技術

在建筑污水排放過程中，應合理利用真空負壓技術替代普通沖洗方式。基于重力排水的真空排水技術通過真空設備使排水管道內的壓力低于大氣壓，利用大氣的失衡以空氣為動力實現水的輸送，即在真空負壓作用下，直接形成汽水混合物，有利于短時間清洗管道內的污物并將渾濁物帶入下水道，從而降低用水量。

對于高層建筑排水系統而言，真空排水技術能有效提高節水效能。具體而言，真空節水排水技術節水率可達65%以上。

3.3 強化中水回收利用系統

中水主要來源于人們日常生活中污廢水的排放。例如洗衣機、洗手池、淋浴和浴缸等。據文獻資料顯示，在我國建筑排水量中，辦公樓的生活廢水所占比例最低，為40%；住宅比例其次，為69%；賓館、飯店比例最高，為87%；。經過生物處理和膜分離工藝等處理方法，中水可以再次用于沖洗馬桶或澆灌植物等用途。這種技術可以減少用水量，從而減少廢水的排放。一些地區的政府也通過政策和法規來鼓勵建筑物使用節能技術，例如要求新建建筑物必須配備中水回收系統。

3.4 發展能量回收系統

能量回收系統可以通過回收廢水中的熱能來減少能源消耗。這種系統通常通過在排水管道中安裝熱交換器來實現，將排水中的熱能轉化為可再生能源。例如熱水或熱空氣等。這些可再生能源可以用于建筑的暖氣或熱水供應，從而減少能源的消耗和對環境的影響。

3.5 推進雨水再利用系統

目前，雨水作為寶貴的水資源，其再利用越來越受到世界各國研究者們的大量關注，特別是對于我國嚴重缺水的現狀，雨水再利用顯得格外重要。將雨水收集起來并進行簡單處理后用于車輛清洗、廁所沖洗、景觀用水、城市綠化等，即實現了雨水再利用，從而減輕當地的用水和污水處理負擔，從節水的角度出發，高層建筑的雨水系統設計需考慮雨水滲透系統和雨水收集系統，即雨水可從屋面排入就近地面下滲利用，也可直接通過屋面、管道等收集系統收集起來。除此之外，還要加強節水景觀建設(如種植耐旱綠植等)，從而進一步補充雨水池調蓄量。

4 應用案例

下面以太原市某小區高層建筑給排水設計為例，分析其節水節能技術研究。

項目概況：小區總用地面積76 366.8m2，建設內容為10棟住宅建筑及地下車庫，樓層為17～28層；2棟6層商業樓，地下1層停車場，總建筑面積7 467m2。

考慮供水的可靠性和節水節能理念，高層建筑給水設計采用分區給水方式，即分為市政管網直接供水區(商業樓和住宅樓地下1層～地上1層)、供水低區(地上2層～地上10層)、供水中區(地上11層～20層)、供水高區(地上21層～28層)，其中，供水低區、中區、高區采用生活變頻調速供水設備，可節約耗電量，節能效率為55%～65%。

設置雨水收集和調蓄凈化再利用系統，其凈化的雨水可供給地下車庫清洗、園林綠化的灌溉等。設置中水回用系統(如圖3所示)。生活所產生的污廢水，經過中水回用系統(中水回用管和處理單元)后，處理后的水再用于日常的洗車、沖廁、景觀用水等，從而提高居民生活中產生的廢水污水的重復利用率。

圖3 高層建筑給排水中水回用系統

考慮使用清潔能源來實現低碳環保，熱水系統設計則采用太陽能供熱。據統計，和電熱供熱系統相比，太陽能生活熱水系統的電能節約率為26.9%～49.3%，從而減少生活熱水對電、煤炭等能源的依賴。

由此可知，在建筑給排水設計中利用分區給水方式、變頻節能泵、中水和雨水回用系統以及太陽能熱水系統等節水節能技術，能顯著提高能源利用率。

5 結語

注重分區給水、利用清潔能源、優化熱水循環系統、控制超壓出流、使用高效節水器等建筑給水設計節水節能技術措施和選用節水節能器具、利用真空排水技術、強化中水回收、雨水再利用等建筑排水設計的節水節能技術措施得到了推廣和應用。同時，建筑給排水節水節能的空間還很大，節水節能技術也在不斷地發展和創新。