建筑给水系统节水节能存在的问题及应对措施

魏天云　刘德明

(1.福建船政交通职业学院 道路工程系，福建 福州 350007；2.福州大学 土木工程学院，福建 福州 350108)



建筑给水系统节水节能存在的问题及应对措施

魏天云1刘德明2

(1.福建船政交通职业学院 道路工程系，福建 福州 350007；2.福州大学 土木工程学院，福建 福州 350108)

现有建筑生活给水系统存在诸多问题，造成水资源和能量的极大浪费。对比分析国内外节水节能技术的研究现状，指出开展节水节能技术的必要性以及今后的发展方向。

节水；节能；水资源；可再生能源

目前，随着经济的快速发展，城市人口不断增加，住宅的需求量也在不断增长。城市化进程的日益推进，需要消耗大量的水资源，有些水资源利用还遭到严重破坏。据统计，我国人均水资源占有量在世界上比较低，而建筑生活的用水量和耗能量占据较大比重[1—5]。建筑生活给水系统对于水资源的利用起着关键的作用。城市用水的紧张状况日益严峻，为缓解这一状况，必须加强节约建筑用水的研究。由于建筑生活用水需要从水厂输送与提升，这一过程需要消耗大量的电能，它的大小与给水高度、输水量的大小和水压的损失有着密切的关系，即用水的过程也是耗能的过程，节约用水也就相当于节能[6—9]。因此，优化建筑给水过程必须从节水和节能两个方面进行考虑。

居民用水安全以及人们生活的需要是传统给排水设计的两个主要衡量指标。随着城市化发展的不断推进，人口激增，水资源日趋紧张，再加上政府对水资源的合理开发提出了更高的要求，建筑供水系统研究的重要性逐步得到认识，尤其是如何合理利用和优化建筑给水系统越来越受到重视，有必要开展建筑住宅给水系统的研究，做到节水节能，合理有效地利用水资源，调整居民的用水结构，提高用水品质，避免利用水资源的过程破坏了生态环境[10—12]。现代的建筑住宅给水系统的发展必须要做到节水、节能、经济三个方面的相互协调，使其能够可持续发展。要开展建筑住宅给水系统利用的优化与创新，必须对目前建筑住宅给水系统存在的问题，以及未来给水系统的发展趋势有一个清晰的认识。

1　现有给水系统存在的问题

目前虽已开展节水、节能等新型技术的研究，并且还考虑其他不可再生资源的利用，但是世界各地的建筑住宅给水系统的发展还存在一定的问题。

1.1水资源短缺问题

根据有关报道，我国人口在2030年前后会超过16亿。随着城市化进程的不断加快，加上我国的水资源分布不均，从地区上看，东部和西部用水较大，中部较少，城市供水短缺现象越来越严重。我国大约有六分之一的城市属于严重缺水，三分之二的城市有不同程度的缺水，年总缺水量大约60亿立方米。缺水问题对人类的正常生活和经济带来了巨大的影响，节约用水已经得到大众的普遍认可，国家也已将节约用水上升到基本国策。

1.2用水浪费问题

在建筑给水系统中，特别是目前水资源短缺的情况下，还出现严重的用水浪费现象。居民日常用水习惯、不合理的建筑住宅给水系统设计以及由于各种原因造成的管道渗漏现象都会导致用水浪费。这更加容易导致建筑住宅的供水不均以及水量短缺情况的出现，因此，如何高效地利用水资源是必须首要考虑的问题[13—14]。

(1)生活用水浪费。

依据用水量的大小，可将用水的时间段划分为短期用水和长期用水两种情况。上班人员在工作日早晨7 点左右的用水属于短期用水，这段时间主要用来洗漱。国外针对一些地区的建筑住宅居民用水统计表明，用水量的高峰期出现的时间较短，它是平均用水量或者长期用水量的3—10倍左右。在这段时间里面极易出现由于用水习惯而导致的水量浪费现象，这其中用于洗浴的用水量占的比重最大，接下来是洗涤用水、厨房用水以及冲厕用水等。

1)洗涤、洗浴、洗漱用水。

①有很多人习惯开着水龙头洗手，即使在涂洗手液或者肥皂的过程中，也让水龙头水长流，而不关闭，从而导致水量的浪费。

②频繁洗澡或者洗澡时间过长。由于各国人民生活习惯不同，对卫生要求不一样，以及气候条件不同，人们洗浴的用水量差异较大。在我国，南方人洗澡次数超过北方人，用水量偏多。尤其是在夏天。据统计，超过8%的城市居民每天洗澡次数达到或超过3次，时间在30分钟以上；在冬天时，有部分居民每周洗澡超过5次，时间都在40分钟以上。这种洗浴方式耗费了较多的水资源和电能。

③有些用水器具质量不过关或者其结构设计方面不尽合理，很难同时达到节水与节能的目的。如在洗涤、洗浴等过程中，用水次数较多，且所使用的用水器具出水量偏大，使用时间较长，这些都会加剧水量浪费现象的发生。

2)冲厕用水。

带有水箱并采用浮球阀来控制水量进出的大便器仍然在我国的一些年代较久的建筑或者是一些老城区使用。这种控制阀及其配件在长时间高频率的使用过程中，会导致损坏、出现漏水等现象，且这些现象很难察觉。若没有及时发现修理，会引起水箱长流水，造成不必要的水量浪费。因此，国家政策已规定建筑住宅必须采用6L的座便器。目前，新建的住宅已经淘汰9L的座便器。

3)厨房用水。

厨房用水浪费主要表现在两个方面：一个是厨房水龙头超压出水或者是阀门漏水；另一个是由于部分人在清洗器具或者果蔬时，没有用漂洗的方式，致使水流常开而引起水量的浪费。

(2)超压出流。

如果供水系统的水压超过了其工作压力的范围，会对设备、管道、相关配件及其附件造成破坏，从而使供水系统难以正常运行。特别在高层建筑住宅中，当给水系统的配水管出水前的静水压大于额定流出水头时会产生超压现象，影响供水系统的正常运行。

1)产生超压的原因。

在供水过程中，用户集中用水的高峰期较短，在非用水高峰期，更容易出现超压出流现象。这种情况会影响用水设备的正常运行，并且会使配水点与设备连接的接口处发生漏水。

如果建筑住宅供水的分区不够合理，配水支管就容易出现过高的水压，进而形成超压现象。为了确保建筑给水系统最不利配水点出水稳定，必须进行合理的供水分区设计，特别是在高层建筑给水系统中更加重要。如果出水水压直接按上部的配水点进行设计，那么在同个分区内，处于较低楼层的配水点处的出水压力就会比较大，尤其是楼层的层数越多，那么在越低的楼层其水压就越大，极易超过水压极限而发生超压现象。

2)超压出流的影响。

若发生超压出流现象，则水龙头刚开启时会使水流喷溅出来，形成噪音，同时，水压对卫生器具及其管件的冲击，会影响卫生器具的使用寿命，引起管件的渗流，造成不必要的水流量损失[15]。

(3)管道渗漏。

管道漏水现象发生得很严重。通常，建筑住宅内部的漏损量不太容易进行统计。一般情况下，单位长度的供水管道的漏失率控制在3.2m3/(km·h)左右。高层建筑数量的不断增加，建筑住宅内部的漏损现象发生的概率也会随着一起升高。相关部门的统计分析显示，大小为15mm口径的水龙头，其滴漏量大约为3.6L/h，如果20个水龙头出现漏水现象，漏水量为1 728L/d，因此，由于管道的渗漏引起的水量流失非常严重。管道漏损，水量流失，既损耗了给水系统的能耗，又降低了水资源的利用率，还会导致供水成本上升，影响供水价格的制定，最终使供水价格上涨。

1.3能量浪费问题

由以上用水浪费分析可知，除给水系统发生的管道的渗漏以及超压出流现象等会引起能源的损耗外，供水设备或者用水设备也会导致能量耗损，主要是由于给水方式和给水设备选择的不合理。热水供应系统的设计以及供热设备的选取也会造成能量耗损。

如果建筑供水系统的分区设计不合理，则供水设备难以一直处于高效运行状态，会引起水泵选型不当，导致水利用率降低，不但使动能白白耗费，还会导致水压不稳，缩短管道及其配件的寿命，增加了管道设备的成本，无形中也浪费了大量的不可再生资源。同时由于分区不合理，导致市政管网的可用水没有有效利用，使已有的压力能量白白浪费，还会引起一层或者二层的用户用水水压过大，引起超压现象。

据有关资料统计，淋浴用水量已经占到住宅的用水量的30%，建筑热水供应已经成为建筑给水系统的重要组成部分。因此，为了有效地节水以及节省热能，必须合理设计热水供应系统，并加强优化管理。

国际上，一般规定热水供应系统5—10s就必须要有适合温度的热水出来。目前在我国使用的多种热水供应系统，刚开始使用的时候，出水温度较低，不符合用水温度的要求，需要等待较长时间才能获得适当温度的热水，被放掉的部分低温水，其热量被白白地浪费了，没有将热能有效利用。特别是在我国的一些北方严寒地区，由于供热管道设计不合理，集中供热系统的循环方式选用不恰当，热水系统管线布置不合理、太长等，造成出热水的时间要等待15—30min，极大地浪费了水资源和能源。

2　国内外节水节能发展概况

2.1国外节水节能发展概况

(1)通过价格机制调节用水并加强用水管理。

通过水价的浮动来调节生产、生活用水，达到高效用水的目的。根据美国做的调查发现：如果将节水设备或者计量设备设置在住户水龙头旁，可节约用水11%；如果将水价翻一翻，可节约用水36%。国外水费的计价一般分高峰水价和累进制水价，控制居民用水浪费的习惯，提高用水效率。

(2)推广节水型器具的应用。

根据调查研究发现：大约有80%的家庭用水用于冲厕、洗衣、做饭以及洗澡方面，而洗浴和冲厕的用水量占到家庭用水的一半左右。因而有必要开展节水器具的研究及其推广应用，它是城市节水的重点[16]。国外很早就重视这方面的研究开发，如美国加州于1985年就要求用户设置节水设备。

(3)热水系统采用热泵技术。

国外较早开展热泵技术的研究，正常的生活用水水温可以由串级热泵或者辅助热源来实现，在阴雨天气下，空气源热泵开始工作，保证全天候都有热水供应。欧美等发达国家研究推广热泵热水器已经很多年，其应用现在已经相当普遍。

(4)重视太阳能等可再生能源技术的开发与应用。

国外在太阳能等可再生能源技术的开发与应用方面投资非常巨大，如2001 年日本投入资源能源厅预算的 40%用于新能源和建筑节能的开发；2005年，美国政府更是投入19 740万美元用于新能源的研究；2004年，德国政府也以每年6 000多万欧元用于研究地热以及太阳能等可再生资源。

2.2国内节水节能发展概况

(1)借鉴国外水费的阶梯式计价，促进合理用水。

我国的部分城市用水量大且缺水较严重的，已经开始实行累进加价计收水费。如广东省从2008年3月1日起就颁布文件，正式规定各类城市的用水定额。黑龙江省也从2004年5月起实行用水配额管理，对于超出部分加倍收费。北京市规定各单位用水指标超过20%的，按两倍水费的价格征收。由此来杜绝不必要的用水浪费，促进合理高效利用水资源。

(2)加大新能源开发力度，以利于建筑节水节能的可持续发展。

我国于1977年开始建成第一栋太阳房，由此开始不断加大太阳能、地热能、生物能等可再生资源的开发利用。我国可利用的水资源已经开发得差不多了，再加上能源使用的浪费，水资源与能源的供需矛盾越来越突出，因此，国家已经将可再生能源的开发应用摆在更加突出重要的位置。

3　给水系统节水节能措施

针对建筑供水系统在发展中出现的水资源浪费以及能源耗散的问题，并通过国内外节水节能技术研究调研，进行节水节能措施的优化分析，可以考虑从以下四个方面寻找解决问题的方法：

(1)针对建筑住宅供水系统水泵的应用情况，分析工频泵和变频泵的特点，并比较给水流量调节的两种方法，总结变频泵的应用场合。传统给水系统是按照最不利点来计算水量和电能，容易造成浪费问题，而变频调速泵可避免此类问题，具有广阔的应用前景。

(2)分析目前高层建筑常用的给水方式，比较各自的特点，进而研究高层建筑给水系统节能的途径，最终优化出最佳的供水方式。为避免超压出水，可考虑采用竖向分区。居民区、高层办公楼以及大型商业区在不同时段的用水量具有不均匀性的特点，应综合考虑采用不同的供水方式。

(3)调研国内外节水用水器具的使用现状，分析常见的节水用水器具特点及其应用场合，并比较用户采用节水器具与未采用节水器具的用水量的差别，积极推广使用节水用水器具，避免水资源的浪费，促进水资源的高效利用。

(4)对比分析给水管材的特点，探讨给水管材的影响因素，总结给水管材选用原则，并应用模糊综合评价法来选择最优模式的管材，确保提供洁净的水资源并避免水资源的浪费。

4　结论

随着我国城市化进程的加快，城市住宅用水量越来越大，水资源日益紧缺，能源消耗越来越严重，有必要将供水系统的节水和节能结合起来一起考虑，不能只参照某一方面，照搬国外的技术，而忽略了我国的国情和资源条件，否则难以达到预期效果。因此，需要开展节水和节能技术的研究，以提高水资源的高效利用，并且有利于降低能耗。

[1]蒋兴林，王莉芸.多重约束下的建筑节水思考[J].中国资源综合利用，2010，(9)：61—63.

[2]魏天云.建筑给排水设计中的节水节能分析[J].福建建材,2013,(12):64—66.

[3]魏天云.超高层住宅建筑给排水优化设计及应用[J].福建建材,2013,(12):21—23.

[4]魏天云.气体灭火系统的方案比选与应用研究[J].安阳工学院学报,2014,13(2):59—62.

[5]史智国，陈俐俐.浅谈建筑给排水工程中节能节水技术的应用[J].山西建筑，2011，(10)：193—194.

[6]郭伟，陈曦.中国建筑节能技术标准体系现状研究[J].建筑节能，2013,(9)：61—65.

[7]魏天云.同层排水技术在现代建筑住宅工程中的应用[J].四川理工学院学报,2014,27(1):56—59.

[8]魏天云，吴梅容，曾惠珍.建筑供水系统管材选择的思考及建议[J].福建建材,2015,(12):34—35.

[9]黄文忠.建筑给排水节能节水的几点设计思路[J].福建建筑，2008，(12)：32—33.

[10]黄文忠.建筑雨水利用系统的设计[J].福建建设科技，2009，(2)：17—21.

[11]刘德明.住宅套内给水排水管道水力计算探讨[J].给水排水，2007，(12)：124—127.

[12]魏天云，刘德明.节水用水器具的节水效益分析与工程应用[J].安阳工学院学报，2016，15(2)：54—56.

[13]魏天云.节水用水器具选择的思考与建议[J].福建建设科技，2016，(3)：73—74.

[14]郭琦睿.基于节水节能的建筑给水系统优化技术研究[D].西安：西安建筑科技大学，2011.

[15]魏天云，刘德明.基于模糊综合评价法的给水管材优化选择[J].安阳师范学院学报，2016，(2)：146—148.

[16]何强，徐海燕，王祥勇，等.节约型校园建设节水技术措施[J].给水排水，2011，(5)：146—151.

责任编辑：卢宏业

10.3969/j.issn.1674-6341.2016.05.014

2016-08-04

福建省教育厅科技项目(JA15655)(JB12356)资助

魏天云(1979—)，女，硕士，副教授，高级工程师。研究方向：市政工程与给排水技术。

TU892

A

1674-6341(2016)05-0032-03