建筑给排水设计中的节能节水措施研究

孟超

摘要：城市化进程的加快在提高城市人口数量和人均消费水平的同时，极大推动了建筑业的发展，因此建筑业耗能耗水问题接憧而至。给排水系统是建筑的主要工程之一，同时也是主要的耗能耗水的建筑系统，因此做好建筑给排水节能节水工作是降低我国社会总耗能的重要途径。以我国建筑给排水节能节水性能现状为切入点，对节能节水应用的重要性进行分析，对建筑给排水中的节能节水措施展开探讨并提出相关措施。

Abstract： The accelerating process of urbanization has greatly promoted the development of the construction industry while increasing the number of urban population and per capita consumption. Therefore， the problem of energy consumption and water consumption in the construction industry has come one after another. The water supply and drainage system is one of the major projects of construction， and it is also the main building system for energy consumption and water consumption. Therefore， building water supply and drainage for energy saving and water saving is an important way to reduce the total energy consumption in our society. Based on the current status of energy saving and water saving performance of water supply and drainage in our country， the importance of energy-saving and water-saving applications is analyzed. Energy-saving and water-saving measures in building water supply and drainage are discussed and relevant measures are proposed.

关键词：建筑给排水；节能节水；措施研究

Key words： building water supply and drainage；energy saving and water saving；research on measures

中图分类号：TU821 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2018）21-0272-03

0 引言

据产业研究院的《2013-2017年中国智能建筑行业市场前景与投资战略规划分析报告》相关数据显示，我国建筑行业成为当前耗能耗水的主要产业之一，根据报告数据可以将其归为三大问题：一是建筑耗能量大，截止到2015年我国建筑总耗能在社会总耗能中的比例达到33%；二是城市化的加快提高了高耗能建筑的比例；三是节能节水观念在建筑业中的应用性不强。因此，在建筑给排水系统中加入节能节水设计以降低建筑耗能耗水总量，对提高建筑产业的运行效率，减少社会资源浪费具有重要意义。

1 在建筑给排水系统中应用节能节水技术的意义

就我国的水资源看，当前我国的淡水资源总量达28000亿m3，淡水总量居世界第四，但由于我国国土面积较大且人口总量多，人均水资源仅为2300m3，从人均持有量看甚至不到世界平均水资源的四分之一。除此之外，我国正处于工业和服务业的高速发展阶段，对各种自然资源包括水资源的需求量大且依赖程度高，因此消费量也较大，根据2013年中国水资源公报显示，2013年内全国总用水量达6183.4亿m3，依照该消耗势头发展下去，我国很快就会面临水资源极度匮乏的问题。根据国家统计局信息显示就我国耗能情况看，我国工业耗能在社会总耗能中的比重仍在持续加大，尤其是建筑、有色金属以及电力等行业的耗能比值更是呈現上升趋势，到2010年我国六大高耗能行业在社会能源总消耗量中的比重达到77%，并根据产业信息网相关数据显示，截止到2015年，我国建筑、钢铁和电力等六大高消耗行业的工业消耗量增加值同比增长率将高达12.8%。综合以上数据显示，建筑业是我国社会高耗能产业之一，降低建筑业的耗能耗水指标能够有效缓解当前我国水资源匮乏以及各项能源消耗过度的现状。这就需要在建筑业中考虑到节能节水的思想，这里将集中针对建筑给排水设计中的节能节水措施展开研究，并给出一系列切实可行的建议和方案。[1]

2 节能节水设计在我国建筑给排水系统中的应用现状

在当前我国建筑业过分追求建筑产量以提高企业市场占有率的实际情况下，由于建筑施工中节能节水设计的应用无法直接提高企业利润，因得不到相关部门的重视而处于薄弱环节。建筑给排水工程可分为给水系统和排水系统，从这两大方面分析现阶段节能节水在建筑给排水中应用的主要问题并可总结为以下几点：

2.1 建筑排水系统主要问题

一是排水系统超压，排水系统主要用于排除生活、生产及工业用水污水，因而不需过大的压力，尤其是用于排除生活用水过程中。而在实际生产生活过程中，排水系统由于过大的压力不仅会造成水资源大量超压出流，更需要消耗更多动力，从而造成水资源、电力资源以及其他相关能源的不必要浪费。不仅如此，过大的压力和动力会增强管道等传输介质的振幅和频率，进而对各个运输管道造成破坏降低使用寿命。二是排水管道间的连接问题，管道与管道连接处需要通过各个精细配件进行连接以保障正常的排水功能，而部分是施工人员由于工作能力或态度问题导致连接工作出现缝隙，从而造成水资源的大量浪费。且多数管道都铺设于地下，出现小面积的渗漏问题也不容易发现。

2.2 建筑给水问题

一是热力系统不够科学造成水资源浪费，在生活生产中，当需要用到热水时通常需要先放出大量冷水，这部分冷水一年内的累计值相当可观，造成了资源的严重浪费；二是给水系统的压力问题，给水去向一般为生产、生活、消防和联合供水，除消防用水和部分工业生产用水对水压要求较高外，大部分生活用水的供水压力没有必要设置过高，若适当降低生活用水压强能够减少大量不必要的能源消耗量；三是在施工过程中选择的卫生器具的使用性能和耐用性不符合给水系统标准，导致施工结束后给水管道的渗水甚至冒水现象屡次发生。

3 在建筑给排水中应用节能节水的具体措施

3.1 将给水系统水压控制在合理区间

根据我国给排水相关指标的要求，我国建筑设计中卫生器具给排水的水压最佳区间为0.2-0.3MPa，高层建筑的给排水系统应设置为竖向分区，生活用水的水压最好控制在0.45MPa以下，若存在楼层较高或用水要求较高等特殊状况时，生活用水的给排水压强也应控制在0.55MPa以内。并且对于这种特殊情况，设计人员应根据建筑楼层的具体高度以及其他相关因素作为核算指标，以此确定水压的最佳范围，不同高度的楼层设置不同的供水水压，楼层较低的可以将水压控制在较低水平，较高的可以将水压适当调高，以防止过度消耗造成能源浪费。除此之外，当发现生活用水的水压指标不合理时，无论是在设计过程中还是在施工结束后都要对具体情况进行针对性的分析和水压控制研究。[2]

为保证生活供水水压能够长期维持在合理区间内，在考虑到实际用水静水压力以及工作压力限制的前提下，在给水系统中安装减压装置，当出现水压过高时能够对水压限制做到及时有效的控制。传统共用供水立管串联减压分区供水方式不能实现分区供水的目标，由于串联的特点需要消耗大量的动力才能将水供至高楼层区，选择支管减压能够有效避免这种状况（支管减压装置如图1所示）。

可以使用比例式减压阀和可调节式减压阀作为竖向分区的供水装置，要注意其中比例式减压阀最好选择垂直安装的方式，而可调节式减压阀最好选择水平安装，因此适用于配水支管的减压。注意在选择可调节是减压阀的阀前压力值与阀后压力值的差值在0.4MPa以内，而比例式减压阀要注意将减压的比例控制在4：1以内，并要根据实际情况尤其是对噪音要求比较高的地区要适当降低压力阀的压力值。

3.2 供水方式合理节能化发展

常速泵组+高位水箱管网叠加供水方式是当前最节能的一种供水装置之一，其装置结构图如图2所示，通过这种组合装置的供水方式能够有效利用市政供水压力，并通过图表不难看出该装置中的水泵运行效率都处在高效率阶段，且水泵最大日最大时流量要比变频调速泵组的流量少，一般来说只占变频调速泵组的1/3-1倍左右，因此，高位水箱的供水过程更安全、合理、稳定且节能。[5]

在实际建筑供给水系统中最常用的供水方式有气压供水、管网叠压供水、变频调速供水以及高位水箱供水四种方式，就水泵运行情况看，只有高位水箱供水方式能够使水泵都在高效段运行；就耗能情况看，变频调速供水方式耗能最多；就供水安全稳定性能看，高位水箱的稳定性最好而管网叠压供水方式的稳定性最差。因此，从节能节水方面看，管网叠压和高位水箱最能满足降低耗能耗水的需求，但在实际应用过程中还要考虑到其他因素，结合经济、绿色等因素综合考虑选择最佳供水装置。

3.3 严格节水器具和仪表的选择标准

第一，采用新型节能的节水卫生器具，具体选择方式如下：一是采用节水型的大便器产品，传统的大便冲洗箱需要消耗过量的水，从而导致水资源的过度浪费，因此最好采用感应式的出水方式并将简易坐便器容积控制在6L以内；二是公共浴室中的供给水方式将传统双管淋浴改为单管恒温混合阀，通过保证管道初期的水温减少需要放出冷水的量，若能够配合红外感应装置、脚踏阀淋浴器以及手拉延时自闭淋浴器等新型淋浴器能使节水效果更好，一般来说这种方式比传统双管淋浴方式多节约至少20%的水量；三是在家用浴池或工业水箱设置水位溢出警报，当水位达到上限或即将达到水位上限时能够及时发出预警，及时关闭开关防止水资源浪费；四是在建筑绿地绿化用水过程中，改变传统水管灌溉的方式为微喷滴灌的浇水方式，这样既能满足绿化正常灌溉用水，又能节约数量相当客观的水资源。[3]

第二，选择更精确的用水计量装置：一是无论是引入管还是入户管都需要在水管上设置精密的水表，将用水量精确反映出来；二是学校及社会各个浴池改变原来统一缴费不限时的营业方式，改为办置洗浴卡统一刷卡洗浴的方式，根据实际用水量确定洗浴花费，减少大众的洗浴用水量。

3.4 合理利用太阳能资源，采用更节能的热力系统

第一，合理开发利用太阳能等新型能源，太阳能是目前为止取之不尽，用之不竭的一种自然资源，并且适用于绝大多数地区，只要每年日照时数能够达到1400小时、每年太阳辐射量在4200MJ/m2以上，且一年内极端最低气温在零下45℃以上的地区都可以将太阳能作为供热系统能源。并且使用太阳能相较于常规的热力系统相比具有更高的经济价值，在太阳能资源丰富地区的增投资回收年限较短，一般来说回收日期在5-8年以内，即使是太阳能资源比较枯竭的地区回收期限也能控制在15年以内。第二，根据地区资源优势充分利用地表水源热泵作为热水供应系统，在水文地质条件丰富的地区可以充分发挥其地表水源优势，除此之外工业较发达的地区排放出的污水也可以作为水源热泵进行二次利用。第三，根据热水的使用用途适当调节水温，由于管道在运输热水的过程中会造成热力资源的浪费，并且由于管道内外温度差异会使设备中的热损失随着水温的升高而增加，运输管道的热力资源浪费公式为：

Q=1.163∏DLK（1-η）[（tc+tz）/2-tj]

其中，Q表示管段熱损失；D表示管段的外径（单位为m）；L表示管段长度（单位为m）；K表示无保温管段的传热系数，在计算过程中一般取值为2.8W/m2·℃；H表示保温管段的保温系数，在无保温的管段中取0，一般采用的系数值为0.6-0.8；tz表示管段终点的最终水温（单位为℃）；tc表示管段起点的初始水温（单位为℃）；tj表示管道外壁的空气平均温度（单位为℃），以尽可能消除管道内外温差对热水管道热损失计算过程造成的影响。[4]

从上述公式不难看出水温与管道热损失大致呈现正比的关系，因此适当调节供水水温能够减少大量的热损失，防止资源的过度浪费。

4 总结

建筑业是我国工业耗能较高的产业之一，而建筑给排水设计是建筑的重要组成部分之一，同时也是造成建筑用水耗能的主要原因，因此做好建筑给排水设计的节能节水措施能够节约大量的水资源和其他能源，促进社会的绿色可持续发展。本文从控制及水系统水压、采用常速泵组和高位水箱管网叠加的节能供水方式、选择更精密的节水器具和仪器设备以及合理利用太阳能等热力系统的角度出发，对节能节水观念在建筑给排水设计中的应用提出了一系列可行性建议。除此之外，节能节水的高效实施还需要广大市民共同努力并提高节约意识，减少生活用水和工业污水量。

参考文献：

[1]李静，孙小虎.建筑给排水设计中的节水节能技术研究[J].住宅与房地产，2016（27）：183.

[2]王昱.绿色建筑节水节能技术在某高层建筑给排水设计中的应用[D].广东工业大学，2015.

[3]汪娃项琦.建筑给排水设计施工中节水节能技术的应用[J].建材与装饰，2016（40）：5-6.

[4]李赛宁，尚影影，李洋，李士松.建筑给排水节能节水技术及应用研究[J].信息化建设，2016（04）：344，346.

[5]贺伟.浅谈建筑给排水节能节水技术和应用[A].武汉大学党委研究生工作部.武汉大学第九届研究生学术科技节系列活动之“第八届湖北省给水排水工程与环境工程研究生学术论坛”论文集[C].武汉大学党委研究生工作部，2014：6.