节能减排视角下建筑给排水设计优化升级路径

◎叶琴曾

引言

建筑行业的不断发展推动了国民经济增长，而社会经济的发展又进一步推动了建筑行业的升级改进。随着环境问题的日益突出，节能减排成为时代主旋律，作为经济支柱的建筑业首当其冲，同时“双碳”目标的提出，也给建筑行业分配了碳排放指标，尤其是高层建筑，其耗水、耗能水平远高于常规建筑。给排水、建筑电气、机电设备是建筑节能减排的三个主要方面，给水系统、排水系统和消防系统是建筑给排水设计的主要内容。部分老旧小区的给排水系统同时还存在着安全隐患，排水系统不畅带来严重的生态问题，直接影响周边居民的生活环境。

建筑给排水设计节能减排包含两个方面：一是新增建筑给排水设计按照节能减排标准进行，选用新型节水节能卫生器具和机电设备；二是老旧住宅建筑给排水系统升级改造，对老旧设备进行升级替换，同步消除安全隐患，现场环境条件具备的，可以考虑重新布置排水系统，同时满足节水、节能要求。综合考虑成本因素，后者的施工难度远大于前者。节能减排技术在建筑给排水设计中应用，作为一个细分技术领域，有许多值得深入学习和研究的点。

一、节能减排思维融入建筑给排水设计的必要性

随着近几年我国经济实力的持续提升，高层建筑以及超高层建筑数量呈现快速增长趋势，使得火灾扑救面临更大困难。火灾的发生是危害社会大众安全的重要灾害，二十一世纪以来，世界各个国家的高层建筑大幅增加，高层火灾发生频率不断提高。为及时发现和有效扑救火灾，减少由于火灾造成的损失，必须建设合理有效的消防设施系统。同时，面临着大气污染不断加重、水资源以及能源的供给不足的现实压力，人们逐渐了解到节能减排可持续建筑即绿色建筑的必要性，对高层以及超高层建筑消防给排水设计提出更高标准。

1.给排水系统节能减排是绿色建筑发展的内生需求。

当前我国小康社会建设进入快速发展阶段，城市转型发展以城镇化为主要内容，我国城镇化率不断攀升。高层建筑是城市建设迈向成熟的重要标志，部分城市化问题的解决有赖于高层建筑提供的城市纵向发展空间。建筑物高度及面积实现同步增长，高层建筑综合体成为一种必然产物，其给排水系统设计难度成倍提升，同时对机电设备性能提出更高要求。可持续发展已上升为国策，分行业资源能耗数据排名显示，建筑行业一直高居榜首。因此，建筑行业节能减排是实现“碳中和、碳达峰”的重要一环，同时由于体量巨大，节能任务艰巨且道路漫长。给排水系统设计节能减排是建筑节能的三大主体之一，绿色建筑的内涵，需要高效、清洁、节能的给排水系统设计。

2.建筑给排水动力系统节能有利于绿色建筑可持续发展。

对于集中供热的城市新建建筑物，按照住建部要求，以用热量计算费用。通过节能减排设计，使建筑物达到更高能效水平，推行覆盖规划设计、施工建设、运行维护的全寿命周期节能减排工作。给排水系统最重要的耗能设备为各类水泵，属于典型的建筑机电设备，为节能设计的主体，新型节能机电设备完成对老旧高耗能设备的升级替换，变频调速是一种先进的节能技术，广泛应用于各类电机系统。“碳中和，碳达峰”是我国可持续发展战略的进一步深化，能效利用水平是衡量建筑物设计超前性的重要指标。给水与排水系统是建筑设计的三大系统之一，其动力设备属于典型的高耗能旋转机械，变频技术已趋于稳定和成熟，变频电机的安全隐患得到有效控制，在给排水系统中用量巨大。绿色建筑以低碳、节能、环保为特点，其中以节能任务最为迫切，综合运用多种手段，完成高质量建筑给排水节能减排设计。

二、建筑给排水设计中的节水设计方案

1.科学选用节水节能型卫生器具和管道管材。

厨房、卫生间是建筑结构中的高耗水、高耗能区域，是节能减排的重点关注内容，优选节水节能型卫生器具，水龙头设计优选充气水嘴，在实际使用时表明，基于充气的水嘴的水龙头仅为普通水龙头85%的用水量。卫生间用水设计方案，优选节水节能型马桶，其水箱容积的设置小于等于六升，以获得最佳冲水效率。公共区域卫生间冲水设计，优选感应式或自闭式冲洗水龙头，避免人为忽视的水资源浪费；对于调整好水量大小的水龙头，当排放水量达到设定水量时，为高效节约水资源，可实现水龙头的自动闭合。除此之外，给排水管道材质是一项重要的设计参数，直接影响水流速度和管道使用寿命。塑料管材作为目前常用的给排水管材，使用时间较长时易发生管道破损，从而引起水资源浪费以及污染的问题。

综上所述，为降低水资源污染概率和延长管道系统的服用寿命，给排水管道设计时，要足够重视给排水管材的选择。

2.科学布置管道网络。

设计人员在进行建筑工程设计工作时，应根据项目的具体情况，从实际出发，全面的分析用户对水资源的需求情况，针对节水节能问题制定出科学合理的解决方案。在设计过程中设计人员还应结合整个建筑排水系统的管网，给出合理经济的排水系统设计方案。其次，设计人员应精确计算建筑管网水压力，并制定出相应的规范标准，杜绝由于设计缺陷造成不必要的水资源浪费。根据现行相关设计规范，高层建筑生活污水排放系统设计，需要进行竖向分区，各分区静水压力最小值不得高于0.45 Mpa，特殊情况下，该压力值不应超过0.55 Mpa。当水压过高时，会从卫生器具中渗漏或形成水流，严重时还会造成用水设施的损坏，从而导致水资源的浪费。为了应对这种情况的发生，需要设计人员根据具体情况合理规划分区，并在需要时增加设置减压孔或减压阀，确保配水管静水压力值保持在0.35 Mpa 附近。

3.根据不同情况，控制供水压力。

第一点，在进行建筑给排水的设计工作时，应严格遵守相关设计规范。当今社会，部分水资源并未被列入供水单位的管理范围，这部分水资源的流失，必定会加剧水资源的浪费。这种状况的出现，主要是因为复杂的社会人际关系、以权谋私、违法偷窃等现象的存在。未避免这种现象的出现，设计人员在完成设计文件的编制时，一定要在必要的位置增加节水器的设置，来应对社会上出现水资源私用的现象。

第二点，在进行建筑给排水的设计工作时，应对供水方式做出调整。当今社会，水资源正在不断枯竭，这种趋势还在与日俱增，面对如此严峻的形势，需要加大对水箱供水的重视程度，并增强推广力度。水箱供水的方法能够有效的应对供水量不足的情况，并且还能解决临时出现的故障问题，能够保障供水系统的长期性、均衡性和稳定性，因此，这种供水形式一定能够成为我国现有供水形式的补充。水箱供水有很多不同的形式，在建筑设计时，可根据具体的情况进行选择。稳定持续的供水、有效的节约水资源、控制总体投资成本，这些都是水箱供水方式的优点。这种供水方式不仅能够给用户提供方便，同时还能增加供水集团的收益，因此，政府相关部门应该增强水箱供水的推广力度，增加使用规模。

第三点，相关部门应该对不同区域的用户进行统一的分析和调查，根据调查结果和用户密度进行科学合理的设计，从而提高整个地区的水资源利用率，从而达到节约用水的目的。如果用户收入水平比较高，对价格的敏感度相对较低，对于供水也有更高的标准和需求，因此应把重点放在对供水质量的把控上，并且提高售后服务的水平和质量。如果用户的收入水平处在中等，较收入水平较高的用户而言，这类用户对价格的敏感对相对较高，仍需在饮用水质量和售后服务方面有一定的控制。如果用户收入水平交底，他们对价格敏感度非常高，使用饮用水设备的频次比较低，在供水质量和需求方面也相对较宽松。

4.建筑中水回收系统。

中水也被称为再生水资源，是指雨水、废水处理后达到回收再利用的标准，从而实现二次使用，其能改善生态环境，还能促进水资源的良性循环及使用。因此，在建筑给排水设计中，设计人员要做好废水、雨水预留设计，借助创新型技术和工艺，将雨水、废水进行分类并处理。在检验生活废水时，工作人员应高效处理水中的有毒物质，确保其达到排放规定及要求。如果不能将水中的有毒物质清除干净，施工人员也应将有害物质排放到指定位置，避免出现环境污染问题，危害人们的安全。中水处理技术的选择应考虑各个方面，在水质达到相关标准的基础上追求经济性与可行性。城市污水要比天然水成分更加复杂，在使用循环冷却水时，技术人员应对其中的结垢、微生物、腐蚀性进行充分考量，并可借助微絮凝过滤与普通消毒工艺来开展工作。

5.用水定额分配，强化公民节水意识。

城市选址大都依水而建，水源是城镇建设和发展的基础。水资源开发利用过程中，受所处发展阶段和技术水平的限制，存在不同程度的浪费现象，强化公民节水意识，是生态城市建设的重要内容。

建筑生活用水的利用率和建筑给排水工程的成本，都受到建筑生活用水定额的控制。因此，选择合理的用水定额，就是建筑给水系统设计的重点。如果用水定额选值较小，就不能达到建筑使用者的基本生活要求，但如果选值较大，就造成了不必要的资源浪费。所以在进行建筑给排水设计时，应该根据项目所在地的基本条件确定一个合理的用水定额，这些基本条件包括当地的气候状况、地理条件、人口数量等。

推广节水宣传工作，强化居民生产生活中节约用水思维，作为一种非可再生资源，水资源的浪费成为可持续发展的障碍。政府部门作为牵头单位，统筹协调、分工作业指导，选用科学、合理、有效的方式，开展节水理念宣传。针对水资源浪费行为进行批评、改正，对于故意浪费行为，且屡教不改的，可以给予一定程度的处罚。重点关注水资源浪费现象严重的区域和行业，发挥阶梯水费的市场调节作用，有条件的地区试点阶段供水模式。综合运用技术和管理手段，帮助城市居民建立节水意识，养成良好的节水行为习惯。

三、建筑给排水设计中的节能设计方案

1.新型材料的合理开发与应用。

科学技术的发展和环保节能的发展让我国材料市场发生了变革，各种新型节能材料大量出现在市场中，并且质量良莠不齐，因此，在进行建筑给排水设计时，需要明确给排水设计所采用的建筑材料的性能与功能。许多建筑工程中，出于建筑成本考虑，通常会选择经济性较高的建筑材料进行给排水施工，但这些材料的实际应用效果却并不理想。

由于建筑给排水地下管网联通较广，因此在给排水管道中流通的水源较多，水质较为复杂。如果在进行给排水系统设计时采用的给排水管道质量不符合相关标准，其抗氧化、抗腐蚀以及抗高温性能都存在一定的缺陷的话，则将导致在施工过程中容易受到水的侵蚀，使管道质量受损，甚至会产生裂痕或缺陷，水在流动过程中从管道中渗漏，造成大量的水资源浪费。因此，需提高给排水系统设计人员的材料辨识能力，加强其对市场中新型节能材料的认知，并选用具有轻质高强特性的材料进行给排水施工，必要时还可以聘请给排水行业的专家对给排水设计的节能减排能力进行评估，及时修改不够完善的地方，提升给排水设计的节能减排可行性。此外，应用新型节能材料时需要在施工前对材料展开抗腐蚀性、高温耐受性、压力曲折性以及结构稳定性等测试，确保质量能够与施工设计标准相符，提升建筑给排水系统的使用寿命的同时确保水资源在流动过程中不会因给排水系统的质量问题而出现浪费。

2.二次供水设备的合理选择。

在传统供水设计方案中，对二次污染考虑的并不多，最终阻拦效果有限，绿色建筑的一项重要内容即供水方式变革与创新。变频高速供水是一种行之有效的节能减排技术，其核心模块为交流变频器，通过改变交流电动机的供电频率，以匹配转矩输出值，提高变频水泵的能量转换效率。我国较早在该领域开展研究工作，已取得部分创新成果，目前向着变频气压供水、变压变量供水技术转型升级，体现了供水设备技术进步的连续性和创新工作的持续性，相较于传统电机设备，能效水平提升明显。设备自身性能提升是第一步，设备参数的合理选择和不同设备间的有效配合是第二步，直接影响给排水系统运行效率和整体能效水平。变频高速供水系统可实现水泵无极调速，支持软启动和不间断循环。特别是在高层建筑中，因为受到管网压力的局限，供水设备难以达到较高压力，从而引发用水问题，二次供水设备的使用便缓解了该问题。另外，二次供水设备结构紧凑、占地面积小、净化效果出众，且安装简单迅速、运转稳定，能够在建筑给排水系统中有效发挥节约能源的作用。

3.合理调节市政管网压力。

在通常情况下，城市给水系统压力，该压力值足以供应三层及以下建筑物的正常用水，但随着高度的提升，供水压力会随之降低。我国主要的建筑物为高层、超高层建筑，为了保证高层的正常用水，需要增加水泵压力值控制在0.2MPa，保证给水系统的正常使用。当前，无负压变频供水技术得到了越来越广泛的应用。该技术的工作原理是，调控压力调节罐，有效消除真空复压问题，实现给水压力调节的目的。无负压变频供水技术能够合理地调节给水压力，保障水资源利用率。如果居民的用水量减少，设备就会停止运转，在保证供水任务的同时达到节约电能和水资源的效果。

4.超压出流节能设计。

建筑给排水系统设计过程中，管道与相关配件构成一个互连互通的整体，最薄弱位置决定了系统所能承受压力的最大值。如果压力参数匹配不当，水压力过大时，管道会出现裂缝、渗漏，甚至爆管事故；管壁选取过厚时，造成不必要的浪费。事故的预防分为事前、事中和事后，事前防范措施为上策，在设计阶段纠正错误规定，精准化许用系数，优化给排水系统参数配比，引入超压出流设计内容。

参照超压出流设计规范和标准，对于普通建筑，分区布局的卫生器具压力许用值不宜超过0.2 Mpa。对于楼层高度超过24 的建筑，配备二次供水设备，以获得更高的出水压力，沿竖直方向进行分段分区。配套完成水回流设计，为居民提供更加舒心的居住环境。

5.真空排水节能技术。

真空排水是近些年出现的一种新技术，可以显著提升排水利用率，满足节水节能需求。真空技术利用负压原理，借助标准大气压强，形成气-水混合物，取代常规的液态水流，完成管道清洗和除污操作，作业时间短、能量消耗低。在给排水施工环节，利用真空排水技术，将浑浊物排入下水道。对比测试实验数据显示：进行高层建筑给排水管道清洗作业时，真空排水技术相比于常规水清洗方式，节水率超过40%，节能超过20%，且随楼层数的增加，节水节能率进一步提升。真空排水节能技术，凭借显著的节水、节能优势，广泛应用于建筑排水系统，并逐步向写字楼、办公楼、城市综合体等大型建筑结构拓展。

四、结束语

建筑工程无论是在施工中还是在使用中，都需要耗费大量的水资源，而合理应用节能节水技术可以有效节约水资源，提高水资源的利用率。给排水设计是建筑施工过程中的重要组成部分，其不仅与人们的用水安全紧密相连，而且会影响居民对建筑物的整体满意度。所以，在建筑给排水设计过程中，设计人员应重视节能减排的科学合理设计，不断优化和改进施工方法，大幅提升建筑使用效能，保证人们的用水安全。