绿色建筑理念下水资源综合利用设计实践——以某学院绿色建筑示范楼为例

邱明坤 王健琪 杨垚 高平

1. 解放军总医院 北京 100853；2. 北京特种工程设计研究院 北京 100028

1 项目概况

某学院绿色建筑示范楼建筑面积为11702㎡，占地2510㎡，主体结构采用钢筋砼框架结构，地上为五层，地下为一层，是一栋集办公、餐饮、住宿、教学等功能为一体的综合性建筑。建筑平面布局为“T”字形，分区清晰，交通流线明确，空间组织顺畅。建筑西边主要为内部招待用房、东边为办公和宿舍用房、中后部为会议室、餐厅、学术报告厅等较大空间用房。与节能设计结合的建筑造型设计简洁大方、庄重肃穆、富有变化，与周围环境进行了协调一致（如图1、图2）。

图1 示范楼远景图

图2 示范楼近景图

该项目为学院建设重点工程，建设前期进行了大量的调研，并开展了方案的设计比较、节能计算和模拟等工作，下面结合示范楼水资源综合利用设计及措施进行阐述。

2 水资源综合利用技术

2.1 雨水收集技术

本项目在用地西北部设置了雨水收集池。流经建筑屋面的雨水经过管道收集后，进入到初期的雨水弃流渗流井中，当初期雨水存满后，渗流井上部蓄积优质雨水，渗流井的较高位置设置雨量液位感应器，当感测到较高位置蓄有优质雨水后，自动打开相关控制电动阀，雨水进入集水井。当集水井满载时，雨水电动阀自动关闭，多余优质雨水溢流入外排网。渗流井底部设置渗流层，初期的雨水通过渗流孔渗入渗透层，井内会存在部分剩余杂质，至雨过天晴后定期人工进行清理打扫。其他雨水经过收集管后进入雨水池，先进入雨水池中的雨水弃流池部分，当雨水弃流池达到收集体积后，雨水进入雨水池的收集池部分，经过雨水收集池中的提升泵提升后进入集水井进行后续的处理。当集水井的液位达到较高液位时，雨水收集池潜污泵停止运行，多余雨水则溢流至市政雨水管网系统。弃流池中的弃流雨水则会经过雨水弃流提升泵进行提升，送入市政雨水设施[1]。

根据重庆气象局的相关数据分析显示，重庆的年平均降雨量在1000～1350mm。依照中水处理站水量平衡计算结果，每天需补入雨水23m³/d，每月补入中水站的雨水量是690m³/月。因此设计雨水收集池容积230m³，保证每下一场雨收集的雨水量可供中水站10天补充的水量。

2.2 流离生化中水处理技术

流离生化中水处理技术，主要是通过流离现象，使水中的污泥聚集于流离生化球内，并因此产生大量微生物。由于微生物的分解作用，进入球内的污泥不断变少，由于水流和空气流的作用，球内的污泥产生移动，将单一的生物环境变成了多变的生物环境，污泥被不断进行着好氧、兼氧、厌氧的生化反应，从而逐渐消化，工艺流程简单。由于流离生化池内填满流离球（如图3），空气从池底曝入，在气流上升过程中气体不断地穿梭于各流离生化球之间，使氧转化率达到60%，本项目采用全地埋方式进行中水处理，可有效降低环境噪音。

图3 流离生化中水曝气池

本项目建筑内非传统水源主要分为生活污水（包含大小便、洗浴废水）和收集的雨水。生活污水经过化粪池进入处理系统的集水池，同时经过安全弃流井之后的屋面雨水及经过雨水收集池潜污泵提升后的雨水也进入集水井，集水井内同时设置两台提升泵，提升泵将污水进行提升后，经过格栅沉砂池除去较大杂质后进入调节池中，在调节池内调节水量和水质；调节池的底部设置曝气管装置，对污水采取充氧处理，一是可以防止颗粒物的沉淀；二是改善污水的水质处理。调节池内的污水经过提升泵的提升作用，在配水池均匀配水后进入流离生化池中，在流离生化池内充分利用微生物的分解作用，将污染物进行降解。流离生化池出来水经过收集池收集，经次氯酸钠消毒达标后进入中水池。经一年中水的实际用量数据显示，非传统水源的利用率达到了36.72%，满足了《绿色建筑评价标准》中利用率不低于25%的相关要求。

中水池中一部分水经过回用泵的提升作用，可用于冲厕、洗车、绿化等，另一部分经回灌泵处理后补入景观水池，实现了中水的梯级使用的作用。

2.3 景观池、潜流湿地与生态塘

项目设置了总面积165m2的湿地与生态塘，其中有效处理功能湿地净占地面积74.8m2，生态塘占49.13m2。另设置了约70m2的人工景观池（如图4）。

图4 生态塘和景观池实景图

湿地床种植植物以根系发达，净化水质效果好的植物为主，如芦苇，香蒲、千屈菜、水葱、菖蒲、鸢尾、红蓼、泽泻等景观植物，生态塘内种植挺水性植物、沉水性植物及浮生植物，植物的选配以本地生植物为主，依据景观及净化水质效果进行搭配种植。同时在生态塘和景观池内可放养具有良好水质净化功能的鱼类，形成较好的水生食物链生态环[2]。

湿地为无动力重力流系统，以中水处理站出水及循环湖水为水源，回灌于潜流湿地和生态塘进行二级处理，达到景观用水标准后补入景观池面。同时，景观池内设置循环泵提升湖水至人工湿地，实现湖水的循环，使湖水的水质保持良好。经现场检测，中水处理站出水水质满足《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920-2002)，经过人工湿地后进入景观水池时达到《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB18921-2002）中观赏性景观环境用水水景类水质要求。

2.4 节水器具的应用

在宿舍、客房卫生间安装有“科勒”4.8升节水型坐便器，在公共卫生间安装无水小便器，在淋浴间安装恒温控制阀，在公共洗手盆安装感应式水龙头，厨房安装节水型水龙头，最大限度实现水资源的节约。大楼内节水型卫生洁具如图5所示。

图5 大楼内部分节水型卫生洁具

2.5 绿化自动微喷灌系统

本项目屋顶绿化采用自动微喷灌系统，其用水来至中水。该系统采用传感器（如图6）进行土壤湿度的数据采集，如果土壤湿度达到植物生长需求，微喷灌系统就不会喷水出来，当土壤温度不能满足植物生长需要时，该系统就分七个区域控制喷灌阀门开启，进行微喷灌（如图7），当浇灌水量达到要求时，该系统控制喷灌阀门闭合，从而有效地控制浇灌时间、浇水量，实现了浇灌系统的无人值守，节约用水[3]。

图6 土壤湿度传感器

图7 绿化的微喷灌实景图

2.6 节水型容器式绿化滴灌系统

该系统为我院自主研发的实用新型专利技术，包括容器式垂直绿化系统、给排水管、过滤网、滴灌头、电磁阀、控制器和湿度传感器，其中每一绿化容器中均埋设有一个滴灌管，最上方的绿化容器的滴灌管通过电磁阀控制，其他绿化容器的滴灌管分别与其上方的绿化容器的底部连通，湿度传感器安装在最下方的绿化容器中,湿度传感器检测最下方的绿化容器的土壤湿度并发送给控制器,控制器根据土壤湿度，控制电磁阀启闭，从而实现了容器式垂直绿化的自动灌溉，大大减少了管理人员的工作量。此外，在每一绿化容器的底部分别安装有一个与其下方绿化容器的滴灌管连通的倒“U”形水管，实现了各绿化容器的均匀灌溉，促进了水资源的循环利用（如图8）。

图8 节水型容器式绿化滴灌系统

2.7 直饮水应用

管道直饮水系统 是对市政自来水或达到生活用水标准的原水进行以MF、IE、UF、NF、RO 为主要处理工艺的二次深度处理系统，去除掉水中细菌病毒、重金属等有害物质，再利用变频恒压供水系统与专用的管网供给各用户进行直接饮用。

本工程采用的反渗透和纳滤技术最先是美国宇航局为宇航员在宇宙空间所需生活用水循环使用而研发的。它的核心是利用半渗透膜使水和污染物、离子等分离，使饮用水得以全面净化（如图9）。

图9 半渗透膜净化水质示意图及本工程直饮水机房

3 结束语

通过上述节能措施，大楼运行一年以来，建筑总用水量为7933m³，年节水率为58.75%，非传统水源利用率为37.45%，较好地完成了节能设计目标。