市政给排水工程的节能设计路径探析

文_简勇翔 福建省环境保护设计院有限公司

1 市政给排水工程节能设计方案与计算

1.1 节能雨水系统

节能雨水系统是市政给排水工程的核心组成，对工程整体质量产生重要影响。为有效提升节能雨水系统施工质量，充分应用节能技术，技术人员应基于当地气候特点分析，设计专门的压力测量标准，同时考虑漫溢情况，提升水资源的回收与利用。在具体设计实践中，技术人员应根据“就近排放”原则，结合排放水体差异及地形变化、水系分布情况，对雨水系统进行划分设计，以达到节能设计目标。

雨水排水方案的确定：高水自排方案主要应用于不存在防洪、排涝的地区，且雨水可以直接排入河道；低水泵排方案主要应用于沿河地势较低的地区，可以通过设置排涝泵站的方式，解决内涝问题。在雨水系统方案确定前，应对城市暴雨强度进行计算，具体如公示（1）所示。

式中 —暴雨强度（1/s-ha）；—设计重现期（年）；—降雨历时。

1.2 节能污水处理系统

污水处理系统是市政给排水工程的核心系统，是工程价值发挥的着重点。在节能污水处理系统设计实践中，技术人员应以提升城市污水处理效率为目标，以提升整体节能程度为重点，对节能污水处理系统进行设计。需要注意的是，节能污水处理系统的建立较为复杂，特别是在管网连接过程中，若出现连接错误，则直接失去节能污水处理系统运行效果。为在保证施工质量的基础上，提升污水处理系统的节能环保性能，应选择应用节能环保型材料、高性能复合型材料，以提升系统自身的环保性能。

在污水处理系统设计前，技术人员应对城市的污水量进行预测。污水量预测方法主要有城市单位建设用地综合用水量指标法、城市单位人口综合用水量指标法、城市综合污水量指标法。污水量流量计算如公式（2）所示。

式中 —污水流量（L/s）；—设计流速（m/s）；—污水水流截面积。

污水流量的变化系数

式中 —污水流量的变化系数。

1.3 节能给水系统

给水系统设计阶段，技术人员应积极应用先进技术提升工程的节能环保性能，并有针对性地选择适合不同地区的节水技术，具体如表1所示。

表1 常见节水技术

在节能给水系统设计过程中，若采用地下水为生活饮用水水源，则水质应符合现行国家标准《地下水质量标准》GB/T14848-93的规定；若采用地表水为生活饮用水水源，水质应符合现行国家标准《地表水环境质量标准》GB3838-2002的规定。

2 市政给排水工程节能技术的应用

2.1 给水系统的节能技术应用

2.1.1 合理规划给水系统

给排水工程设计人员应根据上述计算，对给水系统进行统筹规划，采用直接供水、分区平衡水压等方式，对给水系统进行整体设计。同时，设计者应根据城市性质，对供水区域进行规划，主供水管径应控制在30～60cm，节省管道维修放水水量，提升管道的给水可控性。

2.1.2 应用新能源技术

化学法——金属与水反应。这种方法最常用的金属是镁。镁属于第二主族元素，与钠同周期，故金属性比钠弱，与水反应生成物与纳与水反应相似，条件比钠要求高。镁与热水(冷水)反应强烈(缓慢)生成氢氧化镁沉淀物并置换出氢气，化学方程式为，Mg+2H2O=Mg(OH)2+H2↑。

为提升工程的节能效果，设计者可以选择应用太阳能作为给水系统的主要能源。尤其是在热水供应系统中，应充分发挥太阳能技术优势，创新与优化热水供应模式，以实现给排水工程节能环保目标，从而实现给水系统更高的社会效益与经济效益。

2.1.3 二次供水设计

在管网设计过程中，设计者应合理确定供水管的主管管径，并严格根据城市的经济流速控制，设计供水管的管径。基于实践经验分析，供水管的经济流速应控制在0.6～1.1m/s。

供水管管材选择方面，设计者应注重降低管道的粗糙程度，在HDPE管、UPVC管、PCPC管、球墨铸铁管、实壁PE管等管材中搭配使用钢塑型管材与塑料管材。

在管道施工过程中，注重检查井施工、基础、接口、管道与检查井的出水口等。

在二次供水管网的截污设计过程中，设计者应确定截流倍数为1～2，通过计算截流的雨季污水量，确定污水截流井类型，雨季污水量计算如公式（4）所示。

2.1.4 给水压力设计

在市政给排水系统设计中，设计者应根据城市用水情况、建筑高度因素等，合理确定给水的压力，在保证给水压力可靠的基础上，避免出现给水压力不稳定，进而出现安全事故。以公共建筑为例，水压应控制在0.3MPa，建筑的厨卫设施与卫浴器具的给水配件静压值应设置为0.45MPa。

2.1.5 减压阀设置

现阶段，减压阀以广泛应用于管网设计等方面。为有效实现节能目标，设计者应在使用减压阀过程中，注意以下几点：

①设计者应选用高质量减压阀产品，避免出现噪声、振动、缩短配水器材的使用寿命等，进而对整个供水系统的安全性产生影响。

②设计者应以节能视角分析，确定减压阀的设置方式。分区减压阀不适宜进行串联设计，且减压比应符合系统设计及系统应用的实际需求。

③在选用减压阀过程中，配套附件附近不能设置旁通阀，并将旁通阀设置在易于进行管理和维护的位置。

2.2 排水系统的节能技术应用

2.2.1 明确排水工程节能设计要求

在给排水工程设计时，设计者应充分考虑防洪要求，提升系统的自然降水排水能力。同时，设计者应收集关于城市降水的资料，了解降水量的变化情况，并根据防洪要求设计排水系统，确保在大量降水的环境中，排水系统可以顺利排出雨水积水。另外，设计者应合理设计污水截流管道。在污水截流井选型方面，推荐应用多种截流井结合的形式，若合流管出口高程在防洪水位上，则建议应用截流槽式截流井；若合流管出口的高程低于防洪水位，且管径较大，则使用槽堰结合式截流井。除此之外，设计者应明确倒虹井设计流速为大于0.9m/s，倒虹管管顶距规划河底距离一般应大于1.0m。

2.2.2 污水管道节能设计

在污水管道节能设计过程中，应保证污水管道与给水管道分开设计。在排水管道与污水管道连通管设计方面，应注意连通管的埋深不应过深，只要满足最小覆土厚度即可。为防止污水回流，可以在连通管设计中应用闸槽。在排水管道连通管设计方面，应基于排水管道的排水能力、汇水面积、集水时间等分析，设置连通管，确保排水管道为环状管网，在达到节能设计目标的基础上，改善排水状况。在排水管道出水口设计方面，应对排水管道出水口与排放水体水位间的关系进行分析。若排水管道出水口的高度等同或高于排放水体水位，则采取减小管道坡度等处理方式，提升管道设计节能性与质量。

2.2.3 水泵、节水器具与仪表的应用

供水系统的节能效果取决于供水压力的稳定性与水泵选用的合理性。在水泵选择过程中，设计者应针对城市天气情况、水泵适用条件等进行水泵选择。水泵流量可以根据最大时间范围内水的流量进行确定，通常设置为1/1.5-1/3。

节水器具与仪表主要包括节水龙头、水表及计量装置。在节水龙头选择过程中，设计者应选择质量过关、流量适中的水龙头。在水表及计量装置选择与应用方面，设计者应根据相关规范要求，结合城市用水量需求等，选择质量过关的水表及计量装置，避免因计量装置故障，无法对给排水管道流量等进行精准监控。

3 结语

市政给排水工程是一项较为复杂的工作。为提升工程的节能实效，设计者应积极贯彻节能理念，在最大程度控制工程设计与施工成本的基础上，对给排水工程进行综合设计。尤其是在新型能源、节能材料应用方面，设计者与技术人员应深入理解与掌握给排水节能技术要点，并将技术深度融入和实施在设计及施工工作中。