高层建筑给排水设计要点以及节能减排设计的研究

王振亚 中煤西安设计工程有限责任公司

1 前言

随着社会经济的发展，建筑行业近些年来也发展迅速，人们对建筑行业的需求是建筑业发展的奋斗目标。在时代高速发展的背景下，科学技术不断推进，人们的环保意识逐渐增强，节能减排相关技术措施的研究，也受到充分的重视。此方面的技术已经逐渐成为一种时代发展趋势，拥有越来越广阔的发展前景。通过完善排水设施，减少污水对自然水体的污染。节水设计的理念可以满足现如今时代发展趋势以及人们新的生活理念，响应国家可持续发展的战略。而节能减排任务伴随着时代高速发展已迫在眉睫，节水设计的实行非常有必要。

2 高层建筑给排水节水设计的意义

在建筑工程建设中，相关工作人员通常欠缺环境保护意识，在建筑给排水施工过程中，容易出现一些对环境不友好的举措，造成环境污染。如果在设计给排水系统时，过于盲目地追求经济效益，而不结合实际的工程环境制定科学合理的实施方案，并选择合适的施工材料，将会增加给排水工程的成本，甚至产生重大的危害。使用节能环保的建筑材料进行施工，可以降低这种污染情况的风险，并实现对水资源合理的保护利用。

如今人们的生活理念发生了转变，不再仅仅局限于美观，对环保健康的要求也越来越高。节水设计的实施可满足人们日益增长的对美好生活的需求，能有效地降低成本，节约利用资源，实现经济效益与环境保护双方共赢，最终实现可持续发展。工程建设的给排水系统中，节水设计可以提高资源利用率，减少能源消耗，改善环境。因此，应该在工程建设的给排水系统中使用节水设计。

3 高层建筑给排水设计中存在的问题

3.1 冷热给水系统设计不科学

随着城市的发展，建筑越来越多考虑设置集中热水供应系统。在建筑设计中，冷热水压力设计不够科学，导致热水出水温度不稳定，给居民的正常生活带来了麻烦，也造成了很大的水资源浪费。在选用高区的生活饮用水系统时，大部分采用地下室内设水箱加变频加压供水设备或无负压加压供水系统，总体系统为下行上给式。

而集中热水供应系统的供水方式，则时常采用屋面设热水箱的上行下给式开式系统。由于冷热水给水系统供水形式的不一致，往往出现末端用水器具冷热水出水压力不平衡、出水时冷时热的情况，为了保证末端用水器具压力平衡增设减压阀，又会导致系统更加复杂，使用可靠性大幅下降，建设和运行维护成本进一步增加。另由于开式系统造成的水箱二次污染愈发频繁，进而造成清洗水箱及向水箱充水的次数增加，又进一步造成水资源的浪费。

3.2 建筑给排水系统流量及压力的合理设计

在对建筑给排水系统设计的过程中，水泵的流量及压力设计如果过于保守，会导致水资源得不到充分利用而造成浪费。根据建筑的实际高度、规模和功能，将给水系统划分为几个不同分区，在各竖向分区内严格按照有关规范确定器具用水定额及水压要求，以保证用户能够用上水，水压大小在0.15MPa～0.2MPa 内即可，无须取上限值增加流量及压力。且低区采用市政压力直供，其他分区采用变频供水设备供水，进一步增强了节能节水效果。

3.3 工程材料不符合标准

在实际工作中，施工单位为了中标项目及增加盈利，或由于缺乏质量意识，或为了降低成本，在选用材料的时候往往容易选用价低质次的产品。另外，在较大项目中，拥有多家分包单位，还会出现管材不统一的情况，给排水管材选用不当，也会导致建设和使用过程中漏水现象频发，造成水资源浪费。因此，在设计阶段就应该对各种管材的性能有明确认识，尽量选择卫生条件好，安装简单可靠，使用年限较长的管材产品。

3.4 雨水回用系统缺乏可行性

在非政府投资项目中设置的雨水回用系统，大部分为了节省造价，设计上即使设有雨水回用系统，施工过程中也因造价问题而被过分简化，原本极具节水功效的这一措施并未实施到位，也进一步加剧了水资源的浪费。

4 高层建筑给排水设计要点以及节能减排设计的研究

4.1 建筑给水系统设计要点

高层建筑的主体结构具有高度高、基础埋置深度深、施工周期长以及施工条件复杂等特点。因此，在设计此类建筑的给水系统时，设计人员需要综合考虑建筑占地面积小、居住人口多等因素。在一般情况下，城市给水管网压力无法满足高区供水需求。在设计给水系统时，设计人员往往采用分区供水方式，即高层建筑的低区直接由城市给水管网供水，高区由水泵加压供水。此外，为有效减小高层建筑的供水压力，还可以采用竖向分区的给水方式给高层建筑高区供水。

目前，随着建筑行业的不断发展，给水方式日益丰富，当下应用较为广泛的方式有并联给水、串联给水以及减压给水。在设计给水系统时，设计人员不仅要结合当地实际情况以及建筑特点，还要考虑高层建筑工程造价，做好水量计算工作。在计算过程中，结合建筑功能计算建筑内部的娱乐场所、餐厅等公共区域的用水量，从而保证给水系统设计的科学性和合理性。

4.2 采用双变频的泵——变量变压水泵

给排水节能技术在智能建筑中的应用，需要良好的给排水节能设计，这既是重点，也是难点。变频调速泵应用于供水工程系统时，可根据需要灵活调节供水范围和速度，有效控制泵的水压和流量变化，这样可以减少电能损耗，避免水资源的大量消耗。传统的变频控制技术，均采用变量恒压控制技术，控制方式原始，恒定的压力也满足最高峰最不利点运行压力，但是这种时刻在整个运行时间段所占比例不到1/20，设备绝大部分时间运行在中峰期和低峰期，所以传统的变量恒压技术应用于某些工程中已不是最佳方案。

而变量变压控制技术，设备时刻检测自身运行状态，根据用水情况的不同，输出满足工程需要的输水压力，使设备始终处于高效运行状态，从而大大降低了设备的运行费用，节能效果显著。根据相关统计数据，双变频调速水泵可实现10%～40%的节电效果，因此双变频调速水泵在当前智能建筑中得到广泛应用。在智能建筑中安装双变频调速水泵，有利于降低给水系统的运行成本，减少了水质污染，取得了良好的节水节电效果。

4.3 建筑排水系统设计要点

高层建筑排水系统的排水方式有两种：分流与合流。随着国家对环境保护重视程度的日益提高，合流方式的使用越来越少，因为这种排水方式极易出现水体污染且浪费水资源，而分流已经成为当前建筑排水系统的主要方式。高层建筑的整体高度较高，其排水管线也较长。在这种情况下，排水管内的污水流量较大且流速较快，若在排水立管底部连接排水支管，则极易出现返溢、漏水等现象。

因此，在设计此类建筑的排水系统时，设计人员应保证底层卫生器具排水管道的独立性：底层卫生器具中的污水应单独排放，底层卫生器具的排水管道不能接到排水立管上。当排水立管需要转换时，底层卫生器具的排水支管可以接到建筑排水横管上；连接点与立管底部下游的水平距离不宜大于3m且不得小于1.5m。当无法满足该设计要求时，设计人员应设计单独的底层排水支管，将污废水直接排至室外检查井。

4.4 引入新型热水供水系统

在低碳经济背景下，对于建筑给排水设计是时候采用新型热水供水系统，实施智能建筑热水系统设计，也可以应用太阳能技术与空气源热泵的热水供应系统。

（1）在当前智能建筑热水系统的设计中，主要采用的是干管和立管循环系统，以保证用水器具更快的取到热水。此模式在运行过程中，由于支管中的热水不进行循环，随着时间的延长，支管中的热水温度会逐渐变低，如果需要使用热水，必须先排出热水支管中的冷水，才能放出热水。用水器具停用时间越长，热水支管中变冷的水越多，需要排放更多的冷水，消耗大量水资源，造成浪费。此外，末端用水器具处冷热水压力不平衡，也会造成冷水的大量浪费。因此，有必要对热水系统进行优化，根据发展情况充分利用冷热水系统同源同式，而闭式系统的承压式空气源热泵热水系统，空气源热泵为一次加热式热泵主机，辅助热源为容积式电加热器，贮热水箱为承压式水箱与无负压设备或是水箱变频泵组的配合使用，可较好地实现同源同式，充分利用冷水的压力，冷热压力同源末端压力一致，系统均为下行上给式，水箱又为闭式，更好地实现节水节能的技术要求；再将热水系统设计为全循环式，即干管、立管和支管全部参与循环，或对支管采取电伴热措施，将无效冷水量控制在最低限度。

（2）太阳能技术与空气源热泵的热水供应系统的应用中，要求在热水供应系统运行过程中合理控制热水流量，以满足用户的需要，减少热水消耗。太阳能热水系统应根据集热器类型及其承压能力、集热系统布置方式、运行管理条件等，经比较采用闭式太阳能集热系统或开式太阳能集热系统；开式太阳能集热系统宜采用集热、贮热、换热一体间接预热承压冷水供应热水的组合系统；随着科技的不断进步，卫生器具及配套水龙头等设备制作精良，节水性能较好，且设计要求均应满足国家相应的节水器具标准。因此，为控制热水耗热量，可尽量减少设计冗余量，卫生器具的一次和小时用水定额及水温宜按低限取值。积极采用先进技术，如：无动力集热循环太阳能热水系统、智能无机房梯级贮热装置（热源配备太阳能+空气源热泵），提高冷热水转换效率，有效避免二次污染，消除卫生隐患，减少水资源的浪费。所选材料应具有良好的隔热性能，以防止传热过程中的散热，并确保充足的热水供应。

将太阳能应用于智能建筑给排水系统设计中，在于其储量丰富，经过技术改造之后不会产生大量有害物质。智能建筑的热水器可以充分利用太阳能发电和提供热能，热能传输采用真空管和热管。操作简便，影响因素少，热能传输效率高。

太阳能及空气源热泵在智能建筑给排水系统中的应用可以达到良好的节能效果，但在具体设计中需注意水流应保持平衡状态，以便灵活利用太阳能，并提高集热效果。可采用并联和串联的方式，科学选择采集器，即在选择收集器时，应考虑各种参数，如：规格、性能等。设计人员还应考虑设备的抗冻性和承压性，重视收集器的性能，以有效控制经济成本。对于冬季环境温度较低的地区，太阳能及空气源热泵加热设备应采取防冻措施，防止出现故障。

4.5 雨水的二次利用

在节水方面，使用非传统水源，进行雨水收集，应用节水器具。节能环保已成为当下建筑的重点发展方向，建筑设计团队逐渐意识到雨水回收与二次利用的重要性，早期的建筑设计不太关注雨水收集。但是，当前许多建筑都设置了雨水收集和回用系统，达到二次利用雨水的目的。可以建设一些生态工程，开设雨水工程建设，加强对小区雨水的控制，把雨水重新利用起来，构建成一个海绵性城市。雨水经处理后，常用于绿植的灌溉系统、车库冲洗给水系统、工业用水系统等。雨水的收集回用还能缓解区域内的雨水排放压力，在一定程度上降低城市内涝发生的概率。

雨水收集属于城市水资源多次利用的基本方式之一。一般来说，雨水的整体水质会高于中水原水水质，通过简单的沉淀处理就能投入到二次利用当中。综上，提倡合理设置雨水收集回用系统，实现水资源的有效利用，做到高效用水，安全用水。一方面要提高水资源的二次利用率，另一方面要提高再生水质的安全保障，在一定程度上缓解我国水资源缺乏的问题。

4.6 高位消防水箱设计

高位消防水箱是高层建筑水消防系统的重要组成部分。设置常高压给水系统的建筑物，如能保证最不利点消火栓和自动喷水灭火设备等的水量和水压，则可不设高位消防水箱。采用临时高压消防给水系统的建筑物，应设高位消防水箱。在具体设计中，设计人员要结合建筑物类型，确定水箱有效容积，同时根据消防水箱情况，灵活布设其位置和高度，比如：重力自流类型的高位消防水箱需要满足最不利点消火栓静水压力，并且高于其所服务的灭火设施。否则，则需要增设稳压泵。为保证最不利点消火栓静水压力满足相应参数，可以将高位消防水箱设置在建筑屋顶上，将出水管与室外消防环网管道相连接，从而充分发挥高位消防水箱扑灭初期火灾和稳定消防管网压力的作用。

5 结束语

总而言之，我国社会经济的发展使得居民的生活水平持续提升，但这也对环境质量造成了一定的破坏，尤其是水资源浪费的问题始终无法得到有效的遏制。许多建筑在实际使用过程中会产生大量的废水，为了实现水资源的合理利用，应采取科学的技术处理措施。对建筑物进行给排水节能减排设计，科学合理地利用水资源，能够起到节约水资源的作用，且降低水资源的排放量，采取循环利用的措施，降低排放水对环境的污染，由此达到节能减排的要求。