绿色建筑给排水设计的节水措施分析

姜新强

（山东华邦建设集团有限公司，潍坊 262500）

1 前言

建筑物节水设计的措施大体上可分为两个部分，一是通过给排水系统的优化大幅减少超压出流、二次污染等严重浪费水资源的情况，二是借助雨水收集系统回收利用雨水资源，减少对市政供水的压力。研究的重点是掌握当前造成水资源浪费的具体情况分类以及相关问题的实际成因，然后再制定出有效的对策。各种新技术、新材料和新设备等都在应用于建筑物给排水设计，如无负压供水技术、新型建筑给排水管材等，应积极研究这些技术和材料的应用。

2 建筑物给排水系统水资源耗费情况分析

2.1 给水系统的超压出流

建筑物给水系统的动力来源与建筑物层高具有直接的关系，通常1～6 层可直接采用市政供水，因为市政供水管道本身具有一定的压力，大多在0.15～0.35MPa之间，具体哪些楼层采用市政直接供水要结合当地的实际供水压力来确定，各地的情况不完全相同。对于较高的楼层，尤其是高层建筑，市政供水压力无法满足高楼层用户的用水需求，因而需要借助二次加压系统提升供水压力，在这一过程中就涉及如何分层加压供水的问题。如果分层不合理，部分终端用户的出水压力值过大，导致其用水时流量增大，大量的水资源因此而浪费。对于高层建筑，控制超压出流具有一定的难度，分层较多的情况下会增加整体的建造成本，反之则会造成水资源浪费，需要在设计时做出有效的平衡[1]。

2.2 供水、排水过程中的二次污染

用户在用水时非常关注水质，在正常供水的情况下水质清澈洁净，可直接使用。但供水管道检修时会造成大量的泥浆、杂质等进入供水管路，或者有些早期的金属供水管道发生了较为严重的锈蚀，出水中存在较多的铁锈。当用户发现水质浑浊或者存在铁锈等杂质时，会先排放掉受污染的部分，待水质清澈之后再使用。这一过程中势必会造成大量的水资源耗费，以上这些问题是在供水过程中出现的。在建筑排水系统中同样存在类似的问题，最典型的是不同类型建筑物的污水和雨水之间的排放，如医院的污水和废水中可能存在病菌，而卫生间污水中主要为有机质，这些污水通常不可混合在一起排放，而是要经过特性的处理。尤其是雨水，不应和污水混合排放。雨水的洁净程度较高，正常情况下可直接排放到地表水系中，不会产生污染问题。但早期的城市设计中存在雨污河流的设计方案，由此会造成雨水被污水二次污染的问题。

2.3 室内热水供应时产生无效冷水排放

建筑物室内热水供应主要依靠电热水器、太阳能热水器以及燃气热水器等实现，其中部分热水供应系统存在设计上的缺陷，由于热水供应点到使用点之间存在较长的管路，因而每一次在用水点打开阀门或者水龙头时都会先流出一定量的冷水，夏季时不存在过多的问题，但冬季寒冷条件下这些冷水会直接排放掉，造成浪费。这种现象在家庭用水中非常普遍，以燃气热水器系统为例，通常这种热水器设置在家庭住宅的厨房中，以厨房为起点，各路水管引至卫生间、洗手盆等部位，如果缺乏有效的热水循环系统设计方案，最终会导致管路中存在冷水[2]。

2.4 管材、阀门等泄露造成水资源浪费

管道、阀门等给排水设施的材质以及安装工艺等对减少水资源流失具有重要的作用，例如，早期的给水管道以铸铁为主，但这种管材在长时间使用之后容易出现锈蚀、积垢等现象，导致洁净的市政水资源受到污染，间接地造成浪费。因而现阶段的建筑给水管道大多采用PE管、ABS 管等，这些塑料材质不存在锈蚀的问题，同时其耐久性也非常优异。另外，管道、阀门等组件的泄露会造成水资源的流失，并且容易造成泄露的部位通常是管材的接口部位。在设计管路系统时可采用密封性和耐久性更加优异的接口连接方式。

3 建筑给排水系统的节水设计

3.1 高层建筑采用无负压供水设备

在高层建筑供水系统中，市政供水压力不足，因而传统的设计方案是在建筑物的地下室设置储水设施，先将市政供水存储在水箱中，然后再利用水泵将其加压送至高层用户终端。但是水箱在长期的使用过程中会逐渐产生污染，为了保证水质，需由专人定期清理水箱，凡是受到污染的水体不得再供应给住户，而是要排放或者用于市政洒水以及景观园林设施的灌溉，严重降低了水资源的利用效率，造成了一定程度的浪费。现阶段主要利用无负压供水设备来避免二次加压供水中的水源污染问题。无负压供水技术在向用户供水时充分地利用了市政供水的余压，市政供水压力不足的部分由升压机械设备予以补充，因而其首先是降低了能耗。与此同时，此类设备采用了全封闭的构造，相比于传统的水箱储水技术方案，此类设备的密封状态避免了水源的二次污染问题，也无需清理内部设备，不会产生水资源的浪费[3]。

3.2 限制超压出流的问题

由于超压出流会造成严重的水资源浪费，因而在设计给水系统时应合理控制各个用水终端的压力，具体的技术措施包括以下几点。

3.2.1 合理设置分区

对于高层建筑而言，分区加压供水是最有效的设计方案，但每一个分区的层数和总高度是非常关键的控制内容。如果分区高度较大，为了满足最不利点的供水压力，靠近供水设备的有利点就会出现供水压力过大的问题，由此造成这些有利点出现超压出流的问题。因此，合理设置分区要求设计者既要考虑最不利点的供水压力，也要考虑最有利点的供水压力。

3.2.2 采用恒压供水系统

供水压力应始终保持一致，目前恒压供水技术已经非常成熟，其中无负压供水就是典型的恒压供水技术，这种技术中使用了各种先进的传感器，可精确调控设备的供水压力，保持供水系统的压力稳定性。

3.2.3 设置减压装置

合理设置分区可有效控制出水压力，但由此也会造成水泵数量的增加，总体的工程造价有所提升[4]。另一种处理方案是在供水系统中增加减压装置，如增加减压孔板、减压阀门等。这些减压装置以被动或者主动的方式调节出水压力，避免超压出流的问题。

3.3 改善热水供应循环方式

针对室内热水供应中经常出现的无效冷水排放问题，需从热水循环方式的角度加以改进，图1 展示了一种室内给水系统，其中红色的管线为热水，蓝色管线代表冷水。传统的设计方案中并未设计回水管，用户在使用时首先排放出来的是冷水，然后才是热水。在改进后的设计方案中，增加了一条回水管，如图1 中的绿色管线，其作用是将热水管路中的冷水先回流到加热设备中，待这些冷水回流之后，后续供应过来的水就全部为热水了，这样可避免冬季用水时先释放掉冷水的情况，节约了水资源。

图1 有回水管的热水供应系统

3.4 防止给排水系统中的二次污染

二次污染的问题主要来自储水箱和管路中，储水箱长期使用过程中会滋生出细菌或者蓝藻，管路中的二次污染主要取决于材质，传统的铸铁材质易产生铁锈。鉴于此，应该全面优化供水系统的设计方案，在资金允许的情况下改为非复压供水系统，并且优先采用新型供水管材，目前在自来水工程中主要采用PE 材质的管材，从避免污染的角度看，这种管材的优势在于密封性优异、耐腐蚀性强。在排水系统设计中关键是对污染较为严重的水做预处理，然后再将其通过排水管路输送到集中的污水处理点，例如，医院中产生的废水要进行初步的消毒，住宅建筑中形成的废水要先进入化粪池。雨水管路和污水管路要分开，避免雨污河流污染相对洁净的雨水[5]。

4 建筑物雨水回收利用

雨水回收利用是建筑节水措施的重要组成部分，雨水本身相对清洁，在简单沉淀和过滤之后就可用于路面洒水、景观园林灌溉、公共卫生间冲水等场景中。雨水回收利用的具体设计方案与建筑物的结构特点以及排水系统等密切相关。通常而言，建筑物雨水收集系统应包括以下五个构成部分。

4.1 集水区

建筑物的屋顶结构和地面上的基础最容易在降雨情况下产生径流或者积水，尤其是在暴雨天气下，积水情况甚至会造成屋面渗漏，制约地面通行。集水区是雨水容易产生汇聚的区域，以建筑物上的水平结构为主，包括地面上的水平结构。

4.2 输水系统

集水区产生的雨水需经过专门的输水系统进入到指定的位置，输水系统主要包括建筑物上的排水管道以及地面上的排水沟渠。

4.3 屋顶冲洗系统

这一部分的主要作用是去除或者过滤雨水中的碎屑或者污染物。

4.4 雨水储水装置

目前大型建筑物可在其基础部位设置专门的雨水蓄水模块，这些蓄水模块采用PP 材质。

4.5 雨水配送系统

原则上讲雨水配送应尽可能采用重力作为动力，这种设计符合绿色建筑的节能设计理念，但如果受到建筑物结构限制无法采用重力输送时，需配置水泵[6]。

另外，建筑物雨水收集系统还可与绿色建筑中的屋顶花园、绿色屋面等结合在一起，如在建筑屋顶设置绿色植被，一方面利用雨水灌溉植物，而植物可用于建筑节能、美化环境。另一方面则是将绿植无法蓄积的水分通过排水管路收集起来。

5 结论

建筑物节水设计方案具体涵盖多个层面的内容，通过合理分层提高供水压力的稳定性，抑制和避免超压出流的问题。借助无负压供水系统避免建筑物二次供水中的水体污染。在热水供应中设置冷水回水管路，防止冬季排放冷水。最后，应加强会雨水的回收利用。