面向节能环保绿色建筑的给排水节水技术研究

王昊

摘要：为进一步提升建筑给排水系统中的节水能力，促进“绿色建筑”和“节能环保”等目标更好实现，以某综合商业办公建筑工程项目建设为实际案例，结合当地气象水文资料对节水设计参数进行确定，从雨水收集回用系统、排水系统、设备选型等多个角度着手，阐述面向节能环保的绿色建筑给排水节水技术。实际评估结果显示，本次项目中的节水技术表现良好。

關键词：节能环保；绿色建筑；给排水设计

0   引言

在当今节能环保的大背景下，节能环保已成为衡量建筑工程建设技术含量的一项重要指标，为实现节能环保目标，应用节水技术对建筑给排水部分进行优化设计则是一项不可或缺的内容。受地域差异和建筑工程自身特点的影响，绿色建筑给排水节水技术的实际应用环节较为复杂，为此需要结合具体情况，对给排水节水技术的参数和设计方法等进行精准设计，以提升建筑工程的整体质量。

1   项目概况

某综合商业办公建筑工程项目位于陕西省西安市沛东区红光路地块，建筑面积14万m2，包括1#、3#、5#、6#及车库，其中4栋建筑在设计内容上基本保持一致，均为地下2层和地上10层。按照绿色建筑设计目标要求，该工程需要按照《绿色建筑评价标准》中的一星设计等级完成相关建设工作，且必须契合当地绿色建筑评价标准体系所规定的一星A技术体系的有关要求。基于此，工程单位决定在设计和建设中引入给排水节水技术，对给排水设计部分进行优化，由此打造出节水型绿色建筑。

2   给排水系统参数设计

2.1   给水参数设计

考虑到该建筑工程涉及到商业办公和地下室工程等多个部分，因此采用分区供水的理念进行设计，建筑的商业办公用水仍由市政给水管网提供水源，而地下车库和路面冲刷等用水则源自雨水回用系统。

在此基础上，对用水量进行预测，按照办公用水每人每日50L、商业用水每日每平米8L、餐饮用水每日每次60L的标准进行预测，并考虑冗余设计要求，增加总用水量10%作为各种特殊情况的用水。基于以上数据，参考该建筑项目的设计人流规模，确定用水量如表1所示。根据表1的数据，确定该项目的最大日用水量为516.3m3，最大时用水量为74.0m3，平均时用水量为49.4m3，以此指导后续的设备材料选型设计工作。

在此基础上，对雨水储存水量和规模参数进行设计。参考已有经验，确定本次雨水储存设施的有效储水容积，满足集水面重现期2年的要求。对日雨水径流总量进行设计，并扣除弃流流量，最终确定雨水日径流可收集总量为134m3。

综合考虑该建筑工程日常运营阶段涉及到的绿化灌溉、车库冲洗两方面的用水，确定雨水蓄水池的有效容积最小值为下垫面降雨的24h雨水径流。雨水储水容积按照实际日用水量的3～5倍计算，最终确定雨水储水池容积设置为100m3。设置混凝土池子，将其作为雨水收集池。

2.2   排水系统参数设计

应用如下公式进行暴雨强度计算：

式中：t表示降雨历时，单位为min，本次取3min；P表示设计重现期，本次取10年。其他参数均为地方性参数，通过查询当地气象资料即可获得。代入以上数据后，即可求出最终的暴雨强度q。将该数据作为雨水排水系统系统设计的参考依据。

3   节水技术设计流程及要点

3.1   分质分区供水整体方案设计

结合该建筑工程功能上的多样性，采用分质分区的供水模式进行给排水设计。其中，市政管线主要面向办公和商业功能进行供水，水压设置为0.2MPa。地下车库冲洗、绿化灌溉等用水则源于雨水回用系统，且该系统供水的所有用水点上均标明“非饮用水”标记。从理论角度来讲，通过这种设计方式，能够有效节省传统水源，并达到非传统水源利用率的20%的标准。

另一方面，本次给排水设计中，针对生活用水系统采用分区供水模式，其中：地下2层至地上1层采用市政直供的方式进行供水；建筑2～6层标记为“低区”，采用变频泵加压供水，设计流量为41m3/h，扬程设计为75m；建筑的7～10层标记为“高区”，仍采用变频泵加压供水，设计流量为42m3/h，扬程设计为105m。

3.2   雨水收集回用系统设计

为提升本建筑工程的节水效果，设计人员引入雨水收集回用系统，该系统可通过多道预处理环节，对降雨进行处理，以提高雨水收集质量。再将处理后的雨水导入蓄水池中，即可实现水资源的存储利用。结合实际需要，本次雨水收集回用系统的整体设计流程图如1所示。基于此设计流程，按照以下几个方面对雨水收集回用系统进行设计。

3.2.1   水质处理部分设计

通过对当地雨水进行收集和取样检测后获知，当地雨水中的COD值为60～80mg/L、SS值为20～40mg/L，不符合GB/T 18920-2020中对城市杂用水质量的规定。对此，采用沉淀、混凝和过滤的流程对雨水进行处理。其中，混凝环节采用聚合氯化铝作为混凝剂，以提高过滤效率。并采用全自动滤网过滤器和石英砂过滤器两道程序，依次进行过滤。在过滤完成后，雨水即符合回用水标准而不需要进行深度处理。

3.2.2   蓄水池设计

在本工程中，直接将蓄水池设计于建筑附近绿化带下方。由于该施工区域地质条件相对较优，不存在明显的脆弱土层，因此蓄水池直接采用小型挖机进行开挖。

开挖前，首先根据测定的轴线控制网初步放线，并在基坑边加钉轴线控制木桩，依次放出开挖边线。根据相应的轮廓线，先用小型挖掘机开挖，再由人工修整完善。在开挖完成后进行混凝土浇筑，混凝土浇筑的选材如表2所示。

在确定以上材料后，采用沿高度方向均匀分层连续推移的方式进行浇筑，混凝土的一次摊铺厚度约在30cm左右，以充分利用混凝土层面散热。

在浇筑过程中，采用插入式高频振动棒垂直点振方式振捣。在混凝土浇筑完成后，对混凝土表层进行洒水养护。洒水工作从混凝土浇筑完成初凝后开始计时，时间控制在8d左右。

3.2.3   管材和配件選型与连接

雨水收集管道和溢流管采用HDPE中空壁波纹管，连接方式为热熔连接。回用水管和排泥管采用PPR管，并采用热熔方式进行连接。设备内的其他管线均采用镀锌钢管，采用法兰进行连接。回用水泵则采用底部不锈钢角铁和上部砌砖的方式进行连接。

3.2.4   雨水收集装置设计

为提高雨水收集能力，本次通过在建筑周边区域布置“下沉绿地”的方式进行设计，分别根据以下2个公式，计算下沉绿地的面积和下沉绿地的深度：

S=60kJFgT                 （2）

U=0.001HFg                （3）

式（2）中：S为雨水下渗量，k为土壤稳定入渗速率，J为水力坡度，T为蓄渗计算时间。

式（3）中U为下沉式绿地的蓄水量；Fg为最终的下沉绿地面积，通过查阅当地水文资料获取；H为深度，通过查阅当地水文资料获取。

在确定以上参数后开始对下沉绿地展开设计，并使用路缘石将下沉绿地与其他区域相互分割。在此基础上，为进一步提高下沉式绿地的蓄水能力，在路缘石上设置宽度为20～60cm的缺口以进行引流。

3.3   排水系统设计

为提升建筑室内排水环节的节水效果，本次采用真空排水模式，对建筑室内排水系统进行设计，真空排水系统的流程如图2所示。

该排水系统中，主要包括以下设备：一是真空泵站，它是真空排水系统的核心设备，又可分为真空泵、真空收集器和排水泵三部分，分别承担着提供排水管道气压差、收集污水和排水的任务。二是控制装置。该装置与建筑内的排水器具相连接，通过液位传感器读数，对真空阀进行控制。当真空阀闭合时，污水将通过重力作用暂时储存于集水槽中；当真空泵开启后，其产生的气压差将推动污水进入真空收集器。三是序批处理装置。其主要根据液位传感器读取真空管内的积水水位，对真空阀的开关状态予以控制。

参考已有文献可知，本次应用的真空排水系统相较于传统排水系统而言，在使用时长和频率相同的情况下，真空排水系统可节约60%以上的水资源，综合性能良好。

3.4   节能性部件选用与系统设计

首先，应用管径为15mm的节水型水龙头并附加感应装置，该设备在水压正常时，其全流量始终在0.15L/s以下，且能够在无人状态2s后即自动止水，以此实现水资源的节约。其次，针对给排水设计中涉及到的水泵全部采用变频泵，选用G120系列变频器，基于变频调速系统进行节能设计。该变频器具备“软启动”和“软制动”的功能，在相关设备启动和停止时，可有效避免因电流突变而引起的机械冲击，有利于延长相关部件使用寿命。水泵设备的布置情况如表3所示。

4   工程质量评估结果

在本次给排水节水工作全部完成后，为检验工程质量，测试人员参考《绿色建筑评价标准》中针对一星级绿色建筑规划设计方面的要求，对本次节水技术应用情况进行初步评估，得到的评估结果如表4所示。

根据表4中的数据可知，本次节水技术设计方面基本能够达成《绿色建筑评价标准》中的规划设计要求，仅在节材与材料资源利用方面存在少量不满足要求的项目。分析认为，其主要原因是部分新设备的应用增加了一定的成本，但对于整体的节水设计质量则不存在显著影响。

在此基础上，对非传统水源利用率这项重要指标进行评估，评估结果显示，该建筑工程中的非传统水源利用率在25.3%～25.9%范围内波动，明显高于20%的要求，证明该建筑工程节水技术初步取得了预期效果。

5   结束语

本文以某建筑工程的给排水系统设计为实例展开研究，结合绿色建筑设计标准与项目实际情况，以分区且分质的供水理念为核心，对各项节水技术的应用均进行较为详尽的探讨，初步实现了节水技术目标。从工程质量评估环节来看，该项目的多项关键指标均符合预期要求，证明本次设计取得了初步成功，可为今后的类似工作提供参考借鉴。

参考文献

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