建筑给水排水设计中节能减排设计分析

杜亭燕

兰州城市建设设计研究院有限公司 甘肃 兰州 730050

建筑给水排水系统在现代社会扮演着至关重要的角色，然而其高能耗和碳排放问题已经引起广泛关注。随着能源危机日益严峻，以及环境保护意识的增强，寻求创新的解决方案势在必行。本文旨在通过探讨中间的节能减排设计，解决建筑给水排水系统能源消耗和环境影响的问题，实现可持续发展的目标。通过研究创新的设计措施，我们可以有效地提高能源利用效率，降低碳排放，为建筑行业的可持续发展做出积极贡献。

1 建筑给水排水系统概述

1.1 给水系统的组成和功能

建筑给水系统是建筑物内部的一个重要子系统，主要目的是将自来水从供水源输送到建筑内的各个用水点，满足人们的生活和工作需求。给水系统由供水源、供水主管、用水点支管、水箱及增压设备、阀门和控制设备等组成。供水源可以是城市自来水系统或其他水源，供水主管将供水引入建筑内部，用水点支管道将供水传送到各个用水点。水箱及增压设备用于储存和增压供水，阀门和控制设备用于调节供水流量和压力。建筑给水系统的功能是稳定可靠地提供清洁、安全的自来水，并满足建筑内不同用水点的需求，包括饮用水、洗浴水、厨房用水等。因此，给水系统的设计和运行对于保障建筑内部的水资源供应至关重要。

1.2 排水系统的组成和功能

建筑排水系统是建筑物内部的另一个重要子系统，主要目的是有效收集、排放和处理建筑内产生的废水和污水，保持室内环境的卫生和舒适。排水系统通常包括排水管道、通气管、排水泵、污水处理设备等。排水管道收集建筑内各个用水点产生的污水和废水，通气管用于使排水系统内空气利用、防止水封破坏而设置的与大气相通的管道。排水泵位于底部或低洼地区，确保污水顺利流动。污水处理设备用于处理排放的污水，减少对环境的污染。通过排水系统，建筑内的废水和污水可以得到妥善处理，确保建筑环境的卫生和健康，同时也对保护环境和公共卫生起到重要作用[1]。

图1 给水系统基本组成示意图

图2 排水系统基本组成示意图

2 节能减排设计原则

2.1 设计目标和要求

节能减排设计在建筑给水排水系统中的设计目标和要求是确保系统运行的高效性和环保性。首先，设计目标是实现节约能源、减少碳排放和提高水资源利用效率。通过优化系统设计和采用高效设备，达到减少能源消耗和对环境造成的负担的目标。其次，要求建筑给水排水系统在节能减排的前提下，仍能保持运行的安全、稳定和可靠。在满足建筑特性、当地环境条件和法规要求的基础上，选择合适的设备，合理规划管道布局，以确保系统能够高效地供应水资源，并将废水和污水得到妥善处理，减少对自然环境的不良影响。这些设计目标和要求的实现将为建筑给水排水系统的可持续发展和环保效益提供坚实基础。

2.2 设计考虑因素

在进行节能减排设计时，需要综合考虑多个因素，以确保设计方案的有效性和可持续性。设计考虑因素包括建筑特性、当地环境条件和设备选择。首先，建筑特性方面需要考虑建筑的类型、规模、用途和人口密度等因素，以确定适合的给水排水系统设计方案。例如，住宅和商业建筑的水需求和排水量会有所不同，需要根据实际情况进行合理规划。其次，当地环境条件也是重要因素，包括气候条件、水资源情况和环境法规等。不同地区的气候差异会对供水和排水需求产生影响，因此需要根据当地情况进行设计调整。最后，设备选择是节能减排设计中的关键因素。选择高效、节能的设备可以降低能源消耗和碳排放，例如采用节水器具、节能泵和智能控制系统等。综合考虑这些设计考虑因素，可以制定出符合建筑特性和当地环境的节能减排设计方案，为建筑给水排水系统的可持续发展和环保效益提供支持。

3 给水系统的节能减排设计分析

3.1 给水系统的能耗和碳排放源

一般情况下，给水系统节能最主要的方案是选用高效节能设备和技术，如低功耗水泵、智能控制系统，来降低给水系统的能耗，也避免了水资源浪费。与此同时，优化供水网络布局，减少管道长度和阻力损失，以降低水的输送能耗。此外，可再生能源的利用亦是我国未来发展的大势所趋。自2021年发布《建筑节能与可再生能源利用通用规范》以来，很多公共建筑在生活热水系统的设计上都采用太阳能热水系统，利用太阳能来提供生活热水，从而减少了传统能源的消耗和碳排放。通过这种实施方案，可以在给水系统中有效的实现节能减排，为可持续建筑发展作出贡献[2]。

3.2 节约水资源的设计策略

首先，通过采用节水器具，如低流量水龙头、节水淋浴头等，可以有效减少给水系统的用水量。例如，公共场所的洗手盆水嘴采用非接触式或延时自闭式水嘴能有效避免人为偶然的浪费行为。然后，还可采用低水量冲洗设备，如低流量冲水马桶，可以显著减少排水系统的水耗。同时，安装节水器具，如节水龙头和自动关闭阀，可以有效控制水流量，避免不必要的水浪费。在以上基础上使用耐腐蚀、耐久性能好的管材、管件和阀门等，就可以减少管道系统的漏损。

另外，还可以引入更高级先进的系统进行全局宏观调控，例如建设绿色建筑智能化运行管理平台，充分利用现代信息技术，实现建筑能耗和资源消耗等指标的实时监测与统计分析，进行协同控制和优化管理，由此达到智能调控的目的，进一步提升整体的节能减排效果。

3.3 提高供水效率的设计方法

提高供水效率的基础就是采用高效的供水设备，如高效变频水泵，以提高供水的流量和效率。其次，加设智能控制系统和传感器技术，根据实际需求精确控制水流，避免浪费和过度使用。例如，一些先进的建筑使用智能供水系统，根据建筑内部的需求和人流量实时数据和需求进行智能化决策，以便调整供水压力和流量，提高供水效率。同时，智能监测系统还可以实时监测和分析给水系统的运行情况，及时发现和解决问题，提高系统的效率和可靠性。通过这些策略和方法，可以有效提高给水系统的供水效率，减少能源消耗和碳排放，从而实现节能减排的目标。

3.4 优化管道布局和降低水力损失

通过合理规划管道布局，缩短管道长度，减少弯曲和分支，以降低水流的阻力和摩擦损失。同时，选择适当的管道直径和材质，以确保供水的稳定性和流量的高效传输。此外，可以采用节流装置和调节阀等措施，根据实际需求控制水流量，避免过度供水和浪费。例如，小区给水系统的生活用贮水池及加压装置首选在小区中部或区域内地势较高点，以此来尽可能减少供水压差，降低水头损失，减少不必要的浪费。

4 排水系统的节能减排设计分析

给水系统的节能设计重点为减少能源的消耗，而污水的节能重点则是污、废资源化利用，减排的同时回收利用，使其自身形成良性循环系统，从而达到长久稳定的节能效果。

4.1 污、废水的回收和再利用技术

我国在快速发展的进程中发现水资源的短缺亦是阻碍城市建设的重要因素，于是越发重视水资源的回收利用，故而鼓励建设中水系统。污、废水的回收可以减少对自来水的需求，从而降低整体的能耗和碳排放，是对资源可持续发展的重要举措。

中水系统由原水系统、处理系统和供水系统三部分组成。其中处理系统里采用合适的处理工艺是至关重要的。由于建筑物污、废水多为生活污水，故主要使用生物处理为主的工艺流程，如活性污泥法或膜生物反应器，可以有效地降解有机污染物，且污泥产量少、自动化管理程度高，适宜用于生活污水为原水的系统。这些工艺利用微生物的作用将污染物转化为较为稳定和无害的物质。这样可以大大减少排放水质中有机物的含量。同时，物处理和物化处理相结合的处理工艺更有利于去除水质中的悬浮固体和溶解性无机物。例如，通过沉淀、过滤、吸附等工艺，可以有效去除悬浮固体和重金属等有害物质。这些工艺可以显著改善排放水质的水质指标。最后经过消毒后就可用于城市杂用水，如冲厕、浇洒道路、绿化用水、车辆冲洗等。这种水循环利用系统从根本上降低了用水量，从而有效地减少对自然水源的压力。

同时，回收并再利用排水系统中的热能也是一种重要的节能减排措施，例如利用热交换技术，将排水中的热能转移给冷却水或加热水，实现能量的回收利用。例如，一些建筑利用污水处理厂中的再生水进行冷却塔的供水，实现了污水的回收再利用，减少了对自来水的需求和排水的负荷。通过利用回收和再利用技术，可以最大限度地减少水资源的消耗和排水的产生，实现排水系统的节能减排效果[3]。

4.2 雨水回用系统

雨水资源是良好的天然资源，加以利用既能有效缓解城市内涝、削减城市径流污染负荷，又能节约水资源、保护和改善城市生态环境，是一举两得的良策。雨水回用的第一步是通过设置雨水收集设施，如屋顶雨水收集系统和地面雨水渗透系统，将雨水引导到集水装置进行储存。第二步，安装过滤装置可以去除雨水中的杂质和污染物，确保储存的雨水质量。最后，利用储存的雨水用于非饮用水需求，如地面冲洗、灌溉和景观用水等，可以减少对公共供水的依赖，降低水资源的消耗和排水的产生。

4.3 海绵城市的运用

随着我国城镇化的快速发展，开发强度过高、硬质铺装多等问题也逐渐暴露出来，也意识到协调城镇化与环境资源保护之间的矛盾，才能实现可持续发展。故而全国各地，包括我省部分城市为了响应国家策略，成立了海绵城市试点，如天水市和平凉市。

海绵城市的重点在于充分发挥城市绿地、道路、水系等对雨水的吸纳、蓄渗和缓释作用，使城市开发建设后的水文特征接近开发前，例如透水铺装、绿色种植屋面、下沉绿地等。这一系列举措能有效缓解城市内涝、削减城市径流污染负荷。还可以采用生物或物理方式净化和削减峰值流量，如生物滞留设施、渗透塘及雨水湿地。

除此以外，还可以进行雨水存储和回用，比如建设蓄水池和雨水罐。蓄水池可结合雨水回用系统，根据雨水回用用途（绿化、道路喷洒及冲厕等）不同需配建相应的雨水净化设施。雨水罐多为成型产品，施工安装方便，便于维护，占地面积小，建设成本较低，是目前建设实施比较容易实现的一种方式。这样可以节约水资源、保护和改善城市生态环境，为建设节能环保的低影响开发建设提供重要保障。

4.4 利用生态技术降低排放

在一些天然景区，如我省冶力关景区，景区内山间建设公共卫生间，缺少市政排水条件，无法配套管网的情况下，即可选用生态化粪池来降低对周边环境的污染,高效生态化粪池通过独特的生物处理工艺设计和高效微生物制剂的深度分解作用，可以实现粪便免清淘和肥料化，对于环境保护和节能减排都具有重要意义。

5 综合系统设计与绩效评估

第一，采用整体性的设计方法，将给水排水系统与其他建筑系统相互协调。通过系统级的优化和综合考虑，可以减少能源消耗和排放水质。例如，通过与建筑空调系统的耦合，可以实现废水热能的回收利用，用于供热或供冷，从而减少能源消耗。

第二，进行性能模拟和评估，以确定给水排水系统的实际能耗和环境影响。利用建筑信息模型（BIM）和模拟软件，可以模拟系统运行情况，并预测其能耗和碳排放。这样可以及早发现潜在的问题，并进行相应的优化和改进。

第三，建立绩效评估机制，定期监测和评估给水排水系统的运行情况和效果。通过收集和分析系统的实际数据，如能耗、水质和排放情况，可以评估系统的性能和效率。根据评估结果，采取必要的调整和改进措施，以持续改善系统的性能。

6 结束语

随着建筑给水排水设计的发展和普及，节能减排成为一个重要的设计考虑因素。综合上述分析，我们需要积极探索创新和应用各种节能减排措施，加强综合系统设计与绩效评估，从而促进建筑给水排水系统的可持续发展；其中，优化排水系统布局和尺寸设计可以满足高效排水需求，减少能源消耗和碳排放；采用低水量冲洗设备和节水器具可以提高水资源利用效率，降低水耗和碳排放；利用回收和再利用技术可以最大限度地减少水资源的消耗和排水的产生；并且，综合系统设计与绩效评估可以提高整体性能和效率，实现可持续建筑的目标。因此，我们要加强创新和应用这些节能减排措施，以更好地推动建筑给水排水设计的节能减排，为建筑行业的全面发展奠定基础。