基于节水节能技术的建筑给排水设计研究

郭文海

(山西建筑工程集团有限公司，山西 太原 030024)

1 基于节水节能技术下建筑给排水设计的关键意义

1.1 提高建筑地功能性和性能性

建筑给排水工程是保证建筑正常运行和使用的基础设施，为建筑提供了生活用水、消防用水、绿化用水等不同用途的水，同时也为建筑排除了生活污废、雨水等不同来源的废弃物。如果利用节水节能技术优化建筑给排水设计，就可以提高供水质量、量和压力，保证各个用水点的用水需求和安全；也可以提高排水效率、速度和清洁度，保证各个排水点的排水畅通和卫生。这样就可以提高建筑的功能性和性能性，满足人们对建筑的各种期望和要求。例如，某绿色医院利用节水节能技术优化了建筑给排水设计，采用了雨水收集和利用系统、中水回用和再生利用系统、太阳能热水供应系统等技术，使得医院的供水量、质和温度都达到了较高的标准，同时也使得医院的排水量、速和洁都达到了较高的标准，为医院的医疗服务和管理提供了有力的支撑[1]。

1.2 降低建筑的运行成本和能耗

建筑给排水工程是影响建筑运行成本和能耗的重要因素之一，涉及到自来水的采购、储存、输送、加热等环节，以及污废的收集、处理、排放等环节。如果利用节水节能技术优化建筑给排水设计，就可以减少自来水的消耗，节约自来水费用；也可以减少传统能源(如电力、天然气等)对热水供应的依赖，节约能源费用；同时也可以减少污废对环境的污染，节约环境治理费用。这样就可以降低建筑的运行成本和能耗，增加建筑的经济效益和社会效益。例如，某绿色酒店利用节水节能技术优化了建筑给排水设计，采用了雨水收集和利用系统、中水回用和再生利用系统、太阳能热水供应系统等技术，使得酒店的自来水消耗减少了约40%，电力消耗减少了约60%，污水排放减少了约50%，为酒店的经营效益和社会责任提供了有力的保障。

1.3 促进建筑的节能环保和绿色发展

建筑给排水工程是影响建筑节能环保和绿色发展的重要因素之一，涉及到水资源的循环利用、能源的可再生利用、废弃物的资源化利用等方面。如果利用节水节能技术优化建筑给排水设计，就可以提高水资源的利用率，减少水资源的浪费和污染；也可以提高能源的利用率，减少能源的消耗和排放；同时也可以提高废弃物的利用率，减少废弃物的处理和处置。这样就可以促进建筑的节能环保和绿色发展，符合国家和社会对建筑可持续发展的要求和期待。例如，某绿色学校利用节水节能技术优化了建筑给排水设计，采用了雨水收集和利用系统、中水回用和再生利用系统、太阳能热水供应系统等技术，使得学校的自来水消耗减少了约50%，电力消耗减少了约70%，污水排放减少了约60%，为学校的教育教学和校园文化提供了良好的物质条件和环境氛围。

2 基于节水节能技术建筑给排水设计的基本原则

2.1 遵循节约用水和循环利用的原则

这一原则要求建筑给排水工程在设计时充分考虑用水需求和用水结构，合理确定供水量和供水质量，尽可能减少自来水的消耗和废弃物的产生。同时，要充分利用雨水、中水(经处理后可回用于非饮用目的的废弃生活污废)等可再生水资源，提高水资源的利用率和循环率，减少对外部水源的依赖和对环境的影响。例如，某绿色住宅小区在屋顶和地面设置了雨水收集设施，并配备了雨水储存池、过滤器、紫外线消毒器等处理设备，将收集到的雨水用于冲厕、洗车、灌溉等用途，每年可节约自来水约30%[2]。

2.2 遵循节约能源和可再生利用的原则

这一原则要求建筑给排水工程在设计时充分考虑能源需求和能源结构，合理确定供热量和供热温度，尽可能减少传统能源(如电力、天然气等)的消耗和排放。同时，要充分利用太阳能、沼气等可再生能源，提高能源的利用率和循环率，减少对外部能源的依赖和对环境的影响。例如，某绿色酒店在屋顶设置了太阳能集热器，并配备了储热罐、循环泵、控制器等设备，利用太阳能对自来水进行加热，并将加热后的热水输送到客房、餐厅、游泳池等需要热水的地方，每年可节约电力约60%。

2.3 遵循安全可靠和操作便捷的原则

这一原则要求建筑给排水工程在设计时充分考虑供排水系统的安全性和可靠性，合理确定供排水设备的类型和规格，尽可能减少供排水系统的故障和事故。同时，要充分考虑供排水系统的操作性和维护性，合理确定供排水设备的布置和控制方式，尽可能提高供排水系统的操作便捷性和维护便捷性[3]。例如，某绿色办公楼在地下设置了中水回用和再生利用系统，并配备了沉淀池、曝气池、活性炭过滤器、紫外线消毒器等处理设备，将建筑内部产生的废弃生活污废或外部引入的市政污水经过处理后，用于冲厕、洗车、灌溉等用途，每年可节约自来水约50%。这些系统的设计和运行都采用了先进的技术和设备，保证了供排水的安全可靠和操作便捷。

3 节水节能技术在建筑给排水设计中的应用

3.1 节水技术在建筑给排水设计中的应用

节水技术是指通过合理利用水资源，减少用水量，提高用水效率，降低用水成本，保护水环境的技术手段。在建筑给排水设计中，节水技术主要包括以下几个方面。

采用节水型卫生器具。节水型卫生器具是指具有较低的用水量和较高的冲洗效果的卫生器具，如节水型马桶、蹲便器、淋浴器、洗手盆、水龙头等。这些器具可以通过改进结构、增加喷嘴、控制流量等方式，达到节约用水的目的。例如，节水型马桶的冲洗量一般为3～6L/次，而普通马桶的冲洗量为9～12L/次，节约用水量可达50%以上[4]。

利用雨水和中水。雨水和中水是指经过一定程度处理后，可以满足一定质量要求的非饮用水，如灌溉、冲厕、洗车、清洗等。利用雨水和中水可以减少对自来水的依赖，降低用水成本，同时也有利于保护地下水资源和城市排水系统。例如，在北京奥林匹克公园内，通过设置雨水收集系统和中水处理系统，将雨水和中水回用于景观灌溉、公共卫生间冲厕等，每年可节约自来水约30万t。

优化给排水管网布置。优化给排水管网布置是指根据建筑平面布局、功能分区、用途需求等因素，合理确定给排水管道的走向、长度、直径、坡度等参数，以减少管道阻力损失，提高管道运行效率，降低管道破损风险[5]。例如，在建筑给排水设计中，应尽量采用直线或简单弯曲的管道走向，避免过多的转角和变径；应尽量缩短管道长度，减少支管和分支；应根据流量和压力选择合适的管道直径，避免过大或过小；应按照规范要求设置合理的管道坡度，保证排水顺畅。

3.2 节能技术在建筑给排水设计中的应用

节能技术是指通过提高能源利用效率，减少能源消耗量，降低能源成本，减少环境污染的技术手段。在建筑给排水设计中，节能技术主要包括以下几个方面。

1)采用太阳能热水系统，太阳能热水系统是指利用太阳能作为热源，通过太阳能集热器、储热水箱、管道、控制器等设备，为建筑提供热水的系统。采用太阳能热水系统可以节约电能或燃气等传统能源，降低运行成本，同时也有利于减少温室气体排放。例如，在北京奥林匹克村，通过设置太阳能热水系统，为运动员和工作人员提供热水，每年可节约电能约200万kW·h。

2)采用地源热泵系统，地源热泵系统是指利用地下水或土壤作为低温热源或高温热库，通过热泵机组、换热器、管道、控制器等设备，为建筑提供制冷、制热或生活热水的系统。采用地源热泵系统可以节约电能或燃气等传统能源，降低运行成本，同时也有利于减少温室气体排放。例如，在上海世博会园区内，通过设置地源热泵系统，为各个展馆提供制冷、制热或生活热水，每年可节约电能约5 000万kW·h[6]。

3)采用节能型给排水设备，节能型给排水设备是指具有较低的能耗和较高的性能的给排水设备，如变频水泵、高效换热器、智能控制器等。这些设备可以通过调节转速、优化换热、实现自动控制等方式，达到节约能源的目的。例如，在建筑给排水设计中，应尽量采用变频水泵代替恒速水泵，根据用水需求调节水泵的输出功率；应尽量采用高效换热器代替普通换热器，提高换热效率；应尽量采用智能控制器代替手动控制器，实现给排水系统的自动运行和监测[7]。

3.3 节水节能技术在建筑给排水设计中的实例说明

为更好地说明节水节能技术在建筑给排水设计中的应用效果，本文选取了两个典型的实例进行介绍，分别是北京国家体育场(鸟巢)和上海世博会中国馆。

北京国家体育场(鸟巢)是2008年北京奥运会的主场馆，也是世界上最大的钢结构建筑之一。鸟巢的建筑给排水设计采用了多种节水节能技术，如太阳能热水系统、雨水收集系统、中水处理系统、变频水泵等。通过这些技术的应用，鸟巢每年可节约自来水约40万t，节约电能约100万kW·h，减少CO2排放约1 000t。

上海世博会中国馆是2010年上海世博会的标志性建筑，也是世界上最大的木结构建筑之一。中国馆的建筑给排水设计采用了多种节水节能技术，如地源热泵系统、雨水收集系统、中水处理系统、高效换热器等。通过这些技术的应用，中国馆每年可节约自来水约20万t，节约电能约3000万kW·h，减少CO2排放约2万t。

4 基于节水节能技术建筑给排水设计的不足之处

4.1 管网分区、压力设计不当

随着城市化规模不断扩大，城市中供水公司的分布不可能满足所有建筑区的用水压力要求，这就要求建筑给排水工程进行过程中对管网分区、供水压力设计一定要因地制宜，符合用户的用水需求，尽量避免采取二次加压的方式进行供水，尤其是对于一些高层建筑来说，可以避免许多不必要的风险；倘若采用二次加压的方式，如果给排水系统管网分区、压力设计不当，供水过程中就会出现局部管道压力过大的状况，同时给水设备所出水流量也会因此而加大，这部分超过定额供水量的水资源，不仅会导致整个供水系统的稳定性降低，也会造成水资源的大量浪费[8]。

4.2 给排水设备选型不当

给排水设备选型不当易造成水资源浪费是建筑给排水工程中常见的问题之一，主要表现在以下两个方面：一方面建筑给排水系统中一些管道、设备安装均较为隐蔽，大多安装于地下或采用半地下的形式，一旦发生故障或是安全问题，维修工作往往难度较大且耗时较长，给用户用水带来诸多不便的同时也会给建筑给排水工程带来不必要的经济负担；另一方面则在于给排水系统所选取的设备是否在满足安全性、使用耐久性的前提下，能够最大限度地减少水资源在供给过程中的不必要流失，例如地下管道、接水处的水龙头、水箱等水资源出口端的选材及节水器具的设计等方面，都应该考虑到节水节能的原则，避免出现水资源的滥用和浪费。

4.3 管道布置、坡度设计不当

管道布置、坡度设计是影响排水系统效率、速度和清洁度的重要因素，如果管道布置、坡度设计不当，就会导致排水系统出现以下问题：1)管道容易堵塞，影响排水畅通；2)管道容易积存污垢，影响排水清洁；3)管道容易产生异味、气泡、噪音等现象，影响排水舒适[9]。因此，在设计排水系统时，应根据建筑结构、功能、条件等因素，合理确定管道布置方案和坡度参数，并尽量减少管道长度、转弯次数、接口数量等。

5 基于节水节能技术建筑给排水设计的优化策略

5.1 优化供水系统设计

供水系统是建筑给排水工程的核心部分，它负责向建筑提供生活用水、消防用水、绿化用水等不同用途的水。优化供水系统设计的目标是保证供水质量、量和压力，同时降低供水成本和能耗。为实现这一目标，可以采取以下措施。

合理选用供水方式。根据建筑的高度、位置、用途和用水需求，选择适合的供水方式，如直接供水、间接供水、二次加压供水等。直接供水是指利用市政管网地压力直接向建筑内部输送自来水，这种方式简单、经济，但对市政管网的压力要求较高，不适合高层建筑。间接供水是指利用市政管网向建筑内部的储水设施输送自来水，再由储水设施向各个用水点输送自来水，这种方式可靠、灵活，但需要占用较多的空间和设备，增加了初始投资和运行费用。二次加压供水是指在间接供水的基础上，利用加压设备对储存的自来水进行二次加压，再向各个用水点输送自来水，这种方式适合高层建筑或远离市政管网的建筑，但需要消耗较多的电能，并可能影响市政管网的正常运行[10]。

合理选用供水设备。根据供水方式和用途，选择合适的供水设备，如储水设施、加压设备、调节设备等。储水设施是指用于储存自来水或中水(经处理后可回用于非饮用目的的废弃生活污废)的设施，如地下或屋顶储水池、消防储罐等。储水设施应根据储存量、结构形式、材料性能等因素进行选择，并应符合卫生安全和防火防爆等要求。加压设备是指用于提高自来水或中水的压力的设备，如水泵、增压器等。加压设备应根据供水量、压力、流量等因素进行选择，并应符合节能降耗和噪音控制等要求。调节设备是指用于调节供水温度、流量、压力等参数的设备，如阀门、温控器、流量计等。调节设备应根据供水用途、条件、要求等因素进行选择，并应符合安全可靠和操作便捷等要求。

合理选用节水器具[11]。根据建筑的用途和功能，选择合适的节水器具，如节水龙头、节水淋浴器、节水马桶等。节水器具是指能够有效控制用水量或提高用水效率的器具，它们通过改变出水方式、增加出水阻力、设置出水限制等方式，达到节约用水的目的。节水器具应根据用水需求、舒适度、卫生度等因素进行选择，并应符合国家或行业的相关标准和规范。例如，某绿色商场利用节水节能技术优化了建筑给排水设计，采用了节水龙头、节水淋浴器、节水马桶等节水器具，使得商场的自来水消耗减少了约30%。

5.2 优化排水系统设计

排水系统是建筑给排水工程的另一核心部分，它负责将建筑内部产生的生活污废、雨水等不同来源的废弃物排除到外部的市政管网或处理设施。优化排水系统设计的目标是保证排水效率、速度和清洁度，同时降低排水成本和能耗。为实现这一目标，可以采取以下措施。

1)合理选用排水方式，根据建筑的高度、位置、结构和功能，选择适合的排水方式，如自然排水、机械排水、真空排水等。自然排水是指利用重力作用将废弃物从高处向低处输送的方式，这种方式简单、经济，但对建筑结构和管道坡度要求较高，不适合高层建筑或地下空间[12]。机械排水是指利用机械设备(如泵站)将废弃物从低处向高处或远处输送的方式，这种方式灵活、可靠，但需要消耗较多的电能，并可能产生较大的噪音和震动。真空排水是指利用真空泵将废弃物从低压区域向高压区域输送的方式，这种方式高效、安全，但需要占用较多的空间和设备，增加了初始投资和运行费用。

2)合理选用排水设备，根据排水方式和用途，选择合适的排水设备，如排水管道、排水井、排水泵等。排水管道是指用于输送废弃物的管道，如雨水管、污水管、通气管等。排水管道应根据输送量、压力、流速等因素进行选择，并应符合耐腐蚀、防渗漏、防堵塞等要求。排水井是指用于连接或转换不同方向或高度的排水管道的井，如检查井、接户井、变径井等。排水井应根据连接方式、结构形式、材料性能等因素进行选择，并应符合安全可靠和便于检修等要求[13]。排水泵是指用于提升或输送废弃物的泵，如污水泵、雨水泵、真空泵等。排水泵应根据输送量、扬程、流量等因素进行选择，并应符合节能降耗和噪音控制等要求。

3)合理选用资源化利用设备，根据建筑的功能和条件，选择合适的资源化利用设备，如沼气池、厌氧消化器、生物滤池等。资源化利用设备是指能够将废弃物转化为有价值的资源的设备，如沼气、肥料、清洁水等。资源化利用设备应根据转化效率、运行成本、环境影响等因素进行选择，并应符合可持续发展和循环经济的理念[14]。例如，某绿色农场利用节水节能技术优化了建筑给排水设计，采用了沼气池、厌氧消化器、生物滤池等资源化利用设备，使得农场的废弃物转化为沼气、肥料、清洁水等有价值的资源，为农场的生产经营和生态环境提供了多重效益。

6 结语

基于节水节能技术下建筑给排水设计具有关键意义，不仅可以提高建筑的功能性和性能性，降低建筑的运行成本和能耗，还可以促进建筑的节能环保和绿色发展。相关技术人员应当加大对建筑给排水设计节水节能技术的研究和实践力度，推动我国建筑水平的提高。