高蘊(yùn)宬

摘要:在解決建筑環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展問(wèn)題時(shí),焦點(diǎn)往往是直接針對(duì)能源消費(fèi)和材料使用的最少化。然而經(jīng)常被遺忘的,就是在整合永續(xù)解決方案設(shè)計(jì)時(shí),建筑的水和廢水處理管理體系。這樣的系統(tǒng)基本功能有明確的認(rèn)可,但水性能的提高、通風(fēng)的經(jīng)濟(jì)體經(jīng)常被傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)原則所約束。在某種程度上,這是意料之中,在穩(wěn)態(tài)分析的基本前提下,鞏固的流體標(biāo)準(zhǔn)和指導(dǎo)方針在全球范圍內(nèi)使用。然而,先進(jìn)的模擬方法意味著系統(tǒng)的性能所產(chǎn)生的新技術(shù)的使用和整合創(chuàng)新以及更多可持續(xù)的設(shè)計(jì)方法可以進(jìn)行全面評(píng)估。本文概述了一套通過(guò)供水、排水系統(tǒng)的建筑物績(jī)效評(píng)估發(fā)展的數(shù)值模擬模型。這些模型利用適當(dāng)?shù)男问竭\(yùn)用在這樣的系統(tǒng)方法的特點(diǎn)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)有限差分技術(shù)。

關(guān)鍵詞:建筑設(shè)計(jì)供水排水系統(tǒng)數(shù)值模擬有限差分技術(shù)

中圖分類(lèi)號(hào):S276 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-3791(2012)04(c)-0078-01

在提供供水和廢物處理系統(tǒng)建筑時(shí)性能是必要的保證。主要功能包括:提供飲用水和所需基本衛(wèi)生;除去被垃圾污染了產(chǎn)品的水分,提供一個(gè)物理屏障用于阻止?jié)撛诘挠泻Φ拿造F和下水道。同樣重要的是,建筑雨水系統(tǒng)以及任何合成廢水處理系統(tǒng)都采用最佳效益,從而減少不必要的浪費(fèi),減少下水道和排水網(wǎng)絡(luò)和/或收集系統(tǒng)的負(fù)荷?？沙掷m(xù)發(fā)展應(yīng)該通過(guò)設(shè)計(jì)理論在每個(gè)的這些方面通過(guò)限制供水和消費(fèi),并通過(guò)減少材料使用、成本和環(huán)境的影響來(lái)實(shí)現(xiàn)。供水和排水系統(tǒng)的方法為建筑物為一體的可持續(xù)的解決方案提供大量的機(jī)會(huì),然而,這些必須達(dá)到?jīng)]有妥協(xié)性能,因此,回應(yīng)的系統(tǒng)在使用過(guò)程中必須有充分的理解。

水及污水處理系統(tǒng)通常的設(shè)計(jì)方法采用是基于穩(wěn)態(tài)原理的應(yīng)用,例如,流動(dòng)壓力加載。雖然這些方法便于確定系統(tǒng)規(guī)格,但是他們很少提供那些可以很容易地確定關(guān)鍵設(shè)計(jì)決策的機(jī)會(huì)去評(píng)估系統(tǒng)-時(shí)間響應(yīng)信息。下面的文章將舉例說(shuō)明如何理解的動(dòng)態(tài)響應(yīng),以及在系統(tǒng)開(kāi)發(fā)過(guò)程中,Heriot Wat數(shù)值模擬模式已經(jīng)促成有效設(shè)計(jì)和分析的供水和排水的建筑,從而使?jié)撛诘木C合評(píng)價(jià)作為一體的創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展的設(shè)計(jì)解決方案。值得注意的是,在這一點(diǎn)上,本文的“供水”將會(huì)出現(xiàn)在建筑物內(nèi)各種大型的管網(wǎng)中。

1飲用水的使用和減少廁所沖水所帶來(lái)的影響

可持續(xù)性的定義可以并經(jīng)常隨著它在上下文的位置而不同。許多發(fā)達(dá)國(guó)家的可持續(xù)性的重點(diǎn)是致力于減少或優(yōu)化使用比如能源或材料這些資源,而對(duì)于其它地區(qū)更在意的是穩(wěn)定的滿(mǎn)足基本的需要。其中后者,比照聯(lián)合國(guó)千年發(fā)展目標(biāo),將無(wú)法持續(xù)獲得安全飲用水和基本衛(wèi)生的人口比例減半。因此,這似乎有違這一目標(biāo),在許多國(guó)家,大部份樓宇的食水供應(yīng)用于沖廁。直接與之相關(guān)的,通過(guò)減少?zèng)_廁量,單從處理過(guò)程中對(duì)成本節(jié)約出現(xiàn)出明顯的作用,再加上間接地通過(guò)減少供應(yīng)和排水系統(tǒng)的管道尺寸,進(jìn)一步增加節(jié)約的功效。

我們建議引入通過(guò)減少?zèng)_廁水量,然而這會(huì)降低衛(wèi)生設(shè)備中的污物和其它產(chǎn)物的清除以及從排水系統(tǒng)管道里運(yùn)輸?shù)男?。法?guī)現(xiàn)在規(guī)定,到2001年實(shí)現(xiàn),對(duì)于沖廁設(shè)施的安裝,沖水量最高沖不超過(guò)6公升和最低不低于2公升,從而致力于改變國(guó)內(nèi)廁所沖水量占國(guó)內(nèi)供水三分之一的這一看似不成比例的現(xiàn)狀。

假定任何廢物都是有機(jī)物或者符合接受沖刷標(biāo)準(zhǔn),那么,焦點(diǎn)就轉(zhuǎn)移到管道將這種廢物運(yùn)輸?shù)较掠闻潘蛭鬯男阅?。衛(wèi)生裝置的管道中流態(tài)物的本身就是不穩(wěn)定的,能夠預(yù)測(cè)固體沉積的位置,并能夠采取預(yù)防措施,顯然避免阻塞傾向。

2物理隔離的設(shè)置

應(yīng)了解卸料裝置中的任何非恒定流將會(huì)自然生成的管網(wǎng)內(nèi)的壓力變化。尤其當(dāng)垂直管承受形成一個(gè)環(huán)水的流量時(shí)和在由系統(tǒng)的通風(fēng)口引起關(guān)聯(lián)的氣流的地方。排水管網(wǎng)內(nèi)的任何壓力變化顯然會(huì)影響系統(tǒng)的整體響應(yīng),但是它主要是流體壓力的瞬態(tài)性質(zhì)。通常,基于水的防臭密封用物理的方式將可居住空間和服務(wù)于建筑給排水的管道中的毒氣隔離開(kāi)來(lái),因此,任何可能取代這種水的壓力變化,都會(huì)損害屏障的完整性。

節(jié)約用水對(duì)排水管道內(nèi)的水流流態(tài)有明顯的影響。一般來(lái)說(shuō),在流量減少時(shí)終端水的流速范圍內(nèi)堆棧的整體減少,從而導(dǎo)致在空氣中夾帶和系統(tǒng)壓力相應(yīng)減少。然而,家用水減少量仍然具有時(shí)間依賴(lài)性和瞬變壓力的影響,因此必須繼續(xù)進(jìn)行評(píng)估,以確保疏水閥的密封完整性。

仿真模型能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)系統(tǒng)的壓力,不僅介紹了通過(guò)使用低沖洗廁所的一個(gè)顯著減少水消耗,同時(shí)也為設(shè)計(jì)解決方案,產(chǎn)生管道經(jīng)濟(jì)一體化。管道成本降低的好處是顯而易見(jiàn)的,這些都進(jìn)一步增強(qiáng)的同時(shí),安裝,維修和空間成本,以及對(duì)環(huán)境的影響因素也被考慮進(jìn)去。

排水通風(fēng)系統(tǒng)歷史發(fā)展的簡(jiǎn)要回顧顯示,一個(gè)世紀(jì)以前,在英國(guó)和歐洲的系統(tǒng)過(guò)于繁瑣雙管系統(tǒng)通過(guò)單管系統(tǒng)(包括四個(gè)垂直落水管)(兩個(gè)垂直管道)的進(jìn)展和上,建筑物一個(gè)約30層的高度的單堆棧系統(tǒng)(只有一個(gè)垂直溜子)。在世界一些地區(qū),使用單一堆棧系統(tǒng)以避免由于主要涉及到可能產(chǎn)生過(guò)大的壓力,然而,理解能力的起源和本質(zhì)的固有的非定常流條件描述這樣的系統(tǒng)應(yīng)該消除這種擔(dān)心。它不僅可以顯示,利用數(shù)值模擬技術(shù),單棧是可行的,性能良好,并減少需要的管道,AIRNET也有利于系統(tǒng)的整體性能評(píng)估定義的條件,和安裝創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展設(shè)計(jì)解決方案。

3最高限度和小型當(dāng)?shù)嘏潘到y(tǒng)

在雨水運(yùn)輸和使用期間,Heriot Watt使數(shù)值仿真模型有了很大的發(fā)展。該模型采用類(lèi)似上述的建模原則,即常規(guī)性能評(píng)估的能力(即重力驅(qū)動(dòng))和虹吸式屋面雨水排水系統(tǒng)原則。不同于傳統(tǒng)的系統(tǒng),當(dāng)排水溝深度足夠高時(shí),他們通過(guò)使用一個(gè)擋板之間的排水溝和落水管出口的虹吸作用,建立虹吸系統(tǒng),其流動(dòng)能力較高。特別是在高強(qiáng)度降雨事件,他們往往使用這種方法?？偟膩?lái)說(shuō),虹吸系統(tǒng)往往是首選,因?yàn)樗鼈儨p少了需要一個(gè)特定的建筑落水管的整體。系統(tǒng)啟動(dòng)是建立虹吸排水屋頂表面行動(dòng)的關(guān)鍵。大部分Heriot Watthas開(kāi)展的研究集中在適當(dāng)?shù)倪吔鐥l件方程式,它代表這個(gè)過(guò)渡的流動(dòng)制度的理論和實(shí)證的定義。

4結(jié)語(yǔ)

固體沉積模型自由表面流動(dòng)的能力和離散,顯然有利于評(píng)估減少衛(wèi)生設(shè)備排水容量的影響,特別是廁所-極高飲用水的使用終端。此處所顯示的示例演示如何減少需要而不會(huì)導(dǎo)致性能降低,如能通過(guò)替代設(shè)計(jì),如減少管道直徑,或增加管道斜度等措施加強(qiáng)運(yùn)輸。模型多層次、多裝置網(wǎng)絡(luò)模擬能力也被突出顯示。

因此,本文演示不需要過(guò)設(shè)計(jì)給水排水是如何的有效能和效率,即通過(guò)過(guò)度用水和繁瑣的管道設(shè)施,以及大廈排水系統(tǒng)如何不需要被支持許多國(guó)家代碼的確定性穩(wěn)態(tài)原則約束。此處討論的模型的應(yīng)用能成為評(píng)估系統(tǒng)瞬態(tài)響應(yīng)及整個(gè)單獨(dú)和集體的可持續(xù)解決方案的一個(gè)重要機(jī)會(huì),這個(gè)系統(tǒng)無(wú)論是整體上還是在某一方面都會(huì)在水的消費(fèi)水平和財(cái)政和環(huán)境相關(guān)的成本上對(duì)供水和排水產(chǎn)生重大的積極影響。