文／劉福利 清華大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司 北京 100084

引言：

我國地大物博，國土面積排在全球第三，但同時我國作為人口最多的國家，人均水資源占有量在國際上排在中下游，可以說我國是淡水資源較為緊缺的國家。為了緩解人口和水資源供給的矛盾，提升水資源利用率、加強水資源重復(fù)利用，對推動我國社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展有著重要意義，其中建筑給排水節(jié)水就是重點突破方向。綠色建筑以綠色經(jīng)濟發(fā)展為核心理念，要求建筑給排水必須要做到資源、能源高效利用，融合生態(tài)環(huán)保理念，保障建筑工程與自然生態(tài)和諧發(fā)展[1]。

1.綠色建筑及給排水節(jié)水技術(shù)相關(guān)闡述

綠色建筑是指在工程全壽命周期內(nèi)，保護(hù)生態(tài)、節(jié)省資源和能源、降低環(huán)境污染，為人們提供健康、舒適、環(huán)保的建筑空間，最大程度上實現(xiàn)人與自然和諧相處的新型建筑工程[2]。

建筑工程作為一項典型的高能耗產(chǎn)業(yè)，每年建筑能耗占據(jù)社會整體能耗的30%以上，并且隨著建筑功能不斷完善，建筑能耗占比逐年增加。這就需要融入綠色建筑理念，積極應(yīng)用節(jié)水技術(shù)。

綠色建筑給排水節(jié)水技術(shù)是指在滿足建筑工程日常水供給基礎(chǔ)上，最大程度上減少水資源浪費和用水能源損耗，實現(xiàn)水資源高效利用以及資源能源供給均衡的一項技術(shù)。節(jié)水措施可以從技術(shù)上、設(shè)備上、產(chǎn)品上等多方面著手，其最終目標(biāo)是提升給排水系統(tǒng)運行效能。結(jié)合目前綠色建筑給排水節(jié)水措施應(yīng)用情況來看，主流措施包括應(yīng)用新型材料、控制供水壓力、控制水損耗等，并且逐漸朝向水資源利用率方面發(fā)展，節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)初步步入正軌。加強綠色建筑給排水節(jié)水技術(shù)的應(yīng)用，對推動建筑產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展有著重要意義。

2.綠色建筑給排水設(shè)計中節(jié)水措施應(yīng)用原則

2.1 安全性原則

保證建筑給排水運行安全是給排水節(jié)水設(shè)計的首要原則，如果無法保障給排水系統(tǒng)的安全性，即便給排水系統(tǒng)水資源利用率極高也沒有意義。因此，在綠色建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計中，必須要將安全性原則放在首位，合理設(shè)置給排水管道、控制供水壓力、控制流量等，加強安全系數(shù)的取值計算，保證給排水系統(tǒng)設(shè)計足夠科學(xué)、合理，不會產(chǎn)生爆管、滲漏、無水等情況。

2.2 實用性原則

結(jié)合綠色建筑給排水節(jié)水設(shè)計含義可知，給排水節(jié)水措施的應(yīng)用必須要滿足建筑正常水資源供給基礎(chǔ)上實施，這也決定了給排水節(jié)水設(shè)計必須遵循實用性原則。同時，還要確保所采取的節(jié)水措施能夠正常運作，給建筑居民提供有效的節(jié)水服務(wù)。因此，在綠色建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計中，應(yīng)合理改進(jìn)計量裝置、積極采用新型材料，提升水資源供給的計量精度，更直觀的觀察到建筑節(jié)能效果，根據(jù)節(jié)能技術(shù)措施應(yīng)用情況持續(xù)進(jìn)行改進(jìn)。

2.3 創(chuàng)新性原則

綠色建筑理念在上世紀(jì)初期就有國外學(xué)者提出，但沒有受到國際重視，直到21 世紀(jì)初期，經(jīng)濟高速發(fā)展的弊端愈加顯現(xiàn)，各國也開始發(fā)展綠色建筑產(chǎn)業(yè)。我國綠色建筑發(fā)展僅有20 年，本質(zhì)上依然是一項新興領(lǐng)域，需要不斷開拓創(chuàng)新。而綠色建筑給排水節(jié)水設(shè)計也應(yīng)如此。在保證給排水系統(tǒng)設(shè)計合理性、科學(xué)性之上，積極采用“四新”（新技術(shù)、新工藝、新材料、新設(shè)備），豐富建筑給排水系統(tǒng)功能基礎(chǔ)上，降低水資源浪費量，為建筑居民提供更高質(zhì)量的用水服務(wù)，提升居民的節(jié)水意識。

3.綠色建筑給排水設(shè)計中節(jié)水技術(shù)應(yīng)用整體方案

綠色建筑給排水設(shè)計中節(jié)水技術(shù)應(yīng)用整體流程為明確問題→確定設(shè)計主體→融入節(jié)水技術(shù)。這3 個方面共同組成了節(jié)水技術(shù)應(yīng)用整體方案。

3.1 明確問題

給排水是一個龐大、復(fù)雜、系統(tǒng)的工程，每個供水、排水環(huán)節(jié)均有節(jié)水空間，想要實現(xiàn)建筑給排水節(jié)水目標(biāo)必須要找出給排水系統(tǒng)現(xiàn)存問題，并針對這些問題采取節(jié)水措施，對新建或改建給排水系統(tǒng)展開優(yōu)化設(shè)計。在明確問題階段，需要做到以下幾點：

（1）找出給排水設(shè)計方案中可能存在水資源浪費的領(lǐng)域，并針對性進(jìn)行節(jié)水優(yōu)化。

（2）給排水設(shè)計應(yīng)滿足用水基本需求，最大程度上減少整個給排水系統(tǒng)水資源浪費量。

（3）供水壓力是否過大，供水壓力與水資源浪費成正比關(guān)系，應(yīng)嚴(yán)格控制供水壓力。

（4）針對生活污水、雨水等資源，應(yīng)考慮二次處理、循環(huán)利用，提高水資源利用率。

（5）在給水性能一定的情況下，盡可能降低給水能耗，不僅要實現(xiàn)節(jié)水目標(biāo)，還要盡可能節(jié)省電能的投入。

明確給排水系統(tǒng)設(shè)計問題之后，采取針對性設(shè)計方案，合理選擇節(jié)水技術(shù)措施，為后續(xù)節(jié)水措施的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。

3.2 確定設(shè)計主體

綠色建筑給排水系統(tǒng)中包含諸多功能模塊，不同模塊的節(jié)水措施、設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)均有所差異，應(yīng)根據(jù)每個模塊節(jié)水空間確定設(shè)計權(quán)重，如在衛(wèi)生器節(jié)水設(shè)計中，可選用兩個方案，一是降低衛(wèi)生器用水量；二是廢水處理后進(jìn)行中水再利用，第二種方案要比第一種方案更能節(jié)省水資源，因此第二種方案設(shè)計權(quán)重更高，也是優(yōu)選設(shè)計項目。根據(jù)不同主次關(guān)系確定設(shè)計主體內(nèi)容，并且考慮在各類約束條件下，做到整體節(jié)水性能達(dá)到最優(yōu)。結(jié)合綠色給排水設(shè)計要求，其主要設(shè)計主體內(nèi)容包括以下幾點：

（1）供水壓力。確保供水壓力可滿足建筑用戶用水需求，確保供水質(zhì)量。

（2）供水質(zhì)量。所選用的管材等材料均符合衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求，不會對水質(zhì)造成負(fù)面影響。

（3）供水穩(wěn)定性。節(jié)水設(shè)計中所應(yīng)用的“四新”必須要保證長期、穩(wěn)定運行，確保水資源供給穩(wěn)定性。

（4）水資源利用率。提升水資源利用率是節(jié)水措施應(yīng)用的根本目標(biāo)。設(shè)計中應(yīng)根據(jù)給排水系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特性，合理選擇設(shè)計主體內(nèi)容，最大程度上減少水資源浪費、提升水資源利用率。

此外，考慮不同建筑工程內(nèi)部結(jié)構(gòu)不同，因此既有的綠色建筑給排水節(jié)水設(shè)計方案可以借鑒，但不能原搬照用，應(yīng)根據(jù)建筑給排水宏觀條件合理設(shè)計節(jié)水方案，確保給排水設(shè)計主體內(nèi)容同時滿足使用要求和節(jié)水要求[3]。

3.3 融入節(jié)水技術(shù)

在確定給排水設(shè)計主體內(nèi)容后，應(yīng)根據(jù)設(shè)計方案選擇節(jié)水技術(shù)。因此融入節(jié)水技術(shù)中應(yīng)重點考慮以下幾點：

（1）在完成給排水設(shè)計框架后，結(jié)合綠色建筑理念，對既有設(shè)計方案持續(xù)改進(jìn)和升級，找出可進(jìn)一步降低水資源浪費的主體進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，創(chuàng)新傳統(tǒng)水資源供給方式，對現(xiàn)有資源優(yōu)化配置，同時做到提升水資源利用率、降低水資源浪費量。

（2）生活廢水會直接影響建筑周圍環(huán)境和人們身體健康，因此盡可能采用廢水二次利用措施，降低建筑廢水排放量。

（3）采用“四位一體”的給排水節(jié)水設(shè)計方案，同時考慮給排水系統(tǒng)的質(zhì)量、效率、環(huán)保、安全，確保能夠滿足多方用水要求。

（4）綠色建筑要求打造安全、舒適、環(huán)保的建筑環(huán)境，在減少水資源浪費、降低水污染的同時，不得犧牲建筑整體的舒適性、功能性，確保滿足人們正常的生活需求。

4.綠色建筑給排水設(shè)計中節(jié)水措施的應(yīng)用

綠色建筑給排水節(jié)水措施包括采用新型材料與設(shè)備、廢水處理與回收、供水減壓與調(diào)節(jié)、新能源應(yīng)用4 個方面。其主要表現(xiàn)為：

4.1 新型材料與設(shè)備

4.1.1 采用新型材料

為了保障居民飲水安全，自來水廠所提供的水會加入氯氣消毒，而氯氣與水融合會生成游離氯離子，帶有一定的腐蝕性，特別是管道連接、閥門處是重點銹蝕區(qū)域，所采用的不銹鋼管長期銹蝕會產(chǎn)生漏點，從而出現(xiàn)水資源滲漏問題。并且，金屬管道銹蝕會增加水流阻力，增加水流傳遞損耗，還會導(dǎo)致銹蝕污染。因此應(yīng)選擇新型材料，以化學(xué)性能穩(wěn)定的管材為主，如鋁塑復(fù)合管的抗腐蝕性就非常強，可減少金屬管銹蝕帶來的負(fù)面影響，降低滲漏幾率，減少水資源浪費。也可以使用非金屬管材，如PP-R 管材、PE 管材等，這些管材施工便捷、可塑性強，在目前新建工程給排水施工中應(yīng)用十分廣泛。

4.1.2 采用新型用水設(shè)備

建筑工程中的用水設(shè)備包括水龍頭、衛(wèi)生器等，用水設(shè)備是水資源消耗的終端設(shè)施，也是主要的耗水部位。傳統(tǒng)直流水龍頭出水量過大，往往供大于求，對此可選用瓷芯水龍頭、充氣水龍頭，這些水龍頭受到供水壓力時可自動調(diào)壓，避免水流高壓噴射而出，相比傳統(tǒng)直流水龍頭可節(jié)省20%以上水資源，減少水資源浪費量。衛(wèi)生器作為耗水大戶，節(jié)水原則上應(yīng)保證安全用水的情況下，最大程度上減少水用量。如漩渦虹吸式座便器，雖然水箱容量小，但進(jìn)行沖水的時候水流是沿池壁形成旋渦，這樣就加大了水流對池壁的沖洗力度，同時也加大了吸力，比較容易把馬桶內(nèi)臟東西排出，讓馬桶一直保持干凈整潔，不容易滋生細(xì)菌[4]?？梢姡侠磉x擇用水設(shè)施，對減少水資源浪費有著重要意義。

此外，儲水箱、蓄水池作為給排水系統(tǒng)中的重要設(shè)施，在過去水箱多是采用不銹鋼材質(zhì)，一旦不銹鋼表面氧化膜被破壞就會遭受自來水腐蝕，銹蝕物溶解水中會造成水體污染、重金屬超標(biāo)，并且銹蝕面十分粗糙，容易吸附有害細(xì)菌。因此，儲水箱、蓄水池可采用玻璃材料等新型材質(zhì)制作，避免金屬銹蝕問題。對于大型蓄水池，依然需要采用鋼砼結(jié)構(gòu)，可以在自來水接觸的內(nèi)壁上貼一層內(nèi)襯，如陶瓷磚、玻璃磚等耐腐材料，同樣可避免出現(xiàn)水污染情況。所有水箱連接或安裝輔助設(shè)置部位均采用封閉裝置，避免封閉不嚴(yán)產(chǎn)生泄露。

4.2 廢水回收與處理

廢水回收可實現(xiàn)水資源利用的最大化，讓廢水“變廢為寶”，可同時減少廢水排放量和提升水資源利用率。廢水回收需要采用無公害處理系統(tǒng)，該系統(tǒng)可設(shè)置建筑屋頂或地下室，包含過濾、清潔、消毒、祛味、存儲、泵送等多個模塊，設(shè)置獨立的排水系統(tǒng)，衛(wèi)生器排水管連接市政污水管、水池（洗手池、洗碗池）連接廢水回收管，用于回收生活廢水，將處理后的廢水用作沖洗衛(wèi)生器、小區(qū)洗地、植被澆灌。在廢水回收系統(tǒng)運行中，將收集到的生活廢水存儲到沉淀池中，在池內(nèi)過濾掉雜質(zhì)，雜質(zhì)直接排放市政污水管，過濾后的水流入到清潔系統(tǒng)、消毒系統(tǒng)、祛味系統(tǒng)凈化，通過水泵將處理后的水存儲到水箱中以備后用。存儲系統(tǒng)中安裝水質(zhì)檢測儀，如果某個階段建筑廢水污染濃度過高，處理過的水污染濃度依然無法達(dá)到二次使用要求，則系統(tǒng)自動將存儲水排放到市政污水管中[5]。

4.3 供水減壓與調(diào)節(jié)

給排水系統(tǒng)的給水量與給水壓力成正比關(guān)系，也就是供水壓力越小、出水量越少，很多用戶用水習(xí)慣將水龍頭開到最大，增加了水流量導(dǎo)致水資源浪費嚴(yán)重。此外，長時間高壓用水會給用水設(shè)備、管道造成較大的沖擊，可能會造成設(shè)備或管道損壞產(chǎn)生水泄露。因此可適當(dāng)降低供水壓力，在滿足用戶用水需求基礎(chǔ)上，降低浪費。依然以衛(wèi)生器為例，傳統(tǒng)一次性沖水衛(wèi)生器的最高出水壓力可達(dá)500kPa 以上，沖水量非常大；而新型渦流增壓衛(wèi)生器最高出水壓力為300kPa，最低壓檔位水壓僅為100kPa，并且借助渦流增壓清潔效果更好，理論上可節(jié)水40%左右?？梢娺m當(dāng)減壓和靈活調(diào)壓的重要性，可通過進(jìn)一步優(yōu)化水泵-水箱系統(tǒng)起到調(diào)壓作用。

水泵-水箱系統(tǒng)是通過水泵將市政供水管水傳輸?shù)剿渲校瑐鹘y(tǒng)水泵-水箱系統(tǒng)采用了定頻水泵，水流、水壓無法人為控制，從而提高了水資源浪費量。而配備二次供水設(shè)備，借助變頻水泵、壓管供水方法，可根據(jù)建筑用水量自動調(diào)節(jié)水壓，避免高峰期用水不足、低谷期用水過多等情況。變頻水泵是根據(jù)用水量對運行功率進(jìn)行實時無極調(diào)節(jié)，可借助變頻氣壓、變壓變量的方法實現(xiàn)調(diào)節(jié)功能，在早高峰、晚高峰期間，自動提升水泵運行功率，提升供水壓力，滿足用戶用水需求，在用水低谷期系統(tǒng)自動降低水泵運行功率，降低供水壓力，用戶即便將水龍頭開大最大也不會產(chǎn)生劇烈沖擊，從而達(dá)到最佳節(jié)水效果。在實際運行中，用水低谷期用水壓力可能不到水泵額定壓力的20%，長時間低壓運行可能造成水泵運行參數(shù)偏移問題，可采用大小 泵組合方案，在設(shè)計前期應(yīng)根據(jù)建筑用水低谷期水量變化規(guī)律調(diào)試水泵參數(shù)，也就是變頻水泵傳感器一旦檢測到建筑用水壓力不超過水泵額定壓力的20%時，自動開啟小流量水泵供水，在用水高峰期，隨著水流量增加，系統(tǒng)自動關(guān)閉小流量水泵，開啟大流量變頻水泵供水[6]。該設(shè)計方案不僅能夠減少水資源浪費問題，并且變頻水泵能效更高，可減少電能損耗。

4.4 新能源應(yīng)用

4.4.1 新能源技術(shù)選擇

節(jié)水與節(jié)能二者相輔相成，給排水節(jié)水設(shè)計的同時，也要注重系統(tǒng)的節(jié)能性。特別是在熱水供應(yīng)方面，熱水加熱需要消耗掉大量電能，并且用戶放水時先出冷水、后出熱水，導(dǎo)致這部分冷水被浪費掉，如何解決冷水浪費、降低熱水能耗是需要重點考慮的問題。針對此類問題，科學(xué)采用新能源技術(shù)是不錯的選擇。給排水供熱系統(tǒng)可分為局部熱水供應(yīng)、集中熱水供應(yīng)。局部熱水供應(yīng)主要熱源包括空氣源熱泵、燃?xì)獾?，例如燃?xì)鉄崴骺赏ㄟ^用戶燃?xì)夤艿缹崿F(xiàn)水加熱功能，也可以采用低能耗儲熱式電熱水器，以最小的能耗獲取熱量。集中熱水熱源包括太陽能、地?zé)崮?、工業(yè)余熱能，應(yīng)根據(jù)地區(qū)自然情況合理選擇，如南方地區(qū)多雨、地?zé)崮茇S富，將地?zé)崮茏鳛闊嵩?；北方降水少、光照時間長，可采用太陽能作為熱源，也可以借助鍋爐供暖系統(tǒng)中的熱水、蒸汽作為熱源[7]。無論是采用哪種熱源方式，均對節(jié)能節(jié)水有一定的益處。

4.4.2 熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計

熱水供應(yīng)系統(tǒng)除了要減少電力能源的消耗量，還要考慮如何減少用戶用熱水時前期冷水排放量問題，應(yīng)同時做到節(jié)能節(jié)水。熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)從以下幾點出發(fā)：

（1）集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計中，可增設(shè)熱水回水管道，如果業(yè)主要求給排水系統(tǒng)全天候提供熱水，要同時設(shè)置循環(huán)泵系統(tǒng)干管、立管熱水循環(huán)，并配備支管熱水循環(huán)，保障支管水穩(wěn)達(dá)到用戶使用需求。特別是對于供熱水管道較長的用戶，由于管道中會儲存冷水，獲取熱水需要現(xiàn)將冷水排除造成水資源浪費，而設(shè)置支管熱水循環(huán)系統(tǒng)可以對管道水起到預(yù)熱作用，用戶只需放出很少冷水即可獲取到熱水。

（2）很多給排水系統(tǒng)設(shè)計中采用了循環(huán)系統(tǒng)，但由于該系統(tǒng)無法實現(xiàn)同程循環(huán)功能，循環(huán)效果差，難以起到明顯的節(jié)水作用，因此設(shè)計中應(yīng)重點考慮管道同程布置，設(shè)置溫度平衡閥方案，加強熱水循環(huán)效果，避免熱量流失，獨立系統(tǒng)更容易維持冷熱平衡。

（3）熱水循環(huán)系統(tǒng)布管設(shè)計中，應(yīng)盡可能減少短路循環(huán)設(shè)計內(nèi)容，應(yīng)盡可能減少管路轉(zhuǎn)角，保障水流暢通，提升熱循環(huán)效果、受熱均勻性，讓建筑不同區(qū)域均可獲取一定溫度的熱水。當(dāng)然，熱水系統(tǒng)的水溫并非越熱越好，如果溫度長期維持在60℃以上，對系統(tǒng)附件要求高，增大系統(tǒng)安全隱患[8]。

（4）雖然建設(shè)熱水系統(tǒng)會增加建筑前期投資成本，但后續(xù)節(jié)水、節(jié)能措施充分設(shè)置后，對減少建筑給排水能耗、損耗有著極大助益，讓居民生活用水更加舒適。

結(jié)語：

綜上所述，綠色建筑是我國建筑工程領(lǐng)域重要的發(fā)展方向，給排水作為能源、資源消耗大戶，在節(jié)水方面有很大的發(fā)展空間，這就需要結(jié)合建筑給排水結(jié)構(gòu)特點，針對性采取節(jié)水技術(shù)，積極降低水資源浪費和電能損耗，合理采用新材料和新設(shè)備、科學(xué)調(diào)節(jié)供水壓力、加強生活廢水回收利用、提高新能源應(yīng)用占比，從提升水資源利用率，減少廢水排放量，做到建筑工程與自然環(huán)境和諧相處，推動綠色建筑產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。