屋面雨水收集回用系统设计探讨

王云海

（宁波市建筑设计研究院有限公司，浙江　宁波　315012）

屋面雨水收集回用系统设计探讨

王云海

（宁波市建筑设计研究院有限公司，浙江宁波315012）

介绍了屋面雨水收集回用系统的各部分构成要素及其特点，并详细地分析了屋面雨水收集系统的计算方法和屋面雨水回用系统设计过程中应注意的要点，对建筑屋面雨水收集回用系统的设计具有一定的指导意义。

屋面雨水；收集；弃流；水处理

随着我国绿色建筑的快速发展，节水作为绿色建筑理念中一项重要的内容，受到更多的关注。雨水综合利用程度是衡量绿色建筑的一个重要指标，为此，国家颁布了GB 50400—2006《建筑与小区雨水利用工程技术规范》［1］、GB 50555—2010《民用建筑节水设计标准》［2］、GB/T 50378—2014《绿色建筑评价标准》［3］、10SS705《雨水综合利用》［4］等一系列的雨水综合利用标准规范。对于降雨量充沛，又具有一定杂用水需求的建筑，宜优先采用雨水收集回用系统。目前，北京、上海、深圳、江苏等地在雨水回用方面有一些成功案例［5-8］，其它地区的雨水回用工程建设相对滞后，但发展速度也很迅速。本文主要根据上述规范和图集，分析建筑屋面雨水收集回用系统的设计、计算过程，探索了一套合理的设计、计算方法，供雨水综合利用工程设计参考。

1　屋面雨水收集回用系统的构成

屋面雨水收集回用系统一般由屋面雨水收集、弃流、储存、水质处理和雨水回用等部分组成。汇集的雨水经弃流系统，用管道输送到储水设施中，根据回用系统对水质的要求，对雨水进行处理后供雨水回用系统。由于雨水的储存方式和最终用途的不尽相同，衍生出各种不同的工艺流程［4］，但究其核心，主要在弃流、储存和水质处理这3个环节。

1.1雨水弃流过滤方式

屋面雨水回用系统中，前端的分流井、弃流过滤设施是必不可少的环节。弃流装置可根据提取降雨或径流的特征分类，分为容积型、雨量型、流量型、水质型等多种，其中流量型雨水初期弃流装置是一种常见的雨水弃流形式，原理清晰，结构简单，易于控制。

前端过滤的精度影响后续雨水处理工艺的处理效果。常规的复合流过滤器采用折流、逆向流的复合流原理，对进入的雨水进行连续过滤，过滤精度为1 mm；高精度的雨水自动过滤器过滤精度高，过滤网孔径达到0.4 mm。

1.2雨水蓄水池形式

雨水蓄水池是雨水回用系统的重要组成部分，它的形式影响到工程造价、施工工艺等许多方面。目前主要的雨水蓄水池形式有：结合主体结构设置的钢筋混凝土水池、拼装式塑料水箱、玻璃钢水箱等。

钢筋混凝土水池适合于较大型的建筑屋面的雨水回收工程，可以结合土建地下室的汽车坡道底部等空间进行优化设计，但需注意与室外重力流进水管线的衔接关系，以及雨水溢流的相关设计。对于空气污染较严重的城市，还须根据降雨的酸度对钢筋混凝土结构的抗酸性进行相关设计。

拼装式塑料水箱是近些年发展较快的一种储水箱形式，其具有施工方便、形状灵活等特点，得到了较为广泛的应用。拼装式塑料水箱适合于室外场地较为宽敞的工程，可布置在绿化带之下，用于渗、蓄等多种功能。

玻璃钢水箱等可用于小型的雨水回收工程，如别墅等建筑，可将水箱设置于地面以上，直接收集屋面雨水，用于绿化浇灌，简化系统形式。

1.3雨水处理工艺

雨水中的主要污染物是CODCr和SS，其处理工艺的选择应根据回用用途和水质要求确定。GB 50400—2006中3.2.5条规定处理后的雨水的CODCr和SS指标应满足表1的规定，其余指标应符合国家现行相关标准的规定。

雨水回用处理一般采用初期弃流-沉淀-过滤-消毒的工艺；景观水体工程，可经初期弃流后直接进入景观水体，由景观水专设的处理设施进行净化；用于循环冷却水系统补水时，除常规工艺外，至少还应增加絮凝沉淀处理，以保证相应的水质要求；对于仅用于绿化和道路浇洒的雨水回用处理，可以简化相关工艺，如后续绿化浇洒等系统对水质没有特殊的要求，可以省略过滤这个工艺环节（若绿化采用喷灌、滴灌等方式，则应根据相关水质要求决定是否进行过滤），同时鉴于雨水的不均衡性，消毒的工艺应当予以保留，保证对长期滞留的雨水进行相应的处理。

表1　雨水回用工程水质标准Tab.1　Water qua1ity requirement for rainwater recyc1ing projects

2　雨水收集系统计算

雨水收集系统水量计算，应根据雨水回用水量，结合场地内建筑屋面的可利用雨水量来确定。

2.1用水量计算

用水量计算公式为：

Q=Σqinit（1）

式中：Q——回用水总量，m3；

qi——第i种用水户的日用水定额，m3/d；

ni——第i种用水户的用户数量；

t——用水时间，一般取3 d。

其中用水单项水量可以为绿化浇灌、道路浇洒、洗车、厕所冲洗等。

2.2可收集雨水量计算

屋面雨水收集系统可收集雨水量计算公式为：

W=10ΨchyF（2）

式中：W——硬化面雨水设计径流总量，m3；

Ψc——硬化面雨量径流系数，按10SS705［4］

取值；

hy——1～2 a重现期最大日降雨厚度，mm；

F——硬化面汇水面积，hm2。

因考虑初期弃流的影响，其中hy的取值应按照相应的气象学参数减去2～3mm（即弃流部分雨量）。

2.3储水池的容积计算

根据相关规范和图集［1，4］的规定，取3 d的用水量作为雨水储水池的容积是最为经济的，储水池的容积可按下式计算：

V=Q=Σqinit（3）

式中：V——储水池容积，m3。

储水池容积确定的原理在于：如果水池取小了，收集的雨水无法满足用水户的水量要求；水池取大了，在设定的有效时间（3 d）内，收集的雨水没有被用完，就影响到下一场雨水的收集储存量。当然，这里假定3 d下一场雨的隐设条件也是概率统计的一种表达。

2.4用于雨水收集的屋面面积计算

一般情况下，中水（雨水）用水量小于项目的可收集雨水量，这时需要计算确定用于雨水收集回用的屋面面积，可按下式计算：

Fh=V/（10Ψchy）（4）

式中：Fh——用于雨水收集回用的屋面面积，hm2。

在公式（4）的计算中，最大日降雨厚度的选取颇为关键，规范推荐的是1～2 a重现期的最大日降雨厚度，从公式上看，取2 a一遇的最大日降雨厚度，可以减少用于雨水收集回用的屋面面积，表面上看似乎减少了初期投资，但事实上，储水池被雨水装满的概率大大减少，也就不能充分发挥雨水收集回用系统的作用，因此，这里推荐采用1 a一遇最大日降雨厚度，仅仅增加局部雨水收集管线，就能更加高效地发挥雨水收集系统的作用。

在实际设计中，有人针对GB/T 50378—2014中6.2.10条的要求，满足一定百分比的绿化、道路冲洗、洗车或冲厕用水要采用非常规水源才能得分，就盲目增加雨水回收系统的屋面面积，表面上看似乎符合了绿色建筑标准的要求，实际上过多的雨水无法正常储存到蓄水池，或者过大的蓄水池中的雨水无法在设定时间内被用完，从而影响下一场降雨的收集量。此外，由于降雨的季节性不均衡，如果仅将雨水作为非常规用水的水源，事实上难以满足非常规水源利用百分比。因此，不切实际地盲目扩大雨水收集的屋面面积和蓄水池的容积，都无法有效提高雨水回用系统利用率，反而增加投资。

2.5年实际雨水利用量计算

雨水收集回用系统的年实际雨水利用量可按下式计算：

Wa=（0.6～0.7）×10ΨchaFh（5）

式中：Wa——年实际雨水利用量，m3；

ha——年平均降雨厚度，mm。

3　屋面雨水回用系统设计注意事项

具体的雨水回用工程设计中，应注意以下要点：

（1）设有景观水体的工程项目，可以充分利用景观水体的最低观赏水位与溢流水位之间的容积，作为雨水收集回用的调节容积，此部分蓄水可以用于景观水体本身的补水，也可作为绿化浇灌、道路浇洒等用水，同时利用水景本身的水质循环处理设备对雨水进行净化处理。而有循环冷却水系统补水需求的项目，也可将雨水用于循环冷却水系统的补水，由于循环冷却水补水的水质要求相对较高，因此水质处理工艺应含有絮凝沉淀和过滤工艺。

（2）根据GB 50555—2010，水景用水不得采用市政自来水，因此，当雨水回用系统同时用于绿化浇灌和景观用水的补水等多种用途时，同样不得将市政自来水作为雨水回用系统的补水水源，此时可选择其它的中水水源，或将绿化和景观用水的水池分开设置。

（3）大部分雨水回用系统用于绿化浇灌，因此需要市政自来水的补水，此时，为了提高雨水回用系统的利用率，应将市政自来水的补水停水位设置在水箱容积的50%处，目的是留有足够的空间储存随时可能到来的雨水。

（4）参考有关屋顶雨水径流自然沉淀和混凝沉淀试验的结果， 当自然沉淀时间超过90min时，CODCr去除率达到30%以上［9］，简单沉淀是去除雨水杂质的有效方法，因此雨水蓄水池的排泥也是设计中必须考虑的一个重要因素。对于钢筋混凝土水池，设计中可在蓄水池进水管附近设置集水坑，同时将蓄水池池底以1%～5%的坡度坡向集水坑，有利于池底积泥的排放，同时在检查孔附近设置取水龙头和排污泵电源，以便定期清洗和排除池底的沉积物。同时建议取水泵的取水管设置应尽量避免扰动池底积泥。对于拼装式塑料水箱，一般在池底设计多孔管气、水反冲洗系统，可以进行有效清洗。

（5）由于雨水量的不可控性，需要排除超过雨水蓄水池储存能力的雨水，可在前端设置安全分流井，同时也需在蓄水池中设置溢流设施。对于拼装式塑料水池，这个问题容易解决，但是如果蓄水池设在建筑物的地下室，这个问题就需要慎重考虑了。规范GB 50400—2006规定“宜采用重力溢流”，同时也提出了溢流提升设备的设计要求。实际工程设计中，应尽量采用重力溢流的方式，即将蓄水池的检修孔和溢流管直接设在地面，让溢流设施能够通过重力流排除多余雨水，不至于对地下室造成新的潜在危害。如蓄水池建在地下一层以下，可以考虑设置密闭的垂直通道将雨水溢流至地面，此时结构专业须验算水池顶板的双向受力状态。

4　结语

对于多雨的城市来说，屋面雨水回用系统是一种简单有效的节水措施，通过建设初期少量的基建投入，加上后期有效的运行管理，可以将雨水这一资源充分利用，造福人类。同时，应结合工程实际，不断总结分析，避免不符合实际需求的复杂工艺和不顾全局的盲目设计，寻求简单有效的利用方式，在保证安全的前提下，将雨水资源的利益最大化。

［1］中华人民共和国建设部.建筑与小区雨水工程技术规范：GB 50400—2006［S］.北京：中国建筑工业出版社，2006.

［2］中华人民共和国住房和城乡建设部.民用建筑节水设计标准：GB 50555—2010［S］.北京：中国建筑工业出版社，2010.

［3］中华人民共和国住房和城乡建设部.绿色建筑评价标准：GB/T 50378—2014［S］.北京：中国建筑工业出版社，2014.

［4］中国建筑标准设计研究院.雨水综合利用：10SS705［S］.北京：中国计划出版社，2010.

［5］康晓鹍.北京市雨水利用示范工程实例分析［J］.给水排水，2014，40（9）：81-85.

［6］丁淑芳.光明新区低影响开发雨水综合利用激励政策研究［J］.中国给水排水，2015，31（17）：104-107.

［7］程晓波.上海市中心城区初期雨水污染治理策略与案例分析［J］.城市道桥与防洪，2012，（6）：168-171.

［8］梁文逵.城市雨水收集利用研究现状与进展［J］.工业用水与废水，2014，45（2）：6-9.

［9］舒垒.屋面降水利用优化研究［D］.重庆：重庆大学，2008.

Discussion on design of roof rainwater collection and recycling system

WANG Yun-hai
（Ningbo Architectural Design and Research Institute Co.，Ltd.，Ningbo 315012，China）

The component e1ements and characteristics of each unit of roof rainwater recyc1ing system were introduced，the ca1cu1ation methods of roof rainwater co11ection system and the key points that shou1d be noticed when designing roof rainwater recyc1ing system were ana1yzed in detai1，which had a certain gui1ding significance for the design of architectura1 roof rainwater co11ection and recyc1ing system.

roof rainwater；co11ection；abandon f1ow；water treatment

TU991.64

A

1009-2455（2016）03-0042-03

王云海（1972-），男，浙江宁波人，高级工程师，硕士，主要从事给排水设计、民用建筑节能评估、绿色建筑评价等工作，（电子信箱）53576825@qq.com。

2016-04-25（修回稿）