高层住宅中水自循环系统探索*

王增黎 ，徐锦华

(1.2.陕西广播电视大学 工程与建筑学院，陕西 西安 710119)

随着人口城市化节奏的加快，城市高层住宅建筑越来越多，而城市高层住宅建筑高耗水、高排污现象也将是持续性的城市环境和生态问题，缓解淡水消耗、减少污水排放、开发中水循环利用将是未来城市给水排水工程建设的核心任务。任何城市的给水排水系统都不可能无限制“加长、加粗”，只有改变观念，在城市总体规划上统筹兼顾，对建筑进行节水减排设计，使每栋高层住宅建筑都能节水减排，并适度进行建筑海绵化处理，而且巧用雨水、增加回用水循环，打节水减污的“人民战争”，才能兴利除弊，化解城市水资源高消耗和污水排放急增的水患难题。

一、必要性及现实性

高层住宅建筑是城市建筑的主角，重点关注城市高层住宅建筑节水减排的设计与实践，就是抓住了城市水问题的关键和龙头。

在进行分区管理时一般将区域划分为3级。1级分区主要是依据行政管理进行划区；2级分区主要是1级分区中漏损严重区域，包括供水只限、用水大户等；3级分区一般为层叠式的，为上层分区中流入的。在DMA分区中要考虑的因素众多，如自然边界、地形差异、调度运行、压力管理、管网现状和用户结构等[4]。DMA分区计量管理的内容主要包括：DMA边界确定、管网水力模型建立、管网信息调研、用水用户调查、规划分析语DMA边界确定、压力控制和优化调度分析等。DMA检测漏损的具体技术流程如图2所示。

比如在进行“美丽的秋天”这篇作文创作的时候，老师可以带领学生走进自然，去野外或者公园看一看秋天所带来的色彩，去聆听秋风发出的声音，把这些鲜活的素材积累起来，才能在写作的时候创作出真实动人的好文章。同时对于生活中的真情实感也需要老师引导学生去感悟。比如在进行“助人为乐”为题的写作教学的时候，老师可以把学生组织起来去当志愿者，去敬老院帮助老人做一些力所能及的事情，在实际中体会助人为乐的感受。小学是孩子们对世界认知的一个重要阶段，在这个阶段中老师要把引导工作做好，把学生对生活的热爱之情激发出来，养成在实际生活的点滴中积累丰富的素材和寻找创作灵感的良好习惯。

高层住宅建筑的建筑结构特点和设备运行特点、人员居住生活特点都显示它的水问题既有能得到综合处理的潜在优势，也有难以单纯、彻底解决的一些不利因素。

从用水角度来看，高层住宅建筑住户多、洁净水用水量大、污物冲洗量大，轻污水排量大(洗衣漂水、洗澡水等)，如果能在建筑体内适当将轻污水处理后，作为中水回用于污物冲洗或其它洗涤，既可以节约净水、又可以减少污水排放，一举两得。另外，对于比较缺水的北方城市，利用高层住宅建筑体自身的结构特点，科学的收集、处理、蓄用雨水，作为回用水或者二次补充中水，也是节水效益很高的事业。实际上，很多城市开始进行的城市海绵化建设，已经把雨水回用于许多高层住宅建筑上，成绩显著。

二、新的设计思路

开发高层住宅建筑的节水减排功能，科学应用开发中水系统，使其具备一定的海绵化特征，实质上是改变建筑的水循环机制(或者叫“建筑整体水生态系统”)。因此，建筑设计主导思想要向节水--海绵化的新理念转化，在给排水系统设计中，必须从过去单一的注重可用性、可靠性、舒适性，过渡到节水型、减排型、复用型。这将对建筑内外结构、房间布置、各种管道设备，特别是家庭住户的厨房、卫生间构造，带来很多不小的变革。

中水水源的选用应根据原排水的水质、水量、排水状况和中水回用所需的水质水量来确定，水源的选择应根据水量平衡和技术经济比较确定。首选用水量充足、稳定、污染物浓度低、水质处理难度小，安全且居民易接受的中水水源。家庭复用水(杂用水、中水)水质只要求达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》(GB/T18920-2002)即可。

由式(6)可知，等式右边的电流对应临界换相时间面积，等式左边对应换相电压时间面积。若换相电压时间面积在换相线电压变为负时还没达到临界换相时间面积，此时换相尚未结束而阀侧电压变为正向，换相角无法求解。因此不发生换相失败的前提是换相角可以求解，且换相结束之后换流阀足以恢复阻断能力，即满足式(10)。

(一)水处理的指导思想应该是

a.分流制排水:雨污分流、轻重污水分流，轻污用、重污排，轻污水简单低成本处理成中水后循环回用，重污水直接排入污水立管；

中水需用量 Q3= q15+Qz=0.063+0.09=0.153(m3/d)

b.分质供水：原水作为一次水直接供饮用、厨用和洗衣，雨水和轻污水处理后的杂用水形成二次供水水源，可用于冲厕、洗地、浇花、消防等。

(二)高层住宅建筑用水新的设计思路应该从下面四个方面入手

第一，优先发展RAROC较高、风险权重较低的轻资本产品。优先发展结售汇、托管、代理、承销、咨询、结算、清算等中间业务发展，提高轻资本非利息收入占比。零售贷款因其较低的风险权重，在政策允许的前提下，优先发展可改善业务结构，提高整体资本使用效率。

图1 住宅用水循环图及水时平衡

新设计思路的要点是对家庭污水进行二次分流：

1、更新水循环路线

a、厨用和盥洗水，因水质复杂，污染较重，处理难度大，故直接排入建筑排水管到系统，此水也可保持排水管道的水质条件，维持排水管道水流畅通；

b、而沐浴水和洗衣水，属于优质二次水，经简单处理后形成优质中水，满足住宅各家庭冲厕、杂用。

2、水量核算及水平衡

档案资料主要包括水库水位、水雨情测报、安全监测等观测数据，安全专项检查、日常巡查等巡视检查资料，水库除险加固、维修养护、大坝安全鉴定等工程建设资料，以及水库防汛应急预案、控运计划等。所有水库档案资料整编完成后及时移交管理单位妥善保管并报水库主管部门备案。

(1)设计条件：户均人口=3人；每人每周洗澡一次；每户每周集中洗衣一次；楼层=n(30>n>5); 户均每日冲厕水量=Qc， 每日其它杂用水量=Qz(家庭杂用水量按日用水量的10%计)，在自然循环状态下，每户日均冲污需要水量Qw;户均每日产生轻污水量Qx。(2)设计举例：户均人口=3人；当地用水量标准为300L/人·d，每户有坐便、浴盆/淋浴器、洗脸盆和厨房洗涤盆各一只；在自然循环状态下，户均每日产生轻污水量Qx，户均每日需用中水量Q3=Qc+Qz。各用水项目百分比及折减系数见表1。[数据来源于《建筑给水排水工程》(ISBN 9787122077677，表6.2.1)]。

表1 各用水项目百分比及折减系数

a、每日每户用水量：Qd=300×3/1000=0.9(m3/d)

b、可集轻污水流量：Qx

智慧城市安全基础设施要从安全技术和安全管理两方面提供主动、多级的安全防护，因此，只有完善创新城市基础设施，才能更好地确保智慧城市的长远发展。安全技术保障主要包括网络安全、服务安全以及数据安全等，安全管理运维主要包括安全治理、安全评估以及安全运维等。应用安全保障系统需要根据安全等级保护策略来建设统一的认证系统，这样才能为广大网络用户提供相应的信息服务机制以及身份认证措施，显著提升其真实可信度，还可以为内网工作人员提供统一的组织机构管理和用户管理等。除此之外，完善创新城市基础设施对内网工作人员统一信任服务和访问控制机制有着积极的促进作用。

厨房用水量 q14= Qd×0.2=0.18(m3/d)

洗衣排水量 q12= Qd×0.22×0.85=0.168(m3/d)

②注意防护。该技术可从上游向下游顺坡开挖，也可从下游向上游逆坡开挖，施工部署灵活方便。但在顺坡开挖时，施工平台就在山塘库区内，高程接近死水位，在施工时需做好设备的防护工作，特别是启闭机无法开启、老涵管坍塌封堵无法排水的山塘，需做好雨期设备防淹工作，避免受淹。

盥洗排水量 q13= Qd×0.07×0.9=0.0567(m3/d)

家庭杂用水量 Qz= Qd×0.1 =0.09(m3/d)

沐浴排水量 q11= Qd×0.3×0.9=0.243(m3/d)

冲厕用水量 q15= Qd×0.21 =0.063(m3/d)

选用90日龄平均体重为(63.0±1.5)kg的健康良好的三元杂交育肥猪90头，随机分为3组，雌雄各半，每组3个重复，每个重复10头猪，每个重复为1栏。Ⅰ组为试验组，在由基础配方组成的基础日粮的基础上按照1 000 g/t的剂量添加益生菌与中药提取物；Ⅱ组为金霉素对比组，在基础日粮的基础上按照75 g/t的剂量添加金霉素。Ⅲ组为空白对照组，饲喂不添加任何益生菌和抗生素的基础饲粮。试验期从90日龄到162日龄共计72 d，预试期7 d，正试期65 d。

可集流水量 Qx= q11 + q12 =0.243 +0.168 =0.411(m3/d)

(2)平衡财政收支，弥补财政赤字。一般来说，当一国出现财政赤字时，通常采用增加税收、增发货币以及发行国债这三种方式来进行调整，但从效果和影响的角度来看，增加税收虽然能够在短期内增加财政收入，从而减少赤字，但税收的增加是需要符合社会经济发展实际的，超出限度的增税会带来社会问题。同样的，增发货币在短期内缓解赤字的同时也会带来通货膨胀等问题，不利于长期财政收支的健康发展。因而，当前两种手段在一定额度内实行后效果不明显时，发行国债能够在短期内吸纳个人和组织的闲置资金，从而对财政赤字有明显的缓解作用。但同样的，国债的发行也应考虑实际的经济社会发展情况，过度的国债规模也会导致通货膨胀的出现。

深圳赤湾石油基地码头于1986年10月15日全部竣工投产。C、D泊位分A、B、C、D、E、F共6个泊位，均为5000吨级码头用途为件杂货码头（含装卸危险货物）。

Qx==2.6×Q3 可见家用日轻污水量产量远大于日中水用量。

前两项轻污水排量合计约占43%，接近每日家庭用水量的一半，而重污水冲厕量每日只有21～22%。因此，收集家庭轻污水，经简单处理后，去抵用冲厕重污水是足够的，而且有余量兼做杂用。

弃流水量 Qq= Qd - Qx =0.9-0.411=0.489(m3/d)

3、管道及储水设施设计布置

图2所示住宅中水排水用水系统的原理和特色是，各户轻重污水分流排放：各户重污水(厨用、冲厕水等)直接通过家用横管和建筑立管排掉 ；各户轻污水(洗衣水、洗澡水经初期弃流处理后)单独合流排出，上层轻污水利用重力直接向下层各户中水储水箱注水，各层横管与单元立管连接处采用横T型和S型管接头连接，以保证本层住户中水储水箱储满水再向下层流动。各层住户中水水箱都注满后再向下流动至分区中水水箱，分区中水水箱之水既可继续向下层各户供中水，也可经过分流水阀做其它杂用。

每户都需要自设简易储水输水设施；各户卫生间内设两套进水、两套排水管道，实现各户共享的分质供水、分流排放、自循环用水，能使每户内的厨卫闲置空间得到最充分利用；仅需一次性投资，后期运行费用低。

本方案解决了单栋建筑节水成本与用水规模的矛盾。虽然需要一定的首次建设费用或旧住宅改造费用。

图2 为高层住宅建筑新的中水循环及管道图

此中水管道系统的特点在于：(1)中水逐层收集输送系统；(2)轻重污水分流设计。

但运行费用很低，维护也很简单，容易推广，特别适合于缺水地区的高层住宅建筑。

三、问题与完善

1、当然，高层住宅建筑推广中水回用技术，也存在一些问题，主要是：住宅用户构成复杂、利益需求复杂，有时难以统一协调；另外，增加中水回用系统设备，势必会额外增加建筑设备成本甚至运行成本。不过随着人们节水意识的不断提高以及水处理设备和技术的不断发展和改进，这些问题必然逐步得到化解和解决。

2、另外，还有一些技术难点需要得到有效应对：a、洗衣水的前期排重污水及沐浴重污水(特殊情况下)的弃流，而后续轻污水的连续收集；b、当中水产量远大于用水量时的储水方法和空间； c、建设成本与节水效益的平衡，如何保证中水处理成本(元/吨)远低于自来水成本(元/吨)。

3、随着建筑水处理材料和设备的进一步发展，住宅中水系统各部件尺寸及形状可以标准化、系列化，住宅中水系统的设施、部件可以模块化、集成化(包括水收集、输送、存储、应用等)。