建筑给水排水系统节能设计分析

伦志鹏

（广东德晟建筑设计研究院，广东 珠海 519020）

1 前言

伴随社会的发展，现代建筑耗能也在不断提升，我国建筑用能占全国所有能源量的27.5%，在整个公共建筑能源中，供暖系统产生的能耗约占40%～50%，这里面，照明能耗约占30%～40%，其他设备约占10%～20%。此外，公共建筑在维护给排水系统、供暖系统、照明等方面均表现出良好的节能潜力。

《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2015）修订版内增设了给水排水、电气和可再生能源运用内容，对节能设计提出了新的要求。

2 节水与节能技术概述

2.1 合理选用用水定额

通过良好的设计给水、热水、排水系统，正确地计算用水量。这个过程中，首先要求根据工程项目功能和使用人数等数据进行合理的用水定额选择。如，1500床三级甲等医院工程便属于超大型医院工程，由于使用者众多，故对其最高日用水量、最大日用水量时，应采用最高日用水定额下限值100L/（床·d），小时变化系数为2.5。此时以200L/（床·d）计算最高日用水量是不合理的，会造成最高日用水量翻倍，引发给水水箱容积过大、加大水泵流量和水管道管径等问题，且会因此造成用电功率的加大，导致整个能耗增加，不合乎节能设计要求。对此，要求设计人员根据工程项目功能、使用人数（或单位）等数据，合理地进行用水定额的选择，达到节约用水降低能耗的目的。

2.2 计量要求

《民用建筑节水设计标准》（GB50555—2010）针对设置用水计量表位置作出了相应的要求。冷却塔循环冷却水、游乐设施、空调冷热水系统等一类的补水管中要求设置相应的用水计量表；公共建设的厨房、洗衣房、建筑物引入管等存在冷水、热水计量，要求水管中设置相应的计量水表。以达到有效控制用水量，节水、节能的目的。

3 给水系统设计降低能耗与给水泵节能限定值分析

3.1 给水系统设计降低能耗

《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2015）修订版明确提出给水系统可以在现有给水管网的支持下，通过其水压供水。如果要选择叠压供水系统，必须向相关的部门申请。

如果水压太高，将会导致单位时间的流出量大幅提高，造成水资源的浪费。因此，在进行给水系统设计的过程中，要在竖直方向上进行科学的规划，将建筑高度分成不同区段，每个区段的供水压力≤0.45MPa，同时还应该采取减压、限流的举措，在一个区段中，最低部位供水压力≤0.2MPa。

3.2 给水泵节能限定值

目前实施的《清水离心泵能效限定值及节能评价值》（GB19762—2007）对“泵能效限定值”“泵目标能效限定值”和“泵节能评价值”进行了定义。这里面“泵能效限定值”“泵目标能效限定值”必须遵守和执行，“泵节能评价值”则具有推荐色彩，“泵节能评价值”指的是在规定的条件下，泵的最低效率能够达到节能认证的水平。“泵节能评价值”的要求高于其他两个限定值，因此给水泵效率应该达到“泵节能评价值”，才能够更好地实现节能的目标。

4 生活热水系统节能设计要点

4.1 热源选择

表1 名义工况下锅炉热效率

《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2015）修订版明确指出：集中热水供应系统所需的热量，最好为余热、废热，或者是通过可再生能源等提供热量。在最高日生活热水量＞5m3情况下，除电力需求侧管理鼓励用电，且通过供电加热的条件下，直接电加热热源应该排除在外。这对集中热水供应系统热源的选择进行了较为严格的规定。

余热主要是在工业生产过程中形成的，如果不能有效加以利用就会被浪费的热量，比如蒸汽凝结水热等。

应用太阳能热水系统时，为了确保水的温度和质量能够满足要求，最好选择集热和辅热设备彼此独立的系统。

在我国的云、苏、粤等南部的省级区域，空气源热泵热水机组是非常常见的热水制备方案，具有良好的成效。在炎热和过渡季节较长的地区，空气源热泵热水机组能够充分地发挥出其优势；而在寒冷地区，必须结合成本和运行可靠性等方面的因素考量是否采用这种机组。如果机组长期处于低温环境下，其制热性能系数（COP）等级难以提升，其优势就无法得到充分的体现。为使国内热泵热水机（器）市场能够规范的发展，同时为相关技术的发展创造良好的条件，政府相关部门颁布了《热泵热水机（器）能效限定值及能源效率等级》，根据这一文件可知，热泵热水机能源效率包括5个等级，1级代表能源效率最高，2级代表实现了节能认证的要求，3、4级则是国内多联机的平均能效水平，5级是设备至少应该达到的最低要求，否则禁止在市面上流通。

4.2 热水管网布置

《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2015）修订版明确指出，部署了集中热水供应系统的小区中，热水循环管网服务范围应该在300～500m之间（半径），水加热、热交换站室最好安排在热水用量最大的建筑中，同时不应距离小区中心位置太远。另外，该标准还对自加热设备站室到最远建筑的距离进行了规定，提出热水循环管网服务半径方面的需求，一方面是为了降低管路上热量以及输送动力损失，否则会导致较高的运行能耗和成本，不满足经济性方面的要求；中国建筑设计研究院在广州亚运城集中热水供应系统管网这一项目中，探讨了热水管道敷设长度是如何影响热量损失的。该单位在亚运会期间媒体村低区热水供水管网的若干位置布置温度传感器，结果发现热损失和管线长度之间为正相关关系，降低管道总长度，有利于节省管网热损失，这是相关部门对热水管网的服务半径进行限定的主要原因。另一方面，如果管线过长，管网末端水温更低，更有可能产生军团菌，这会对水质产生影响，或者是需要采取额外的措施来保障水质达到要求，使系统的总成本提高。所以，相关部门进行这样的规定，旨在缩短热水管线的总长度，从而节省热损耗，保障良好的水质，很好地兼顾了安全性和经济性方面的要求。

4.3 冷、热水压力平衡

《公共建筑节能设计标准》（GB50189—2015）修订版明确提出，集中热水供应系统的供水分区最好和用水点处的冷水分区位于同一区，另外还需采取针对性的举措，确保用水点处冷、热水供水压力平衡，使循环管网能够有序的运转。生活热水应该是将冷、热水按照一定的比例混合在一起，实现所需的出水温度。所以热水供应系统和冷水系统的分区应该是相同的，确保冷、热水的压力平衡，这是节水、节能目的的实现是很有帮助的。集中热水供应系统通常为机械循环，保证干管、立管的热水循环，支管无须满足循环要求，多设立管，从而缩短支管的长度，在节能的基础上确保出水温度能够达到要求。

5 结语

节水和节能有着紧密的关联，二者不可分割。节水、节能的理念完全契合，需要在给水排水设计中严格的践行。为节约能耗、减少水泵输送的能耗，必须确保给水、热水、排水系统的科学性，相关设备必须达到节能要求。集中热水系统是给水排水设计工作的重要内容，在进行着部分内容设计的过程中，关键在于热源的选择、水加热站或热交换器室布置位置、管道布置和保温等，尽量降低热损失，从而节省系统的整体能耗。统计数据表明，在公共建筑中，给水排水系统能耗在用电设备总能耗中的占比仅为10%～20%，它甚至没有被“基准建筑模型”考虑进去，且其节能的空间非常有限，但只要能够降低能耗，就是对政府节约能源、保护环境号召的积极响应，同时也能够为可持续性发展目标的实现尽一份力。