绿色建筑给水排水设计的节水措施研究

钟健

（广东省城乡规划设计研究院有限责任公司，广东广州 510000）

0 引言

《中共中央国务院关于完整准确全面贯彻新发展理念做好碳达峰碳中和工作的意见》提出了构建绿色低碳循环发展经济体系、提升能源利用效率、提高非化石能源消费比重、降低二氧化碳排放水平、巩固生态系统碳汇能力五个方面主要目标。用水节水为其中一重要节能参与环节，而建筑给排水系统的节水设计可采用多种技术路径，雨水综合利用和中水回用是主要方式。建筑内的热水供应会产生较大的能耗，在绿色建筑的设计理念下，还要优化其热水供应方式、降低能耗水平、减少碳排放。在设计给排水系统时要综合考虑生活用水供应、消防水供应、中水回用、雨水综合利用等内容。

1 建筑给排水系统节水的目标

1.1 降低建筑给排水系统的能耗水平

水资源从市政管网进入到各个终端用水单位会消耗大量的能源。建筑内的给水系统将水从地面提升到一定高度且维持足够水压需要用到供水泵，也消耗一定的电力能源。绿色建筑核心理念之一为尽可能降低建筑物运行过程中的能耗水平，这一点也非常符合当前的碳达峰和碳中和经济发展目标。党中央提出实现2030 年前碳达峰和2060 年前碳中和目标，减少化石燃料的使用量是关键。国内目前70%左右的电力能源依赖火力发电，其每年产生的二氧化碳排放量占比最大，绿色建筑理念的广泛运用对减少电力能源消耗、降低煤炭消耗量以及减少二氧化碳排放量意义重大，因而在给排水设计中应该积极运用绿色设计理念[1]。

1.2 节约建筑用水

建筑内的生活用水以及消防用水需求量都很大，因自身巨量人口以及有限淡水资源，我国必须非常重视建筑节水设计，否则水资源也会陷入不可持续的趋势中。节水设计可从两个层面开展，①在满足用水需求的前提下尽可能控制供水量，避免在水路系统中的消耗；②收集雨水、废水，形成循环利用的效果。中水回收和雨水综合利用为现阶段广泛应用的技术措施。

2 建筑水系统节能、节水新技术

2.1 中水回用

生活污水经过一定程度处理之后依然具有很大的应用价值，这些处理过的废水可用在市政道路洒水、园林景观灌溉、城市扬尘治理等场景中，此类水资源就是中水，其来源相对较为广泛。空调系统冷却水、卫生间淋浴和盥洗废水、餐厨废水以及冲洗马桶废水等均可处理成中水。各种废水处理的难度也不一样，冷却水中一般不存在化学污染物和过多的有机质，洁净程度较高，因而中水系统在取水时应该优先使用冷却水，再使用盥洗和淋浴废水，具体按照由易到难的顺序实施。中水虽然不符合饮用水的标准，但是其满足环境排放标准，对动植物、微生物以及土壤环境等不会产生危害，大幅度减少了淡水资源的消耗量，缓解了非饮用水的使用需求[2]。

2.2 雨水回用

建筑物结构可作为收集雨水的有利设施，经过初步的物理过滤后将各种固体杂质、塑料垃圾等过滤出来，然后将雨水资源排放到特定的蓄水装置中，现阶段常用PP 建筑蓄水模块。经过收集所得的雨水资源并不一定完全满足直接使用的环保标准，因此还要对这些雨水资源实施有效的净化处理[3]。城市中的建筑物、道路等大多采用混凝土建造而成，其吸水率较低，在降雨量过高的情况下，这些雨水资源会在城市道路中形成积水，甚至径流。雨水综合利用技术增加了建筑物的蓄水能力，在很大程度上缓解了城市内涝的风险，也起到了显著的节水效果。

2.3 基于可再生能源的建筑热水供应系统

建筑物热水供应会消耗大量的能源，北方地区在冬季会采用集中供暖，其供热媒介主要为热水，能源以煤炭为主。建筑物内盥洗使用的热水以天然气或者电能作为主要的供热方式。显然，这些供热形式最终都会消耗大量的煤炭和天然气，进而产生大量的二氧化碳，不符合绿色建筑的设计要求。实际上可再生清洁能源也能有效加热建筑物内的水系统。①太阳能热水供应系统。太阳能是可再生清洁能源的典型代表，建筑物外立面上可部署大量的平板式太阳能集热装置，真空管式太阳能热水器在家庭中的使用率也非常高，在早期主要是独立用户为主。当前也逐渐朝着集中式部署的方向发展；②地热能热水供应系统。地热能资源也非常丰富，在地面下数千米的中深层，温度可达到70~120℃，越往下，温度越高。将地面上的冷水按照管线系统送入地下，循环到地面之后即可成为热水，作为建筑物内的热水供应源[4]。

3 基于绿色理念的建筑给排水系统节水设计方法

3.1 给水系统

建筑物供水源主要是市政供水管网，在设计供水系统时首先要明确每天的用水需求以及日用水峰值，这些参数会影响到供水压力的确定，进而作用于分区供水、水泵系统的选择。以城市地区的高层建筑物为例，建筑物层高的增加导致供水系统承受的重力势能不断增加，如果要将水从地面一次性供应到高层建筑物的中上部，其难度比较大，低层住户的水压会大幅攀升，同时对供水设备的要求也较高，不利于控制能耗水平。鉴于此，在城市高层建筑的给水系统设计中，一般是将其按照高度划分为多个分区。根据建筑物的层高合理设置供水分区，通常层高在30层左右的高层建筑可划分成3 个供水分区，在系统中设置必要的变频增压设备[5]。设计使用的水泵优先考虑具备变频和节能效果的设备。

3.2 热水供应系统

从绿色环保的角度看，可再生能源的环保优势非常明显，但是太阳能热水供应系统在实际应用过程中存在不稳定的缺陷，受季节天气限制。因此，建筑物的热水系统中可采用多种技术路线。在冬季供暖季以市政集中供热为主，此方式能源利用效率较高，且热水供应相对稳定。夏季气温高光照时间长，对热水的水温要求较低，此时太阳能供热完全可满足要求。基于地热能的热水供应方式也非常符合绿色建筑理念，但是这种地热系统的造价通常较高，目前在比较适合于规模较大建筑群，采用系统化的设计思路，在运维管理方面也要高度集中，单一的用户难以承受其建造成本。热水供应系统实际上是在设计给排水系统的过程中同时充分考虑清洁能源的利用，相应的管线、运维管理平台、储水设施等都要同步完成设计[6]。大型建筑物的热水供应系统一般也是采用分区供应的设计思路。

3.3 排水系统

建筑物内的排水系统要处理雨水、建筑废水以及生产和生活污水，这三种水资源存在不同的特点，雨水洁净程度较高，处理成本小，建筑物废水如暖通系统产生的冷却水和雨水类似。生活污水的污染程度相对较高，其中的污染物包括化学物质、有机质等，处理难度和成本也更大。从后期处理的便捷性来看，可采用分流制的排水设计方案。如在建筑设计的初期阶段就做好雨水综合利用设计方案。雨水的洁净程度较高，在收集过程中利用滤网去除了其中的主要杂质，通过管路系统将其收集到地面集雨池中，这些水资源可用于灌溉地面上的绿化设施以及清洗地面。

3.4 消防给水系统

从绿色环保的角度看，设计消防给水系统上要考虑到消防水的循环利用。消防水只有在发生火灾的情况下才会投入使用，如果长期静置，水质就会恶化，甚至形成大量的污水。因此，在设计消防水的给水系统时，要考虑到水资源的循环利用，定期更换消防水，将排出的水用于灌溉、除尘等作业。在高层建筑消防水系统的设计中，除了满足供水压力外，还应该根据实际需求合理控制稳压泵的选型，使其在运行时达到最高的效率。高层建筑的消防给水系统也会采用分区设计的模式。

3.5 中水回用系统

①中水回用系统的设计选择。明确哪些废水可回用。中水回用尽可能采用杂质含量低、污染程度低的杂排水，室内的洗手盆废水、淋浴产生的废水以及空调冷却水洁净程度较高，这类废水可作为中水回用的主要来源。在建筑物系统的特定位置设置专门的中水设备用房，合理设计每天的废水处理量。如果中水经过简单地处理后可达到较高的洁净程度，可将其用于公共卫生间的冲水；②中水处理的主要工艺方法。中水处理工艺主要取决于杂排水的受污染程度，如果杂排水主要来自不包括马桶冲水、厨房废水在内的优质水源，这些水源中也不存在过多的化学污染物，可采用相对简单地处理方法，如膜生物法，通过细小的膜孔将污水中的细小杂质除去，进而达到可使用的程度。

3.6 避免管网泄露

给排水管网存在多个连接点，在实际运行的过程中还会承受一定的压力，如果管路系统存在跑冒滴漏的问题，尤其是隐蔽施工的管网，必然会造成大量的水资源浪费。管材连接位置的密封性是防止漏水的关键措施，在设计阶段就应该做好连接件的选择，采用先进的工艺，淘汰老旧的设计方案。管路系统在给排水的过程中会产生一定的水压，尤其是在给水过程中，为了防止压力过大，破坏管路系统的密封性，还应该在系统中设计减压阀、通气管等装置[7]。设计人员在洗手池龙头、卫浴花洒的设计中应该优先考虑节水型设备，如采用水雾喷射龙头，或者使用感应式龙头等。

4 结语

在绿色建筑设计中，可从节水、节能两个层面来优化给排水系统的设计方案。节水设计的主要思路是回收利用雨水和生产、生活过程中产生的污废水。典型的技术路径包括中水回用和雨水综合利用。在节能设计方面应该积极利用可再生清洁能源，代替传统的电力能源，减少对传统电力能源的依赖。