高层建筑给排水系统节能设计

2021-07-16方文秀

科学技术创新 2021年19期

方文秀

（苏州苏大建筑规划设计有限责任公司合肥分公司，安徽合肥 230041）

建筑给排水属于相对独立的行业，在其发展至今共经历了三个不同阶段，分别为房屋卫生技术设备阶段、室内给排水阶段即反思阶段和建筑给排水阶段即发展阶段[1]。当前建筑规模逐渐扩大，更多高层、超高层建筑及建筑群被建设出来，相应的给排水系统也逐渐复杂。基于当前绿色建筑发展需要，急需种合理的节能方法实现对高层建筑给排水系统的节能，因此本文开展高层建筑给排水系统节能设计研究。

1 给排水系统节能设计

1.1 建立高层建筑单循环中水结构

对于高层建筑而言，中水实质上是将生活废水经过单独采集、处理，并在符合国家用水标准后再次利用的杂用水。结合中水利用概念，在高层建筑当中构建单循环中水结构能够在一定程度上实现对给排水系统的节能。为确保单循环中水在重复利用的过程中，水质始终达到相应的标准，需要在结构当中引入中水综合水质标准，表1 为高层建筑单循环中水水质标准对照表。

表1 高层建筑单循环中水水质标准对照表

综合表1 中不同类型排水的各类杂质浓度，在利用中水时，尽可能选用优质杂排水作为水源，其次为杂排水，最后为生活污水[2]。为确保中水在回用过程中不会对人体造成威胁，满足安全可靠原则，需要对其进行处理，并且根据水质的具体情况应用到不同给排水管道当中。基于此，本文构建如图1 所示的高层建筑单循环中水结构示意图。

图1 高层建筑单循环中水结构示意图

按照图1 所示构建高层建筑单循环中水结构，将符合中水回用要求的生活废水单独收集汇总，并将其引入中水处理单元当中进行有效处理，再进行循环利用。通过这样循环结构，不仅能够有效降低基础建筑设施的投资量，同时结构流程简单易操作，具备良好的应用效果。将该结构应用到高层建筑小区当中需要调整生活排水管的传输路径，增设一套生活废水收集与排放系统，做到室内外污废分流、独立收集与排放。收集到的生活废水通过中水处理单元进行处理、加压至二次利用，将其应用到整个小区的冲厕用水以及绿化景观用水当中，最后排入市政下水管当中，完成一个涉及范围更广的单循环中水利用，以此实现对水资源的节约。

1.2 引入变频调速恒压供水系统

对于高层建筑给排水系统而言，供水加压系统是其中不可或缺的组成部分，加压系统在运行过程中会消耗大量的能源以及成本，也是本文节能方法重点关注对象。为了进一步提高对能源的高效利用，本文在供水加压系统中重点讨论变频调速恒压供水装置和无负压供水装置。

变频调速恒压供水装置，指在供水量发生变化时，通过对变频泵的变速调节，达到出口压力保持不变，确保整个用水官网里随时都有充足的水压和水量。由于泵组始终保持着高效运行工况状态，由此可减少不必要的扬程浪费。基于节能需要，在选择变频节能水泵时，应当根据高层建筑给水最不利点的扬程以及流量参数对其进行选择。由于在给排水系统实际运行过程中，最不利情况出现的概率极小，并且大多数变频节能泵都能够满足水量和扬程的需要，为了实现对给排水系统的节约，根据高层建筑的用水需要，对变频节能泵组进行设计，给出不同类型的泵组组合模式。根据用水量的大小及波动大小选择主泵数量，当主泵数量达到3 台泵以上时，要考虑主泵之间互为备用、逐一启动，减少备用泵的数量；并在主泵旁边配置小流量泵，用作夜间小流量供水使用，尽可能使整个主泵均处在高效区内运行，降低能耗；适当情况下，可与气压罐配套使用，效果更佳。且变频调速恒压供水系统一般配置有不承压的调节水箱，当市政管网断水是，仍能满足基本的生活用水需要。

1.3 引入无负压供水系统

变频加压供水系统的最大缺点，是浪费了市政供水的余压，造成能源的浪费。为充分利用市政余压，在有条件的建筑单体或建筑小区内，采用无负压供水系统供水，可大大降低能耗，尤其是小高层较多的建筑小区。

无负压供水系统主要包括罐式无负压系统和箱式无负压系统，二种类型设备均可直接与市政供水管网直连，在市政管网余压基础上串联叠压供水，并确保市政管网内部产生负压；均具有占地面积相对较小、干净且不易造成二次污染、运行成本较低、具有很明显的节能效果。不同点是罐式无负压系统在水泵钳装设压力密封罐和真空消除器，水泵通过稳流罐吸水并加压至用户，通过真空消除器的作用降低对市政供水管网的影响，但罐式无负压系统无储备水量，当市政供水停水时，会出现断水现象；箱式无负压系统设置有不承压的调节水箱，当市政管网的水量及水压能满足无负压供水要求时，系统直接从市政管网抽水；反之，如市政管网的水量或水压不能满足要求，系统可以从调节水箱取水；箱式无负压系统具有一定的储水量，市政停水的情况下可以暂缓停水；但是由于存在水箱，需要定期清洁消毒。

1.4 二次利用雨水资源

雨水是一种天然免费资源，并且具有较好的水质，因此只需要通过简单的净化处理便能够将其应用到生活绿化用水和冲厕用水当中，因此为达到更理想的给排水系统节能效果，本文对雨水资源进行二次利用设计，进一步提高雨水资源的利用效率。雨水二次利用包括雨水渗透系统和雨水回收利用系统。地面雨水和屋面初期雨水可通过人造透水地面、下凹式绿地、渗透管等对雨水资源进行渗透，图2 为草皮砖地面示意图。

图2 草皮砖地面示意图

图2 是一种常见的人造透水地面结构，将该结构应用到高层建筑的停车场、人行道以及广场上能够实现对雨水的高效回收及利用。利用土质良好的材料敷设地面，利用草皮与砖的交错结构，既能够达到良好的雨水渗透效果，又具备美化环境的作用[3]。当遇到雨水天气，草皮砖地面能够达到十分理想的蓄水量。

高层屋面或绿地雨水经过初期截污、弃流后，根据高层建筑所在地理位置的地形条件，通过雨水自动过滤装置，进入雨水蓄水模块或蓄水池，并对雨水进行消毒处理，通过加压泵组及管线，输送至回用水点。同时，蓄水池内的雨水也可以通过渗透管将雨水资源传输到碎石层当中，最后向周围土壤当中渗透，通过碎石层的引入达到调蓄雨水的作用。以此进一步提高对雨水资源的利用率，达到节能效果。