校园建筑给排水系统低碳设计探讨

刘清泉

（1.江苏龙腾工程设计股份有限公司；2.江苏省雨污水资源化利用工程技术研究中心）

1 引言

建筑水系统既是城镇供水系统的终端，也是城市排水系统的始端，是生活用水从“供”转向“排”的转折点，构成了水资源在城市水系统循环的重要节点[1]。根据国际能源署和联合国环境规划署发布的《2019年全球建筑和建筑业状况报告》，建筑业占全球能源和过程相关二氧化碳排放的38%，其中28%来自电力相关的运营排放，10%来自材料和建筑，而建筑给排水系统设计与材料、运行设备、电力消耗等诸多方面息息相关。

为响应国家“碳达峰、碳中和”政策号召，龙腾设计总结多年设计经验和自主研发的先进技术，提出建筑水系统“低碳节能微循环”理念，将BIM 技术与装配式设计深度融合[2]，选用低碳环保建材，利用可再生能源持续供电，提高设备能源利用效率和节能运行管理水平，构建户内环状供水、户内灰水回用和场地雨水处理回用的建筑水系统内水微循环，改变了建筑水系统生活用水由“建筑给水系统”到“建筑排水系统”单向流转的传统设计理念[3]。

2 工程概况

青龙地铁小镇一期居住组团小学、初中建设工程项目位于南京市江宁区麒麟街道，东至福宁路、南至三阳路、西至东流路、北至二象路。总建筑面积约78932.4m2，其中地上建筑面积63021.3m2，地下建筑面积15911.1m2。小学部位于场地东侧，自南向北分别为风雨操场（2层）、图书室（2层）及4栋教学楼（地上4 层，地下1 层）；中学部位于场地西侧，自南向北分别为多动能厅（1 层）、3 栋教学楼一栋实验楼（地上5层，地下1层）、教师公寓（5层）及食堂（2层）、风雨操场（2层）。本项目给排水系统设计内容包括：生活给水系统、室内外消火栓及自喷系统以及灭火器配置的设计等。

3 给排水系统设计内容

3.1 生活给水系统

本工程给水为一路进水，结合消防从市政路给水管引入一条DN150的进水管，经过水表井后，在红线内沿建筑成环。本工程1层～3层采用市政直供，市政给水管供水压约0.24MPa；4层及以上采用箱式无负压设备增压供水，水箱设置自洁消毒装置，设计最高日生活用水量为256.0m3/d，最高时生活用水量为48m3/h。食堂和宿舍卫生间淋浴设置太阳能热水系统，其中屋顶设置496.8 m2的太阳能集热板，设备夹层设置24m3的集热水罐及3m3的供热水罐；太阳能热水系统辅助热源为空气源热泵。教学楼洗手池设置热水系统，屋面设置12具承压式整体太阳能热水，单对单供应洗手池所需热水（见图1）。

图1 太阳能热水系统

3.2 消防给水系统

本工程设室内、室外消火栓系统和自动喷水灭火系统，室内消火栓水量15L/s，室外消火栓水量40L/s，火灾持续时间按2h 计，一次火灾用水量为396m3。地下一层设置584T消防水池存储室外消防用水，设2座取水口，距离建筑大于5m。室内外消火栓给水系统和自动喷水灭火给水系统的用水由建筑物地下一层消防水池贮水解决，消防水池可贮存584m3消防用水，满足室内消防用水量的要求；十分钟消防水量贮存于屋顶高位不锈钢水箱内，有效容积18m3。

室内消火栓管道系统：每个单栓消火栓箱内配DN65 消火栓一个，DN65mm，长度为25m 的消防水带高压尼龙衬胶水龙带一条，65×19mm直流水枪一支，击碎玻璃信号按钮和水泵运转指示灯一个，消火栓箱内均配有消防软管卷盘一套L=30m；消火栓泵的启动由水泵出水管路的压力开关或屋顶水箱出水管上的流量开关启泵，泵房内也有手动启动装置，稳压泵的控制由设在1#屋顶的气压罐控制，启泵压力p1=0.23MPa，停泵压力p2=0.28MPa；所有防火卷帘均为特级防火卷帘，嵌设于防火墙及封闭楼梯间的消火栓箱背面需作防火处理，处理后的箱体背面耐火极限应能达到相应墙体的耐火极限要求。-1F～1F下消火栓均采用减压稳压消火栓，阀后压力为0.35MP（a见图2）。

图2 室内消火栓管道系统

自动喷水灭火系统：湿式报警阀设在地下车库泵房，共设湿式报警阀4组，每组报警阀控制总喷头数不超过800 个，每个防火分区设有一个水流指示器。自动喷水管道上的阀门均应常开，报警阀前的控制阀门和水流指示器的阀门均采用安全信号阀，通过电信号把该阀的启、闭状况显示在消防控制中心的控制屏上，稳压泵根据管网上的压力控制器自动启停，运行在消防控制中心，自动喷水主泵由报警阀上的压力开关、屋顶水箱上的流量开关以及水泵出水管上的压力开关自动启动，也可在消防控制情况显示中心和泵房内手动启动，喷水泵的运行用红绿灯显示在消防控制中心和泵房的控制屏上。

3.3 排水系统

建筑物内采用粪便污水与废水合流管道系统，室外采用污水、雨水分流管道系统。污水系统：卫生间的污水自流排至室外污水检查井，汇集后排至市政污水管；食堂排水需经隔油池处理。雨水系统：雨水设计重现期P=5年，设计暴雨强度q=4.31L（/s·100m2），溢流重现期按50a考虑，设溢流系统。屋面及地面雨水有组织排放，一部分经收集后接入建筑周边雨水管，汇合后排入市政雨水管，另一部分进入雨水利用回收系统，经处理后用于洗车、园区绿化及道路浇洒。

4 设计与成效

4.1 箱式无负压系统

4.1.1 卫生无污染

变频给水设备为全密封结构，细菌和粉尘不会进入系统，避免藻类的滋生，防止水源二次污染及供水水质污染问题，保证用户使用的是符合国家卫生标准的自来水。

4.1.2 高效节能，保护功能齐全

可充分利用市政管网供水压力，差多少，补多少，不产生负压，与传统水池（水箱）式变频供水设备相比可节能30%～70%；对泵组均能可靠地实现软启动，使电网和管网免冲击，水泵及电机的使用寿命大大提高，在异常情况下能进行信号报警、自检、故障判断等。

4.1.3 叠压运行，节省费用

根据用水量的变化调整投入台套数和运转速度，以保证管道恒压，用水量大时投入功率大，用水量小时投入功率小，如夜间使用时系统由小功率泵变频调速恒压，供水系统一直在高效率点运行，大大降低了运行费用，可节约能源60%以上。

4.1.4 双模式供水

水池（水箱）式变频供水设备和无负压管网叠压变频供水设备两种模式可供选择，可根据自来水进水压力及流量自动切换，不但避免了市政管网负压的产生，并且保证了供水的连续性，这个功能是通用型无负压供水设备无法做到的。

4.2 融入节能减排和海绵城市理念

①通过合理运用给排水空间设计，实现立体节水需求，提高用水效率；采用装设专门的节能设备和节能材料来实现对用水量的控制和优化，如节水环节加装节水配件、供水环节加装变频系统、采用自主研发的给排水穿墙管技术。

②采用太阳能集中热水系统，空气源为辅助热源，可有效降低能耗和运行成本。

③采用自主研发的多功能装配式雨水口，自由调节过滤装置尺寸大小和海绵设施蓄水位，不仅减少人工管理、时间和维护成本，而且提高雨水资源利用率，节约水资源；设置自主研发的智能PP 模块化雨水收集池，降低运行能耗，处理后的雨水用于道路冲洗、绿化浇灌，每年可节省成本支出12万元以上。

4.3 BIM一体化设计

①自主开发了一套“基于BIM 的智慧建设管控平台”[4]，将建筑、结构、机电、给排水各专业更为有效地串联形成BIM 一体化设计，进一步强化各专业协同。减少因“错、漏、碰、确”导致的设计变更，达到设计效率和设计质量的提升，降低成本。

②在BIM 一体化设计的基础上，BIM 技术能够有效联动优化设计、生产、装配形成基于全产业链的一体化集成方案，从而减少二次设计和返工、缩短工期并提高项目质量。

③在EPC 工程总承包模式下，BIM 技术的应用能够有效增强EPC 项目团队的协同管理能力，提升工作效率和项目质量实现精益、智能建造。

5 结语

我国碳中和愿景的实现最终要依托以创新驱动和绿色零碳为导向的产业、经济体系的建立，尤其是疫情后我国绿色复苏和低排放发展将很大程度上依赖于数字化和绿色化的“双轮驱动”，这将显著推动新一代信息技术和先进低碳技术的深度融合[5]。在实际的建筑给排水工程设计中，应把节能减排工作理念放到首要位置，充分发挥现代化的节能减排技术，将先进的BIM 信息技术与装配式低碳技术的有效结合，选用低碳环保建材，利用可再生能源持续供电，加强给排水系统设计的科学性及合理性，为推进建筑领域碳减排、协同推动能耗强度和碳排放强度下降贡献一份力量，助力实现“双碳”目标。