建筑给排水设计中的节能减排措施研究

2022-12-31何思辰湖南省城市学院市政与测绘院

中国建筑装饰装修 2022年2期

何思辰湖南省城市学院市政与测绘院

水是生命之源，是最重要的自然资源。住宅建筑获得安全饮用水是人民的基本需求。中国在全国范围内投入巨资改善建筑饮水安全，是促进建筑发展的重要举措[1]。水质、水量、用水方便程度以及供水保证率是评价饮用水安全的4 个主要因素[2]。水源的选择要符合区域水资源发展总体规划及其区域功能。在满足水质和水量需求，保证节约投资和运行费用的前提下，为支持给水排水工程的大规模建设和管理，开发了水净化消毒技术，创新设备、建设模式和管理技术[3]。

雨水收集技术在建筑给排水工程中的应用，一方面可以进一步提高雨水资源的利用效率，另一方面可以实现对生态环境的保护。将其应用于建筑的给排水工程时，最重要的部分是在实际施工前结合施工区域的地形、结构等一些基本信息，设计雨水收集渠道，从而保证城市雨水的有效收集。通过雨水收集技术获得的雨水不仅可以用于建设项目的给排水工程，而且可以用于城市的生产生活。

在水资源优化配置和联合调度的基础上，推进平原地区城乡供水一体化，使农村居民可享受与城市居民相同的饮用水供应服务[4]。在条件允许的情况下，促进城市地区的供水和排水一体化。项目建设中，农村居民相对分散，地形和地理条件复杂。因此，要因地制宜，加强对水源的保护，采用适当的净水工艺和消毒方法，为农村居民提供合格的饮用水。对于项目的运行和管理，项目建设的标准化和高效的城市给水排水供应管理体系是先决条件。

专业化管理和规范化操作是建筑给水排水工程运行、维护与管理的长期方向。做好建筑给水排水工程管理需要加强政府监督和技术指导，落实管理责任。以补偿成本、合理利润、负担能力、优质服务为原则，建立合理的水价机制是保持城市给水排水供应可持续性的关键。在落实电力、税收、土地使用等优惠政策的基础上，大型集中供水项目自主管理、自负盈亏。对于小规模集中供水工程，在收取水费的前提下，政府给予适当补贴，以保证工程的可持续性发展。

随着中国社会经济发展的越来越快，节能节水的施工理念也越来越受到人们的重视。节能节水理念在我国各大领域不断普及发展，在建筑领域也是如此。为了有效保护生态环境，最大限度地利用有限的资源，应积极运用建筑节能节水技术以及给排水技术。基于此，本文分析了给排水和节能节水技术在建筑领域的应用意义以及我国给排水的现状，并提出了建筑给排水和节能节水技术的应用。

1 住宅建筑的水可持续性策略

要实现有效节约和利用资源的目标，最根本的是改变能源的利用形式。利用可再生能源达到节约资源和能源的根本目的。同时，在一定程度上减少使用不可再生资源对生态环境造成的污染，从而有效改善生态环境。基于此，可再生能源在给排水工程建设中的应用可以最大限度地减少传统能源的使用量，提高给排水工程的节能环保水平。此外，可再生能源模式种类多样，其中比较常见的是太阳能和风能等。而且上述能源在使用过程中不会排放对环境有害的污染物，能够有效地起到清洁和节约的作用，进一步推动给排水工程朝着更加绿色环保的方向发展。

住宅饮用水供应存在的主要问题是工程建设水平低、水质水平低、数量保证不足、工程管理以及可持续性差。可持续发展目标强调了清洁和可获得水的重要性，指标集中于使用安全管理饮用水服务的人口百分比。为了解决建筑地区的饮水安全问题，自2000 年以来，中国政府投资建设了许多给水排水工程[4]。中国在2015 年提前6 年实现了将无安全饮用水人口比例减半的千年发展目标[5]。再生水是指从淋浴器、洗手盆和自动洗衣机中收集的水，这些水可以通过生物过滤器进行处理和过滤，用于花园灌溉，有时甚至可以在包装盒中重复使用。

2 住宅建筑的给排水系统

在当前中国水资源利用紧张的情况下，需要制定水资源利用的可持续发展战略。传统的饮用水处理过程包含混凝、沉淀、过滤以及消毒。常规处理工艺可根据水源的浊度进行调整，当水源浊度较低时，不需要混凝沉淀，但对于高浊度或高含沙量的原水，需要添加预沉淀装置。

2.1 住宅给水系统

在我国水资源日益短缺的情况下，节能节水一直是建筑给排水工程面临的重点和难点问题。社会经济的快速发展给生态环境带来了一定的压力，同时对生态环境造成了相应的破坏，如频繁的自然灾害、人们的住宅给水系统下降等。这些对人们的健康有一定的影响，因此要求建筑行业采取有效措施，尽量减少水资源的浪费。鉴于此，要求在给排水工程中应用住宅给水系统，该系统能够有效控制工程建设中使用的水资源，对提高水资源的应用效率具有积极意义。

我国建筑水源分散，水污染日趋复杂，如含有有机物、氨氮等物质的轻度污染水[6]。常规处理工艺无法达到国家饮用水质量标准的要求，在微污染水中添加强氧化剂，可降解有机污染物，提高后续常规水处理工艺去除有机物的效率。吸附预处理常作为应对季节性水源恶化或突发污染事件的应急措施。减少建筑领域的水资源浪费是一个迫切需要解决的问题。通过住宅给水系统可以改善这一问题，促进我国建筑领域和国民经济的稳定发展。首先，水源是住宅给水排水工程建设的重要内容，其选择直接影响供水方式、水处理能力与成本以及项目的可持续性[7]。其次，水厂水处理的复杂性和成本取决于水源的质量和相关的保护措施，这将进一步影响饮用水供应的安全。此外，应选择水量丰富的水源，以满足当前和长期的用水需求。当选择一个地下水源作为给水水源时，不允许过度开采，以免引起地下水位持续下降、水质恶化、海水侵入以及地面沉降等环境问题。最后，保证水源的概率。所选水源不仅要满足高流量年和期的供水要求，也要满足低流量年和干旱期的供水要求。当在严重缺水地区选择地表水水源时，干旱期建筑给水排水供应工程水源保障概率不得低于90%[8]。为降低工程总投资，水源和水厂应尽量靠近主要用水户，便于施工。

2.2 合理利用市政管网残余压力

供水管道系统是城市基础设施的重要组成部分，关系到居民的生存和城市的可持续发展。因此，给水管道系统的安全性、稳定性、可靠性、高效性对于淡水的输送、城市环境的维护以及城市灾害的防治至关重要。管道事故在许多国家频繁发生，严重影响人们的正常工作和生活，制约着城市乃至整个国家的发展。分析从污水设施到最终用户的整个链条后发现，可能隐含在其上的外部供水网络和结构是城市与工业企业供水系统的主要元素，也是对环境产生人为影响（由于紧急情况）的潜在来源，其直接依赖于建筑物的生活供水系统。此外，大多数城市已经建立了埋在地下的外部供水网络，而这些巨大的变化（除了维护或部分更换）既昂贵又不总是有效。因此，选择能源效率和解决环境问题潜力最大的建筑与多功能综合体的生活给水系统作为研究对象。

由于缺乏建设技术知识或预算有限，发展中国家的管道问题比发达国家更为突出。在发展中国家，预算往往比建设更重要，因此管道一般使用便宜的材料，而且不同物料管道并存，大大增加了检测管道系统的难度。在较老的城市中，地下管道系统相互交错，不同管道之间关系复杂，并且存在一些废弃的管道。此外，地下管道的综合地图和存档管理数据系统在发展中国家也很稀少，其中可能不包括关于剩余管道的信息。在中国，老社区建设管道系统的预算和可持续规划有限，随着中国建筑和居民数量的急剧增加，管道系统也变得越来越复杂，这使得监控系统变得非常困难。

通过声学检测管道系统确定管道之间的连通性。声学检测方法主要用于检测金属管道和封闭PVC 管道。

声波的衰减速度与介质有关，衰减速率越高，介质弹性越软。对金属管道探测器的检测进行验证，一个明显的情况是两根管子没有连接。可以通过探地雷达发射的电磁波穿过地层，遇到非金属管道时不发生相位反转就证明两根管子没有连接。此外，由于非金属层没有屏蔽面，管道下方层的目标信息可在雷达图像中显示。

第二种情况是即使两根管子相连，在传播过程中声音衰减为零。当声波通过弯头、三通或阀门等通常用于连接管道的附件时，就会发生散射，从而引起急剧衰减。吸收过程是声波在传播过程中转化为热量并被介质吸收，随着传播距离的增加而衰减。当两个管道之间的附件太多或管道太长时，声波在管道中传播时衰减为零。在市政管网给水排水工程中，突发性污染事件应用的吸附剂多为活性炭。活性炭吸附速度快，能有效去除水中的气味和颜色，但成本高且不能回收再利用，同时应用活性炭粉后需采取强化混凝措施，防止对后续过滤过程产生不利影响。

在给排水工程建设中，能耗最大的是水泵。其主要功能是为工程进行排水工作提供动力。为降低水泵造成的能耗，对水泵采用变频调速技术。一方面可以降低水泵造成的能耗，另一方面可以节省建筑企业的成本支出。另外，变频调速还可以实现工程施工过程中排水管网的二次增压，从而降低水压，提高供水效率，保证工程用水充足。现代的住宅建筑利用城市的水网来运输水，水压力有一定的限制，同一时间内不能被所有用户使用。为了改善这种情况，可以使用加压供水，处理好这个问题，将会给现代住宅楼使用者带来更多便利。

2.3 风险防控

给排水系统在运用、建设、维护过程中存在一系列风险隐患，往往诱发管道破裂、无用耗费、污染等现象，给水资源的开发利用、生态保护以及给水稳定造成负面影响。鉴于此，有必要在落实建筑给排水设计时重视风险识别及提前防控，以此在贯彻节能减排理念下优化给排水系统设计。无用耗费包括水资源无用耗费和能源无用耗费。其中，水资源无用耗费除了污水随意排放、管道破裂外，人为浪费也是造成水资源无用耗费增加的重要原因，因此在设计给排水系统时，需要重视污水回收及阶梯水费的设置。而能源耗费涉及供暖和电力耗费等，北方城镇的暖气供应不仅大多利用化石能源，而且以水媒介，建筑耗能增加的同时加剧了当地碳排放与水资源耗费，因此要重视清洁能源及蓄热介质的开发。此外，污染还涉及土壤污染、水污染，有必要做好污水集中处理工作，以减少水资源耗费，从而保障区域生态环境。

我国水资源利用日趋紧张，为了有效改善水资源短缺问题，各大城市也在积极寻找解决办法。众所周知的节能节水技术和中水回收系统有效地解决了水资源短缺的问题。目前，我国许多城市已逐步建立了中水回收系统，处理后的水可用于城市灌溉和街道清洁等。这有效减少了城市污水的排放，进一步保护了生态环境。除此之外，城市中的雨水经过处理后可以收集再利用，在一定程度上也可以起到节能节水的作用。虽然我国有许多地区采用了雨水回收技术，但是最终收集的雨水质量较低，对雨水的处理能力有待提高。因此，有必要加强雨水回收技术的创新，使雨水能够真正应用于城市绿化灌溉和公共设施清洗等方面，使该技术真正发挥出节水作用。