建筑给排水系统中节能节水技术的应用

李鹏飞

（济南建设设备安装有限责任公司，山东 济南 250033）

0 引言

在“双碳”目标背景下，建筑节能降耗是实现“双碳”目标，推动绿色发展的关键所在，所以建筑设计要关注给排水节能节水设计，全面降低建筑水资源消耗，满足建筑节能节水的实际需求。因此，本文结合实际工程案例，对于建筑给排水节能节水技术的应用进行了探析，为降低建筑能耗，践行绿色发展理念提供参考。

1 工程概况

某高层建筑位于南方某市核心区域，建筑高度为320m，为该区域的标志性建筑。该项目总用地面积、总建筑面积分别为56670m2、414798m2。建筑分为办公区域、酒店、展馆与裙楼，地下室共4层，地上部分共66层。该高层建筑在给排水设计时，为节约水资源，采用节水技术，加强对水资源的利用，践行建筑绿色发展理念。

2 给排水系统

2.1 给水系统

建筑水源来源于市政自来水，引入1根DN300进户管，满足项目的用水需求。按照建筑实际情况，酒店、办公与商业设置计量总水表，数量为2只，在对生活用水量进行确定时，可按照最高日与最大时设计，二者分别为4044m3/d、437m3/h。

在供水方式上裙房商业、办公与酒店采用不同的方式。裙房商业的生活水池在水泵房内单独设置，供水采用变频恒压方式；办公区域采用二级串联水泵－水箱联合供水方式；酒店B2层洗衣房、B4层需单独设置，分别为软水系统（变频恒压供水）、软水处理装置和软水贮存池（变频泵恒压供水）；裙房卫生间使用中水，也就是对酒店标准层的生活废水进行收集，并经过处理合格后供给卫生间[1]。电加热热水器供给办公和裙房卫生间洗手盆用水，采取集中制备的方式供给热水，采用高温热水作为热媒，半容积式热交换器提供。太阳能热水系统负责局部淋浴间的热水供给。

2.2 排水系统

在该项目中所采取的排水方式为室内污、废水分流制。将环形通气管设置在公共卫生间，将器具通气管设置在酒店卫生间。酒店餐饮部分的排水需合理处理，在一级、二级隔油器处理后可以直接排入生活污水管道[2]。单独设置酒店隔油间。将隔油、沉砂集水井设置在车库，污水一体化提升装置设置在地下室卫生间。酒店每天都会产生大量的污水与废水，要对污水与废水进行处理，处理合格后方可与雨水管汇集到一起，然后排入新建市政雨污合用的窨井中。排水系统不仅要分流，更要处理好污水，保证污水达到标准后再排走，这样才能确保建筑排水系统符合节能节水标准。

2.3 雨水系统

雨水系统是建筑给排水节能节水技术的要点所在，通过对雨水的收集能有效提升水资源的利用率。在建筑屋顶采用虹吸排水系统，部分裙房屋面采用重力排水系统。在建筑物给排水系统中虹吸排水系统是重要组成部分，可以对降落在建筑物屋面的雨水进行排除，避免建筑屋顶发生渗漏水问题[3]。虹吸排水系统无须设置坡度，雨水可以速度排除，避免形成屋面积水。虹吸排水系统设置时，要求与墙之间的距离要≥1m；雨水斗间距＜20m；在檐沟内安装雨水斗，要求檐沟宽度、檐沟斗的雨水斗安装开口分别为≥350mm、70mm×270mm-290mm×290mm。

部分裙房屋面的重力排水系统设计，往往会将格栅帽雨水斗和侧入式雨水斗归为重力流雨水斗，但在屋面斗前格栅帽雨水斗的水深没有达到溢流水位要求，这时就会存在重力流态、两相流态和压力流态。因此格栅帽雨水斗并非真正意义上的重力流雨水斗。满管压力流形成时的斗前水深虹吸斗、87型雨水斗、格栅帽雨水斗分别为78.6mm、92mm、125mm。

2.4 循环冷却水系统

循环冷却水系统在高层建筑中的应用十分普遍，在绿色建筑与节能减排背景下，要求能对循环冷却水系统进行配置，减少对水资源的消耗，同时也要对噪声与振动进行控制，确保能满足该项目的实际需求[4]。将独立的循环冷却水系统分别设置在酒店、办公和裙房商业区。冷却水进、出水温差需合理控制，控制为5℃，冷却塔湿球温度为28.5℃。由于裙房下方为商业区，所以要考虑噪声和震动，可以采用浮筑地台加弹簧减震器应对。在确定循环冷却水量时，可以采用公式（1）。

式中：Q——冷却水量，m3/h；

QK——冷凝器所需置换的热量，kW；

Q0——制冷量，kW；

∆T——冷却水进出口温度差，℃；

K——制冷机自耗功率系数。

2.5 消防系统

该项目采用串联式消防给水系统，消防转输水泵设置在消防泵房内，当遇到火灾避难层消防转输水箱的补水由消防转输水泵供给。串联式消防给水系统具有较强的可靠性，且噪声相对较小。该项目中消防水量可按照表1进行计算。

表1 消防水量

地下4层的生活原水池、屋顶水箱贮存的消防用水量分别为200m3、36m3；地下4层、34层的水箱、65层的水箱、18层及50层的水箱贮存的消防用水分别为200m3、100m3、576m3、18m3。将智能化消防水炮系统设置在高度超过12m的区域，智能化消防水炮系统具有喷射距离远、响应速度快、智能化自动化水平高等优势，在应用中能有效降低火灾带来的危害。

3 建筑给排水节能节水技术的应用

在该项目给排水节能节水设计中，要针对不同的区域设置不同的供水方式，且要求能重视环境保护，要求废水与污水必须经过处理，检测合格后才可以排入污水管道。该项目主要应用了以下几项节能节水技术[5]。

3.1 雨水的再次回收利用

该项目的雨水收集主要集中在高层虹吸雨水排水系统、下沉式广场的雨水收集中。首先，超高层虹吸雨水排水系统。建筑受到周围环境的影响，大部分屋面雨水只能采取虹吸系统，一部分雨水管采用包柱走室外覆土的形式。将虹吸雨水排水系统设置在超高层屋面，为让雨水能顺利排放，要将消能装置设置在雨水立管低区的1～8层部分。其次，下沉式广场的雨水收集。下沉广场的设计不仅能为该项目提供更多场所，还能为项目提供绿化景观，带来优美的视觉享受，但这也增加了雨水处理难度[6]。将400mm宽隐蔽式暗沟设置在各层的下沉广场的轮廓线周边；将DN150的雨水斗设置在暗沟内，雨水斗上设置防护滤网，排入雨水井。采用多台泵的运行方式设置雨水泵，雨水泵2用1备，在雨量较大时3台泵可以同时启动。雨水调蓄池、处理工艺及雨水清水池设置在地下4层，对收集到的雨水进行沉淀、过滤、消毒处理，确保处理过的雨水能满足绿植灌溉、马桶用水等需求。

3.2 太阳能热水器的应用

太阳能属于清洁能源与可再生能源，在现代建筑节能设计中太阳能的应用十分普遍，常见的为太阳能热水器。太阳能热水器由多个元件组成，主要有配水管、循环泵等。热水器也分为真空管型热水器与平板型热水器[7]。真空管型热水器的构造比较简单，价格相对较低，加热可以在玻璃管内直接进行，热水可以运用落水法获取；平板型热水器的冷却相对较差，但其结构、成本与真空管型热水器相同。在该项目中，将太阳能热水器应用在员工宿舍、办公区域的热水供给中。太阳能热水器的应用，能有效降低建筑能耗，达到建筑节能目的。

3.3 选择节水型卫生洁具

节水量需按照LEED评级采取相应的手段，确保建筑总体用水量相对基准建筑能减少20%。在该项目中所采用的双冲水马桶、小便器、盥洗室水龙头、厨房用水龙头、淋浴花洒分别采用3/4.5L/次、0.5L/次、1.2L/min、3.8L/min、6.6L/min；为满足LEED的认证要求，采用食品级不锈钢水箱作为机房内生活水箱，确保全部器具能满足节能节水要求。

3.4 节能型给水加压设备的应用

市政供水二次增压设计中，地下室生活水箱内引入市政供水，然后再应用变频加压装备让水能输送到对应的地点。在该项目中采用无负压式供水装备，目前无负压式供水装备分为稳流罐式与调节水箱式两种，在水泵前装设压力密封罐的是罐式无负压供水设备。这种方式的水泵通过稳流罐吸水，加压后供至用户，在降低对公共供水管网的影响时，所采用的调节设备为稳流补偿器[8]；调节水箱式的稳流补偿器设置在设有不承压的调节水箱内，每天水箱可以在电控装置下循环2次以上，确保水质不变。

采用箱式无负压供水设备，公共供水管网压力≤0.2MPa时，关闭无负压装置，打开无负压进水装置，供水由水箱完成；公共供水管网压力≥0.2MPa时，打开无负压装置，关闭无负压进水装置需延时10min，供水由公共供水管网完成。在设备安装时，需明确安装工艺流程：检查安装池，确保其符合要求→检查设备→在各自基础上固定设备→连接水管与电缆→试运行→调试。

3.5 消防系统的创新设计

该项目属于超高层建筑，所以要对规范的临时高压系统和常高压消防系统进行创新，在不同区域采用不同的灭火形式。该项目中酒店、办公及裙房、65层以上楼层的消防系统分别采用临时高压系统、常高压消防系统、稳高压系统。

临时高压系统可以实现一泵到顶，该技术具有较强的创新性，在地下4层设置酒店消防泵房，最不利点标高、整体高差分别为171m、190m。同时由于避难层设置在7层，且建筑物的造型为“月牙”型，设计时机房面积受到限制；酒店客房层对设备的噪声处理有较高要求，如果设备噪声太大会影响酒店运营；7层的标高、离最不利标高距离分别为31m、140m[9]。通过综合分析，可以采用一泵到顶的临时高压系统。超高层常高压系统的应用，能有效满足该项目的实际需求。常高压消防系统的主要区域为办公及裙房。通过对城市自来水管网的利用，可以节约项目内部机房面积。

超高层建筑使用了高压细水雾灭火系统，这种系统的用水量较小，且具有较高的灭火性能，且二次损害不大，具有较强的综合防灾能力。高压细水雾灭火系统主要运用在网络机房、通信机房、发电机房等区域。酒店B4层、办公区域分别设置1套高压细水雾灭火系统、2套高压细水雾灭火系统。高压细水雾灭火系统的压力在10MPa以上时，采用柱塞泵，系统压力能达到100～200MPa，可以产生DV0.99＜100μm的水雾。

3.6 合理配置减压设备

超高层建筑在使用过程中超压出流问题必须面对，建筑给排水设计过程中通过减压装备的使用有效控制底层水压。该项目中所使用的减压设备配置为可调比例式减压阀。可调比例式减压阀在液压原理下，让阀后压力与阀前压力有一定的比例关系，加压阀由阀体、活塞等组成。在高层建筑消防给水系统中管网上无用水时，要求阀前后压力比在阀门关闭后处于定值。可调比例式减压阀的减压比一般有1.5:1、2:1、3:1和4:1等几种。可调比例式减压阀在选择时要明确出口静压与出口动力，可以使用公式（2）进行计算。

式中：P1—进口压力，MPa；

P2—出口静压，MPa；

α—减压比；

—出口动力，MPa；

β—动压系数。

3.7 中水多次循环使用

中水就是对人们生活中所产生的废水进行处理，让废水达到一定的水质标准后再循环利用。在该项目中中水来源为酒店、办公、餐饮等。中水循环利用可以将其作为城市绿化、道路清洗的水源。中水水量的确定对系统设计、设备选择等具有重要价值，所以建筑物中水源水量的计算为：

式中：Q1——原水水量，m3/h；

α——最高日供水水量对平均日供水水量的折扣系数；

β——建筑物供水水量对排水水量的折减系数；

Qd——最高生活用水水量，m3/h；

b——建筑物分项给水百分率。

同时，也要合理选择中水处理工艺，处理工艺有物化处理工艺、物化处理与生物处理相结合的工艺等，结合项目实际情况选择合适的处理工艺。

4 结束语

综上所述，建筑给排水设计时，选用节能节水技术就是要从节能、节水、水资源的利用、污水处理等多个角度出发，顺应节能减排绿色建筑的发展趋势，让建筑的整体能耗下降，降低水资源的浪费。随着现代科学技术的快速发展，建筑给排水节能节水设计将向智能化与自动化方向发展，这也是未来研究的焦点。