建筑给排水节能节水技术及其应用分析

张殿伟

建筑给排水系统在现代社会中占有重要地位，不仅提供供水和排水服务，还承担着能源消耗和水资源利用的任务[1]。随着城市化进程的不断加速和建筑数量的快速增长，建筑行业的能源消耗和水资源使用问题已引起广泛关注。因此，建筑给排水系统的节能和节水已经成为迫切需要解决的问题，既涉及环境的可持续性，又关系到资源管理和社会发展。

1 给排水节能节水的意义

1.1 促进环境保护与可持续发展

随着城市化进程的加速和人口增长，建筑行业对水资源的需求日益增加，由此带来水资源过度开发和环境污染问题，对生态系统造成严重破坏。为解决此类问题，建筑给排水节能节水技术的应用变得尤为重要。具体为：第1，通过采用高效的给排水系统设计、雨水收集和回用技术以及水循环利用系统，建筑行业可以减少对地下水和地表水的依赖，从而保护水资源，减轻生态系统压力。第2，水处理和运输需要大量能源，尤其在大型建筑中。通过优化给排水系统的设计和运行可以显著降低能源消耗，减少与水处理和供应相关的碳排放。第3，通过采用现代化水处理技术和智能水表等设备，可以有效监控和控制水资源的使用，避免浪费。

1.2 提高经济效益与成本效率

建筑给排水节能节水技术通过提高资源利用效率和减少运营成本，可为业主和使用者带来显著的经济收益。具体为：第1，高效的给排水系统、智能水表和雨水回收系统等技术能够减少建筑对市政供水的依赖，从而直接降低水费支出。通过使用节能设备和材料，可以大幅减少建筑能源消耗，进而降低能源费用。节约的费用不仅在短期内减轻了业主和用户的经济负担，也为其带来持续的经济收益。第2，节能节水技术虽然需要支出初始资本，但是通常在不久便能够得到收益回报。随着水电费用的节约，投资回收期也逐渐缩短。同时，节能节水技术还能够减少建筑的维护成本并延长其使用寿命，这些长期收益均超过了初始投资成本。第3，在环境保护和可持续发展下，节能节水建筑能够提高其市场价值，进而促进绿色建筑和可持续建筑概念的普及。

1.3 提升社会责任与公众意识

对于建筑给排水节能节水技术，提升社会责任与公众意识不仅局限于技术层面，更深入到社会文化和环境伦理的层面，涉及对水资源可持续利用和环保意识的普及教育。具体为：第1，在现代社会，企业的社会责任愈发受到公众和消费者的重视。建筑行业作为资源消耗和环境影响较大的行业之一，其在节能节水方面的努力能够显著提升品牌形象，树立行业典范，从而推动整个行业向着更加绿色和可持续的方向发展。第2，节能节水技术在建筑中的广泛应用，不仅是静态的技术存在，更是向公众传递环保理念的载体。居民和使用者在日常生活中将直接体验到节能节水技术带来的益处，从而逐渐形成节约资源的习惯和意识。第3，随着公众对于生活质量的要求提升，环境友好型技术成为越来越多人的选择。这一趋势鼓励公众更加积极地参与到环保活动中，进而提升整个社会对环境保护的重视程度。因此，建筑给排水节能节水技术不仅提升了建筑行业的环保形象和社会责任，也促使公众接受环保理念，进而在更广泛的层面推动环境保护和可持续发展的进程。

2 给排水节能节水技术的应用原则

2.1 资源最大化原则

资源最大化原则不仅局限于物理资源的有效利用，更包括技术、经济和社会维度的综合考虑，旨在通过全面而高效的资源管理，实现环境与经济的双赢。第1，在技术层面，资源最大化原则强调利用先进技术方法提高给排水系统的效率，包括运用高效的水处理和回收技术以及智能化管理系统来监控和调节水资源的使用，从而最大限度减少水资源浪费，同时保证给排水系统稳定运行。第2，在经济层面，资源最大化原则关注成本效益最优化。在选择和实施节能节水技术时，需充分考虑投资回报率，确保技术实施不仅在环境上可行，在经济方面同样合理。第3，在社会维度中，资源最大化原则还强调公平和可持续的资源分配。在实施节能节水技术时，应考虑不同群体对水资源的需求，采取一种全面平衡的方法，确保资源利用不仅满足当前所需，而且不会影响未来资源的利用[2]。

2.2 效率优化原则

效率优化原则不仅仅强调单独设备的工艺效率，更要考虑设备之间的协同作用以及整个系统的综合效率，包括水的获取、使用、处理和排放的全过程，要求在设计与实施的各个环节中考虑和优化资源的使用效率，确保水资源的合理利用。例如，在选择给水和排水设备时，需考虑其单独的节水效果以及与系统中其他设备的配合，确保整个系统高效运作。在实施效率优化原则时，还应考虑系统长期运行效率。在设计阶段采用先进的技术，在运营阶段持续关注系统的维护和升级，以应对环境变化和技术发展带来的新挑战。

2.3 环境适应性原则

环境适应性原则的核心理念在于使给排水系统能够灵活适应不同的环境条件和需求。在设计和实施给排水系统时，必须考虑建筑所处的地理位置、气候特征、水资源状况以及社会经济背景。该原则倡导对环境敏感、能够与周围环境和谐共存的设计思维。环境适应性原则要求设计师和工程师在规划和实施过程中，应深入理解并充分考虑当地的环境特征。例如，在干旱或水资源稀缺的地区，设计应特别强调水的节约和再利用，而在雨量丰富地区则应重视雨水的有效管理和利用。该原则还涉及与当地生态系统的协调。这意味着给排水系统的设计和运营不仅要满足人们的需求，还需尽量减少对自然生态的干扰和破坏。环境适应性原则强调社会经济因素的考量。在设计给排水系统时，需要考虑当地居民的生活习惯、经济能力和文化特性，确保技术方案的可接受性和适用性，进而增强社区参与感。

3 新型节能节水技术在建筑给排水工程中的应用

3.1 高效节水装置的应用

在建筑给排水工程中，高效节水装置主要包括低流量洁具、感应式龙头、节水淋浴系统等，旨在最大限度减少水的使用量，同时保持使用的舒适度和效率。在应用过程中，技术人员需要密切关注流量控制、安装参数、水压设定等数值，以确保装置能够有效节约水资源。

1）在流量控制方面，技术人员需确保装置的流量设置符合节水标准。例如，传统淋浴头流量通常在9.5 ～15.0 L/min，而节水淋浴头则将流量降至6 L/min 以下，意味着可以节省40%～60%的水量。而节水型马桶，其冲水量的标准应从传统的9 ～13 L调整至4.8 L 或更低，从而显著减少用水量。在安装参数方面，技术人员需要精确调整感应式水龙头和自动冲洗系统的安装高度和感应距离。例如，感应式水龙头的理想安装高度通常为洗手盆上方30 cm 左右，而感应距离则应在10 ～15 cm。精确的安装参数有助于提高设备的反应灵敏度，减少误操作，实现有效节水。水压设定也是节水效果的一个重要因素。节水装置的理想工作水压通常在2 ～4 Pa。若水压过高，可能导致水流量超出节水标准，而水压过低则可能影响用户体验。因此，技术人员需要通过调节阀门或安装减压阀来确保水压处于最佳范围内。

2）在实际操作中，技术人员还应关注节水装置的实际节水效果。例如，通过安装节水装置后，建筑的日均用水量应比安装前显著下降，该数据需要通过实时监测系统来跟踪和记录。对于大型建筑，节水效果更明显，节水量可能达到每天数百甚至数千升。另外，技术人员应定期检查装置是否存在泄漏或堵塞，是否需要调整流量或水压，以确保装置长期稳定运行并保持高效的节水效果[3]。

3.2 雨水回收与利用技术的应用

在建筑给排水系统中，雨水回收与利用技术主要涉及收集、储存和利用降雨产生的雨水，用于灌溉、冲厕、清洁等非直接饮用的场合。施工人员在实施雨水回收系统时应遵循一系列专业的技术路径，以确保系统的高效性和安全性。

雨水收集效率的计算至关重要。如某建筑物的屋顶面积为1000 m2，年平均降雨量为800 mm，在理论上年雨水收集量可通过以下公式计算：

式中：Q为年雨水收集量，m3；S代为屋顶面积，m2；P为年降雨量，mm。

将数据代入式（1）计算可知，年雨水收集量为800 m3。但是，实际收集量还需要考虑收集效率，通常为80%～90%，即实际收集量为640 ～720 m3。

储存容量确定同样不容忽视。以建筑物的日均用水量和雨水的可用天数为依据，技术人员需要计算足够的储存容量。例如，如果建筑的日均用水量为5 m3，雨水可用天数约为200 d，则所需的储存容量至少为1000 m3，才能确保雨水在无雨期间持续使用。

需精确计算雨水处理和利用的技术细节。例如，在用雨水冲厕时，每次所需水量约为4.8 L，如果每天冲厕100 次，则所需雨水量为480 L。该计算有助于技术人员评估雨水利用的实际需求和效果。在雨水收集系统的设计和安装方面，技术人员需考虑管道直径、过滤系统等参数。例如，管道直径的选择应基于最大降雨强度和屋顶面积来计算，以确保雨水可以快速有效地被引导至储水设施中。同时，过滤系统的设计还需考虑雨水中可能含有的杂质和污染物，确保收集的雨水达到再利用标准。

3.3 智能水管理系统的应用

智能水管理系统通过集成先进的传感器、自动化控制技术和数据分析工具，能够实时监测、管理和优化建筑内水的使用情况。第1，技术人员应考虑建筑用水特征。例如，如果建筑日均用水量为2000 m3，那么系统设计应能够处理和监控这一水量级，传感器的选择和布局成为关键。水流量传感器的精度通常需要在±1%的误差范围内，以此确保数据的准确性。第2，在系统配置方面，技术人员需根据建筑的具体用水需求设定参数[4]。例如，智能灌溉系统能够根据土壤湿度和天气预报自动调整灌溉计划。如果土壤湿度传感器设定的阈值为30%～50%，当土壤湿度低于30%时，系统自动启动灌溉。而当湿度高于50%时，系统则停止灌溉，以此实现水资源的高效利用。第3，智能水管理系统还包括实时监控和数据分析功能。技术人员需关注系统生成的数据报告，如每小时的用水量、压力变化、温度等。如果监测到某一时段的用水量异常增加，则表明系统可能存在泄漏或其他问题，应及时响应。同时，系统用户界面设计要考虑数据的可视化和易用性。技术人员应确保系统界面能够清晰显示实时用水量、历史数据趋势等关键指标，方便用户监控和管理。

3.4 废水处理与再利用技术的应用

建筑废水处理与再利用技术旨在将来自建筑活动的废水，通过一系列处理过程转化为可再利用的水资源，从而减少对传统水源的依赖，提高水资源的循环利用率。在实施这一技术时，技术人员需准确计算建筑废水的产生量[5]。例如，一个中型办公楼每天废水产生量约为5000 L，技术人员需确保废水处理设施的设计容量不小于该值。需要考虑处理设施的冗余能力，以应对可能的用水量波动或未来用水量的增加。在水质参数方面，技术人员需根据目标用途设定相应的水质标准。

若计划将处理后的废水用于冲厕和园林灌溉，需确保其浊度、化学需 氧 量（Chemical Oxygen Demand，COD）、氨氮等指标符合相关标准。例如，处理后废水的COD 值应低于100 mg/L，以满足再利用要求。此外，系统的设计和运行还应考虑废水中污染物的种类和浓度。若进入处理设施的废水中氨氮浓度为25 mg/L，而出水标准要求氨氮浓度低于至10 mg/L，则处理系统需要具备至少将氨氮浓度降低15 mg/L 的能力。在系统维护方面，技术人员需定期监测和记录进出水COD、氨氮浓度、总悬浮固体（Total Suspended Solids，TSS）等关键指标，以评估系统的运行效果，以确保处理质量符合标准。

3.5 建筑排水热回收技术的应用

建筑排水热回收技术通过回收建筑排水中的热能来减少能源消耗和水资源浪费。为此，技术人员应先评估建筑物的排水量、温度、流速等参数，确定排水系统的特点。例如，一栋居民楼的热回收系统可能需要考虑每天的热水使用量，其平均温度为35 ～40 ℃，流速则取决于建筑物的具体排水设计。然后再选择合适的热回收设备至关重要。目前，市场中的热回收装置种类繁多，技术人员需根据建筑物的具体需求和排水特性来选型。对于住宅建筑，较为常见的是管式换热器或板式换热器。其中管式换热器以其结构简单、维护方便而受到青睐，板式换热器则以高效的热交换性能著称。因此选择时不仅要考虑换热效率，还要考虑设备的耐用性、安装和维护的便利性以及成本效益。系统的设计与安装也是实现高效热回收的关键，技术人员需根据建筑的热回收系统布局、管道尺寸和材质选择，以及与现有给排水系统的接口方式等具体条件设计出最佳的热回收方案。如一栋新建的商业大厦的热回收系统可能需要设计为集中式，管道直径应达到100 mm，以保证足够的流量，而材质需选择耐腐蚀的不锈钢材料。

同时，系统设计还应考虑长期运行中的能耗和维护成本，以及优化流速、温度差等操作参数，以保证系统的高效运行。技术人员应配置温度传感器、流量计等先进的监控系统，用于监测关键参数，及时调整操作策略。监控系统需安装在热交换器的进出口处，以精准测量温度计算出实时的热回收效率。

4 结语

为促进建筑行业的可持续发展，应在实践中积极采用高效节水装置、雨水回收与利用技术、智能水管理系统以及建筑废水处理与再利用技术，并与政策制定者、研究机构和行业伙伴合作。未来研究应继续深入探讨新技术的发展和应用，进一步提高建筑给排水系统的效率。