绿色建筑给排水设计的节水措施探究

文／刘福利 清华大学建筑设计研究院有限公司 北京 100084

引言：

我国地大物博，国土面积排在全球第三，但同时我国作为人口最多的国家，人均水资源占有量在国际上排在中下游，可以说我国是淡水资源较为紧缺的国家。为了缓解人口和水资源供给的矛盾，提升水资源利用率、加强水资源重复利用，对推动我国社会经济可持续发展有着重要意义，其中建筑给排水节水就是重点突破方向。绿色建筑以绿色经济发展为核心理念，要求建筑给排水必须要做到资源、能源高效利用，融合生态环保理念，保障建筑工程与自然生态和谐发展[1]。

1.绿色建筑及给排水节水技术相关阐述

绿色建筑是指在工程全寿命周期内，保护生态、节省资源和能源、降低环境污染，为人们提供健康、舒适、环保的建筑空间，最大程度上实现人与自然和谐相处的新型建筑工程[2]。

建筑工程作为一项典型的高能耗产业，每年建筑能耗占据社会整体能耗的30%以上，并且随着建筑功能不断完善，建筑能耗占比逐年增加。这就需要融入绿色建筑理念，积极应用节水技术。

绿色建筑给排水节水技术是指在满足建筑工程日常水供给基础上，最大程度上减少水资源浪费和用水能源损耗，实现水资源高效利用以及资源能源供给均衡的一项技术。节水措施可以从技术上、设备上、产品上等多方面着手，其最终目标是提升给排水系统运行效能。结合目前绿色建筑给排水节水措施应用情况来看，主流措施包括应用新型材料、控制供水压力、控制水损耗等，并且逐渐朝向水资源利用率方面发展，节水技术的应用已经初步步入正轨。加强绿色建筑给排水节水技术的应用，对推动建筑产业可持续发展有着重要意义。

2.绿色建筑给排水设计中节水措施应用原则

2.1 安全性原则

保证建筑给排水运行安全是给排水节水设计的首要原则，如果无法保障给排水系统的安全性，即便给排水系统水资源利用率极高也没有意义。因此，在绿色建筑给排水系统设计中，必须要将安全性原则放在首位，合理设置给排水管道、控制供水压力、控制流量等，加强安全系数的取值计算，保证给排水系统设计足够科学、合理，不会产生爆管、渗漏、无水等情况。

2.2 实用性原则

结合绿色建筑给排水节水设计含义可知，给排水节水措施的应用必须要满足建筑正常水资源供给基础上实施，这也决定了给排水节水设计必须遵循实用性原则。同时，还要确保所采取的节水措施能够正常运作，给建筑居民提供有效的节水服务。因此，在绿色建筑给排水系统设计中，应合理改进计量装置、积极采用新型材料，提升水资源供给的计量精度，更直观的观察到建筑节能效果，根据节能技术措施应用情况持续进行改进。

2.3 创新性原则

绿色建筑理念在上世纪初期就有国外学者提出，但没有受到国际重视，直到21 世纪初期，经济高速发展的弊端愈加显现，各国也开始发展绿色建筑产业。我国绿色建筑发展仅有20 年，本质上依然是一项新兴领域，需要不断开拓创新。而绿色建筑给排水节水设计也应如此。在保证给排水系统设计合理性、科学性之上，积极采用“四新”（新技术、新工艺、新材料、新设备），丰富建筑给排水系统功能基础上，降低水资源浪费量，为建筑居民提供更高质量的用水服务，提升居民的节水意识。

3.绿色建筑给排水设计中节水技术应用整体方案

绿色建筑给排水设计中节水技术应用整体流程为明确问题→确定设计主体→融入节水技术。这3 个方面共同组成了节水技术应用整体方案。

3.1 明确问题

给排水是一个庞大、复杂、系统的工程，每个供水、排水环节均有节水空间，想要实现建筑给排水节水目标必须要找出给排水系统现存问题，并针对这些问题采取节水措施，对新建或改建给排水系统展开优化设计。在明确问题阶段，需要做到以下几点：

（1）找出给排水设计方案中可能存在水资源浪费的领域，并针对性进行节水优化。

（2）给排水设计应满足用水基本需求，最大程度上减少整个给排水系统水资源浪费量。

（3）供水压力是否过大，供水压力与水资源浪费成正比关系，应严格控制供水压力。

（4）针对生活污水、雨水等资源，应考虑二次处理、循环利用，提高水资源利用率。

（5）在给水性能一定的情况下，尽可能降低给水能耗，不仅要实现节水目标，还要尽可能节省电能的投入。

明确给排水系统设计问题之后，采取针对性设计方案，合理选择节水技术措施，为后续节水措施的应用奠定基础。

3.2 确定设计主体

绿色建筑给排水系统中包含诸多功能模块，不同模块的节水措施、设计标准均有所差异，应根据每个模块节水空间确定设计权重，如在卫生器节水设计中，可选用两个方案，一是降低卫生器用水量；二是废水处理后进行中水再利用，第二种方案要比第一种方案更能节省水资源，因此第二种方案设计权重更高，也是优选设计项目。根据不同主次关系确定设计主体内容，并且考虑在各类约束条件下，做到整体节水性能达到最优。结合绿色给排水设计要求，其主要设计主体内容包括以下几点：

（1）供水压力。确保供水压力可满足建筑用户用水需求，确保供水质量。

（2）供水质量。所选用的管材等材料均符合卫生标准要求，不会对水质造成负面影响。

（3）供水稳定性。节水设计中所应用的“四新”必须要保证长期、稳定运行，确保水资源供给稳定性。

（4）水资源利用率。提升水资源利用率是节水措施应用的根本目标。设计中应根据给排水系统结构特性，合理选择设计主体内容，最大程度上减少水资源浪费、提升水资源利用率。

此外，考虑不同建筑工程内部结构不同，因此既有的绿色建筑给排水节水设计方案可以借鉴，但不能原搬照用，应根据建筑给排水宏观条件合理设计节水方案，确保给排水设计主体内容同时满足使用要求和节水要求[3]。

3.3 融入节水技术

在确定给排水设计主体内容后，应根据设计方案选择节水技术。因此融入节水技术中应重点考虑以下几点：

（1）在完成给排水设计框架后，结合绿色建筑理念，对既有设计方案持续改进和升级，找出可进一步降低水资源浪费的主体进行优化设计，创新传统水资源供给方式，对现有资源优化配置，同时做到提升水资源利用率、降低水资源浪费量。

（2）生活废水会直接影响建筑周围环境和人们身体健康，因此尽可能采用废水二次利用措施，降低建筑废水排放量。

（3）采用“四位一体”的给排水节水设计方案，同时考虑给排水系统的质量、效率、环保、安全，确保能够满足多方用水要求。

（4）绿色建筑要求打造安全、舒适、环保的建筑环境，在减少水资源浪费、降低水污染的同时，不得牺牲建筑整体的舒适性、功能性，确保满足人们正常的生活需求。

4.绿色建筑给排水设计中节水措施的应用

绿色建筑给排水节水措施包括采用新型材料与设备、废水处理与回收、供水减压与调节、新能源应用4 个方面。其主要表现为：

4.1 新型材料与设备

4.1.1 采用新型材料

为了保障居民饮水安全，自来水厂所提供的水会加入氯气消毒，而氯气与水融合会生成游离氯离子，带有一定的腐蚀性，特别是管道连接、阀门处是重点锈蚀区域，所采用的不锈钢管长期锈蚀会产生漏点，从而出现水资源渗漏问题。并且，金属管道锈蚀会增加水流阻力，增加水流传递损耗，还会导致锈蚀污染。因此应选择新型材料，以化学性能稳定的管材为主，如铝塑复合管的抗腐蚀性就非常强，可减少金属管锈蚀带来的负面影响，降低渗漏几率，减少水资源浪费。也可以使用非金属管材，如PP-R 管材、PE 管材等，这些管材施工便捷、可塑性强，在目前新建工程给排水施工中应用十分广泛。

4.1.2 采用新型用水设备

建筑工程中的用水设备包括水龙头、卫生器等，用水设备是水资源消耗的终端设施，也是主要的耗水部位。传统直流水龙头出水量过大，往往供大于求，对此可选用瓷芯水龙头、充气水龙头，这些水龙头受到供水压力时可自动调压，避免水流高压喷射而出，相比传统直流水龙头可节省20%以上水资源，减少水资源浪费量。卫生器作为耗水大户，节水原则上应保证安全用水的情况下，最大程度上减少水用量。如漩涡虹吸式座便器，虽然水箱容量小，但进行冲水的时候水流是沿池壁形成旋涡，这样就加大了水流对池壁的冲洗力度，同时也加大了吸力，比较容易把马桶内脏东西排出，让马桶一直保持干净整洁，不容易滋生细菌[4]。可见，合理选择用水设施，对减少水资源浪费有着重要意义。

此外，储水箱、蓄水池作为给排水系统中的重要设施，在过去水箱多是采用不锈钢材质，一旦不锈钢表面氧化膜被破坏就会遭受自来水腐蚀，锈蚀物溶解水中会造成水体污染、重金属超标，并且锈蚀面十分粗糙，容易吸附有害细菌。因此，储水箱、蓄水池可采用玻璃材料等新型材质制作，避免金属锈蚀问题。对于大型蓄水池，依然需要采用钢砼结构，可以在自来水接触的内壁上贴一层内衬，如陶瓷砖、玻璃砖等耐腐材料，同样可避免出现水污染情况。所有水箱连接或安装辅助设置部位均采用封闭装置，避免封闭不严产生泄露。

4.2 废水回收与处理

废水回收可实现水资源利用的最大化，让废水“变废为宝”，可同时减少废水排放量和提升水资源利用率。废水回收需要采用无公害处理系统，该系统可设置建筑屋顶或地下室，包含过滤、清洁、消毒、祛味、存储、泵送等多个模块，设置独立的排水系统，卫生器排水管连接市政污水管、水池（洗手池、洗碗池）连接废水回收管，用于回收生活废水，将处理后的废水用作冲洗卫生器、小区洗地、植被浇灌。在废水回收系统运行中，将收集到的生活废水存储到沉淀池中，在池内过滤掉杂质，杂质直接排放市政污水管，过滤后的水流入到清洁系统、消毒系统、祛味系统净化，通过水泵将处理后的水存储到水箱中以备后用。存储系统中安装水质检测仪，如果某个阶段建筑废水污染浓度过高，处理过的水污染浓度依然无法达到二次使用要求，则系统自动将存储水排放到市政污水管中[5]。

4.3 供水减压与调节

给排水系统的给水量与给水压力成正比关系，也就是供水压力越小、出水量越少，很多用户用水习惯将水龙头开到最大，增加了水流量导致水资源浪费严重。此外，长时间高压用水会给用水设备、管道造成较大的冲击，可能会造成设备或管道损坏产生水泄露。因此可适当降低供水压力，在满足用户用水需求基础上，降低浪费。依然以卫生器为例，传统一次性冲水卫生器的最高出水压力可达500kPa 以上，冲水量非常大；而新型涡流增压卫生器最高出水压力为300kPa，最低压档位水压仅为100kPa，并且借助涡流增压清洁效果更好，理论上可节水40%左右。可见适当减压和灵活调压的重要性，可通过进一步优化水泵-水箱系统起到调压作用。

水泵-水箱系统是通过水泵将市政供水管水传输到水箱中，传统水泵-水箱系统采用了定频水泵，水流、水压无法人为控制，从而提高了水资源浪费量。而配备二次供水设备，借助变频水泵、压管供水方法，可根据建筑用水量自动调节水压，避免高峰期用水不足、低谷期用水过多等情况。变频水泵是根据用水量对运行功率进行实时无极调节，可借助变频气压、变压变量的方法实现调节功能，在早高峰、晚高峰期间，自动提升水泵运行功率，提升供水压力，满足用户用水需求，在用水低谷期系统自动降低水泵运行功率，降低供水压力，用户即便将水龙头开大最大也不会产生剧烈冲击，从而达到最佳节水效果。在实际运行中，用水低谷期用水压力可能不到水泵额定压力的20%，长时间低压运行可能造成水泵运行参数偏移问题，可采用大小 泵组合方案，在设计前期应根据建筑用水低谷期水量变化规律调试水泵参数，也就是变频水泵传感器一旦检测到建筑用水压力不超过水泵额定压力的20%时，自动开启小流量水泵供水，在用水高峰期，随着水流量增加，系统自动关闭小流量水泵，开启大流量变频水泵供水[6]。该设计方案不仅能够减少水资源浪费问题，并且变频水泵能效更高，可减少电能损耗。

4.4 新能源应用

4.4.1 新能源技术选择

节水与节能二者相辅相成，给排水节水设计的同时，也要注重系统的节能性。特别是在热水供应方面，热水加热需要消耗掉大量电能，并且用户放水时先出冷水、后出热水，导致这部分冷水被浪费掉，如何解决冷水浪费、降低热水能耗是需要重点考虑的问题。针对此类问题，科学采用新能源技术是不错的选择。给排水供热系统可分为局部热水供应、集中热水供应。局部热水供应主要热源包括空气源热泵、燃气等，例如燃气热水器可通过用户燃气管道实现水加热功能，也可以采用低能耗储热式电热水器，以最小的能耗获取热量。集中热水热源包括太阳能、地热能、工业余热能，应根据地区自然情况合理选择，如南方地区多雨、地热能丰富，将地热能作为热源；北方降水少、光照时间长，可采用太阳能作为热源，也可以借助锅炉供暖系统中的热水、蒸汽作为热源[7]。无论是采用哪种热源方式，均对节能节水有一定的益处。

4.4.2 热水供应系统设计

热水供应系统除了要减少电力能源的消耗量，还要考虑如何减少用户用热水时前期冷水排放量问题，应同时做到节能节水。热水供应系统设计应从以下几点出发：

（1）集中热水供应系统设计中，可增设热水回水管道，如果业主要求给排水系统全天候提供热水，要同时设置循环泵系统干管、立管热水循环，并配备支管热水循环，保障支管水稳达到用户使用需求。特别是对于供热水管道较长的用户，由于管道中会储存冷水，获取热水需要现将冷水排除造成水资源浪费，而设置支管热水循环系统可以对管道水起到预热作用，用户只需放出很少冷水即可获取到热水。

（2）很多给排水系统设计中采用了循环系统，但由于该系统无法实现同程循环功能，循环效果差，难以起到明显的节水作用，因此设计中应重点考虑管道同程布置，设置温度平衡阀方案，加强热水循环效果，避免热量流失，独立系统更容易维持冷热平衡。

（3）热水循环系统布管设计中，应尽可能减少短路循环设计内容，应尽可能减少管路转角，保障水流畅通，提升热循环效果、受热均匀性，让建筑不同区域均可获取一定温度的热水。当然，热水系统的水温并非越热越好，如果温度长期维持在60℃以上，对系统附件要求高，增大系统安全隐患[8]。

（4）虽然建设热水系统会增加建筑前期投资成本，但后续节水、节能措施充分设置后，对减少建筑给排水能耗、损耗有着极大助益，让居民生活用水更加舒适。

结语：

综上所述，绿色建筑是我国建筑工程领域重要的发展方向，给排水作为能源、资源消耗大户，在节水方面有很大的发展空间，这就需要结合建筑给排水结构特点，针对性采取节水技术，积极降低水资源浪费和电能损耗，合理采用新材料和新设备、科学调节供水压力、加强生活废水回收利用、提高新能源应用占比，从提升水资源利用率，减少废水排放量，做到建筑工程与自然环境和谐相处，推动绿色建筑产业可持续发展。