浅议建筑给排水节水节能设计

姜 旭 升

(上海环境工程设计研究院有限公司，上海 200072)

0 引言

《中华人民共和国水法》于1988年1月21日首次实施执行，并先后于2002年、2009年、2016年经过三次修订。其中第八条明确规定：国家厉行节约用水，大力推行节约用水措施，推广节约用水新技术、新工艺，发展节水型工业、农业和服务业，建立节水型社会[1]。《中华人民共和国节约能源法》于2008年4月1日起施行，GB 50555—2010民用建筑节水设计标准也于2010年12月1日起实施。随着各国家级节水节能法规及标准的陆续发布实施，各省市也相应推出了具体详细的节水节能地方法规及措施。设计人员在进行建筑给排水设计时采取必要的节水节能措施不仅是合法合规的要求，更是适应环保发展趋势，建设低能源消耗社会的要求。

节水与节能是相辅相成的。节水的同时即意味着节能；节能，也蕴含着节水。

1 充分利用市政供水压力

《城镇供水服务》中规定供水管网末梢压力不应低于0.14 MPa，一般市政给水管网压力在0.2 MPa～0.4 MPa之间。除了少数低层建筑供水可直接由市政管网压力供给外，大多数建筑均需增设加压泵供水。以往多采用低位水池→水泵→高位水箱方式供水。这种模式下市政管网的压力在水池处被白白释放掉了，没有得到有效利用。从节能角度考虑，合理的供水模式为建筑低层(3层以下)直接利用市政管网水压供水；超过3层的楼层由叠压变频供水设备在市政管网压力基础上加压供水。这样高低区均能充分利用市政管网压力，减少电能消耗，达到节能效果。

2 合理设置变频供水机组中辅泵及气压罐

叠压变频供水一般分为恒压变流量和变压变流量两种模式，实际应用中以恒压变流量模式居多。应当引起重视的是小流量运行时的节能水平是决定变频供水设备节能效率高低的关键因素之一。若只是依靠变频主泵低速运转来保证管网恒压，虽然与工频运行相比具有一定节能效果，但并不能做到“不用水，不耗电”，还不是彻底的节能。在变频供水机组设置气压罐及小流量辅泵可以在用水极少的情况下使变频主泵进入睡眠状态，由辅泵供水，直至辅泵也进入睡眠状态，达到最大程度节能。因此，笔者认为，除变频主泵外，小流量辅泵及气压罐是变频供水机组不可缺少的节能关键设备。

设置小流量工频辅泵和气压罐供水造价适中，目前应用较多；设置小流量变频辅泵和气压罐供水比前者多了一台辅泵变频器成本，目前在应用规模上略少，但更符合节能趋势。辅泵是否变频可视具体项目投资情况决定。设置辅泵和气压罐的变频供水机组具体配置为：

3台～4台主泵，其中1台备用，设1台主泵变频器；1台～2台小流量辅泵，其中1台备用或无备用，可设1台辅泵变频器或不设变频；1个气压罐。

下面对辅泵选型及气压罐调节容积做简要阐述。

2.1 辅泵选型

2.1.1辅泵流量确定

辅泵流量通常可按照单台主泵设计流量的1/3～1/2直接选取。

2.1.2辅泵扬程确定

辅泵扬程的确定按系统供水规模分两种情况，设计者需根据不同情况分别认真计算确定。

对规模较小的供水系统(如普通单体建筑的独立供水系统)来说，最不利供水管路较短(一般不超过150 m)，辅泵扬程与主泵扬程差别不大，可以近似参照主泵扬程来确定辅泵扬程，主辅泵运行时所需水头一般相差在5 m H2O以内。

对规模较大的区域供水系统(比如小区供水泵房)来说，最不利供水管路较长(一般大于500 m)，由于辅泵运行时系统流量较小，整个管路水头损失将比主泵运行时小很多(主辅泵扬程差别一般超过10 m H2O)，这时辅泵扬程应另行计算，不能再按主泵扬程选泵，以利节能。

2.2 气压罐调节容积确定

气压罐调节容积与辅泵流量有关，可按如下公式计算确定：

Vt=αa×Qb×3 600/(4nb)。

其中，Vt为气压罐的调节容积，L；Qb为辅泵额定流量，L/s；αa为安全系数，宜取1.0～1.3；nb为辅泵在1 h内启动次数，宜取6次～8次。

3 出水压力控制

在同等条件下，同一用水器具配水管处水压越高单位时间内的出流量就越大。从使用功能上来说，并不是水压越高越好。美国《洲际旅馆卫生工程》中明确规定，最不利点卫生器具处的服务压力应经常维持在0.15 MPa±0.05 MPa。日本提出舒适流量的概念，也就是对用水器具的出流量进行控制，使其在满足用水需求的同时不出现出水冲击和溅水。具体而言，各种水龙头的适宜流量为0.13 L/s～0.17 L/s，我国《建筑给水排水设计规范》中所规定的额定流量也基本在这一范围内。所以我国《民用建筑节水设计标准》明确规定各用水点供水压力不应大于0.2 MPa。我国《建筑给水排水设计规范》中关于用水点处压力要求主要有两条：一是规定了各种卫生器具的最低工作压力；二是规定静水压大于0.35 MPa的入户管宜设减压或调压设施。设计人员在进行工程设计时往往认为只要满足最低压力及最高压力要求就可以了，而对于用水点处压力大于0.2 MPa的情况不太关注，这样就对水的浪费造成一个潜在的机会。对此，我们可以具体的计算加以比较。假设同一管路减压前压力为0.3 MPa，减压后压力为0.2 MPa，根据流体力学公式：

其中，v2为减压后管道流速，m/s；v1为减压前管道流速，m/s；P2为减压后管道水压，MPa；P1为减压前管道水压，MPa。

计算可知理论节水量为18%。所以从节水角度考虑，给排水工程师在进行设计时应对供水点压力进行精细控制，杜绝潜在的水浪费漏洞。

4 太阳能—空气源热泵联合热水系统

建筑热水传统热源主要为燃料类(天然气、管道煤气、煤、柴油等燃料)及直热式电热水器。这类热源的普遍特点是热效率低，污染严重。太阳能作为一种清洁的环保能源已广泛应用于生活热水系统。太阳能热水系统工作时除维持管路水循环的电力输入外不再需要额外的能耗，理论上是一种最节能的热水制备系统。但是，太阳能系统目前还具有占地面积大、受气候条件影响大、出水温度不稳定等缺点。空气源热泵经电力做功可将从空气中获取的低品位热能转化为可供利用的高品位热能，其热效率一般都能达到300%以上，同时具有占地面积小、布置灵活等特点。太阳能—空气源热泵联合热水系统利用太阳能集热器产生的低温热水作为空气源热泵的辅助热源，改善热泵的运行工况，使两者都在较稳定的高效条件下工作，这种组合形式的热水系统能够保证全年全天候的热水供应。

太阳能—空气源热泵联合热水系统运行原理如图1所示。

太阳能—空气源热泵联合热水系统工作原理：

1)当水箱温度T3低于设定温度8 ℃时空气源热泵及热泵循环泵自动启动运行；当水箱温度T3达到设定温度时，空气源热泵及热泵循环泵停止运行，进入待机状态。

2)当太阳能集热器出水温度T2大于水箱温度T3 5℃且T3小于设定温度时太阳能循环泵自动启动运行；当集热器出水温度T2与水箱温度T3温差小于2 ℃时太阳能循环泵停止运行。

3)补水控制：当水箱水位低于低水位时进水电磁阀开启，进行补水；当水箱水位达到高水位时进水电磁阀关闭，停止补水。

5 雨水利用

传统的雨水设计只是将雨水进行简单外排，既浪费了潜在的水资源，又增加了雨水外排的能耗。雨水就地下渗和雨水再生利用是雨水设计节水节能的两种方式。

5.1 雨水就地下渗

在进行雨水设计时给排水专业应与总图、园林等专业密切配合，尽量降低建成后场地雨水径流系数，减少雨水外排量。主要措施有：

1)降低建设区域总径流系数。道路铺装选用新型透水性材料，比如多孔沥青、透水性混凝土、透水砖等。

2)为雨水截留创造条件。与总图、绿化等专业配合，设计下凹式道路绿化带，将雨水口设在低于道路路面的绿地内，使雨水进入雨水口前先经过绿地进行充分吸收下渗。采用渗透式雨水管道，增加雨水在绿地内的渗透量，减少雨水外排量。

5.2 雨水再生利用

1)为降低处理成本，收集再生的雨水主要为屋面雨水。

2)《建筑与小区雨水利用工程技术规范》中规定雨水储存设施的有效储水容积不宜小于集水面重现期1年～2年的日雨水设计径流总量扣除初期径流弃流量[2]。针对雨水储存设施有效容积，笔者建议应根据项目所在地区降雨气候特征区别对待。当可收集降雨量少于需水量时，可按降雨量确定雨水储池容积；当可收集降雨量大于需水量时，可按需水量确定雨水储池容积。

6 采用节水型生活用水器具

所谓节水型生活用水器具是指比同类常规产品能减少流量或用水量，提高用水效率、体现节水技术的器件、用具[3]。随着我国制造业的飞速发展，各种形式的节水型用水器具在建筑中已经被普遍应用。建议在保证使用功能的前提下优先采用小容积水箱大便器、光电控制式自动冲洗小便器、光电控制式水龙头等。同时还应注意使用新型管材、管件、阀门，杜绝因使用劣质管道材料而造成的跑冒滴漏等，使每一滴水都物尽其用。

7 结语

水是生命之源，是弥足珍贵的。国家在为提高广大市民的节水意识做努力，建筑给排水设计人员更应该将节水节能的理念融入并体现到自己的工作中，为达成低能耗型社会做出自己的贡献。