夏热冬暖地区大型公共建筑新型节水节能关键技术研究

黎宝林

（广东省建筑设计研究院有限公司，广东 广州 510010）

0 引言

公共建筑具有体量大、人员集聚、资源消耗巨大、节能节水潜力巨大等特点[1]。将其设计成绿色建筑正是顺应了时代发展的需求，采取新型节水节能措施，同时保证人们在其中工作、活动时健康、舒适，意义重大。为此，本文结合3 个夏热冬暖地区大型公共建筑案例实际情况，阐述多项新型节水节能措施，探讨了绿色建筑实施途径。

1 项目一：某大型商业办公楼

该大型商业办公楼采用的新型节水节能技术有ETFE 膜采光顶蒸发冷却降温隔热系统、太阳能热水系统、非传统水源利用、水箱自动清洁系统。

1.1 项目概况

某大型商业广场位于广州市白云区云城东路与云城西路之间，总用地面积约45 280 m2，总建筑面积为185 643 m2，容积率为2.5。

1.2 ETFE 膜采光顶蒸发冷却降温隔热系统

建筑的耗能水平与外围护结构的设计直接相关。要减少建筑耗能，就必须合理设计建筑围护结构，使建筑物在冬季减少热量散出室外，夏季隔绝热量进入室内，从而使室内温度时刻处于适宜状态，同时也减少采暖、制冷设备的使用，达到节能目的[2]。本项目在建筑中庭ETFE 膜采光顶部设置蒸发冷却降温隔热系统。该设置已获得国家实用新型专利[3]。当该技术利用ETFE 膜采光顶内、外表面温度传感器检测达到限定温度后，楼宇自动化系统发出指令，智能蒸发冷却降温隔热系统启动（当检测表面温度少于限定温度后，系统自动关闭），喷出雾化颗粒，吸收膜表面热量，并落到采光顶表面形成水膜，雾化颗粒和水膜，减少采光顶的热辐射和表面的温度，从而降低中庭室内温度，减少室内空调系统能耗，提高室内的舒适性，改善场地微气候的热岛效应。

ETFE 膜采光顶蒸发冷却降温隔热系统可减少屋顶ETFE 膜的太阳辐射强度（最大值为862.6 W/m2，平均值为276.6 W/m2），还能有效降低外表面温度，当外表面温度高于35 ℃时，该蒸发冷却降温隔热装置可使外表面温度下降10～15 ℃，中庭空调能耗下降15%，每年项目节电26.45 万kW·h，减少二氧化碳排放139.42 t。

设计参数如下：水幕喷嘴采用喷雾喷嘴，广角型，其性能参数为工作压力达到0.40 MPa，流量为4.6 L/min，覆盖角度为130°。A 塔共有206 个喷嘴，最多同时开启喷头数为103 个，总流量为8.05 L/s，设计流量取9 L/s，水箱有效容积为2.8 m3。B 塔共有108 个喷嘴，最多同时开启喷头数为54 个，总流量为4.29 L/s，设计流量取5 L/s，水箱有效容积为1.8 m3。自动降温系统原理如图1所示。

图1 自动降温系统原理

1.3 太阳能热水系统

太阳能属于可再生资源，而太阳能热水系统是太阳能利用中经济价值优、技术成熟的一种能源利用方式[4]。本项目生活热水采用太阳能热水系统，A塔6 层的卫生间淋浴间采用太阳能+电热水器（带自循环泵）系统，有效保证了热水系统水温稳定和供热效果，整套设备可实现自动控制，高效节能，无须专人维护。采用太阳能供应热水系统比传统的电加热方式省电75%。

设计参数如下：热水循环水泵型号为GR32-120型，一用一备，流量为10 L/s，扬程为10 m，功率为0.55 kW。热水回水循环水泵型号为GDR25-10 型，一用一备，流量为15 L/s，扬程为15 m，功率为1.0 kW。

1.4 非传统水源利用

该大型商业办公楼工程的非传统水源来自雨水回用水、空调冷却水和冷凝水排水、人工戏水池排水，回收处理屋面雨水和空调冷却水、冷凝水排水，并且水质达标后，可为冲厕、景观、绿化及车库、地面冲洗提供用水。与其他设置雨水回用的项目对比，非传统水源的利用增加了空调冷却水及冷凝水的回收，既解决了非雨季期间的非传统水源的来源问题，又避免了直接排走空调凝水的浪费，并通过置换的方式，将本来接入雨水收集池的自来水补水先接至冷却水系统，提高了冷却水循环系统的水质，减少冷却水系统加药装置的使用次数，环保节能。

1.5 水箱自动清洁系统

该大型商业办公楼采用生活水箱自动清洁系统，生活泵房内设置自洁设备，在生活水箱内安装清洗喷嘴，通过选择阀门每次只冲洗一个水箱。水泵出水管后设置紫外线消毒器，确保供水水质满足饮用水卫生标准。

2 项目二：某市委党校项目

该市委党校项目采用的新型节水节能技术为近零水排放设计。

2.1 项目概况

某市委党校项目位于三亚市吉阳区学院路龙泉山谷。本项目用地面积为129 282.92 m2，总建筑面积为99 599.24 m2，绿地率为45%，容积率为0.6。

2.2 近零水排放设计

中水回用技术是新时期城市应对水资源短缺问题的重要措施。了解中水回用系统组成、技术类型、应用价值的基础上，探究发展和推广中水回用技术的有效策略具有重要的现实意义[5]。

校区生活污水通过党校内污水收集管道收集后，进入全地埋式污水处理站进行处理，处理达标后用于校园内绿化浇灌、道路冲洗、景观用水等用水。本项目污水产生建筑包含教学中心、会议报告中心、图书信息中心、教务管理中心、文体中心、学生食堂、学生宿舍、后勤用房、对外党际交流中心等。后勤人数为250 人，教务管理人数为306 人，日最高培训人数为2180 人。平均日污水产生量约335.39 m3/d，年污水产生量为64 695.2 m3/a。

中水处理采用下列生物处理和物化处理相结合的工艺流程，如图2所示。

图2 中水处理工艺流程

中水回用系统回用于车库地面冲洗、道路冲洗和绿化浇灌，分别的中水回用量为76.12 m3/d、19.67 m3/d、144.04 m3/d，共239.83 m3/d。处理后的中水水质符合《城市污水再生利用城市杂用水标准》（GB/T 18920—2020）或《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T 18921—2020）的规定。

根据项目全过程水量平衡计算得出，项目自来水总用水量为398 m3/d，水量损耗蒸发量为33.35 m3/d，损耗率为8.38%，总排污水量为62.21 m3/d，污水排放率为15.63%，达到近零水排放要求。水量平衡工艺如图3所示。

图3 水量平衡工艺

另外，中水调节池设有自来水开始补水兼缺水报警水位和停止补水水位。

3 项目三：某艺术博物馆

该艺术博物馆采用的新型节水节能技术为大型岭南水景智能净化系统。

3.1 项目概况

某艺术博物馆位于广州市荔湾区恩宁路以北，元和街以南。本项目的规划总用地面积为16 162.27 m2，总建筑面积为19 572.7 m2，主要功能包括展厅、办公室、茶座等。

3.2 大型岭南水景智能净化系统

水是构成园林景观、增添园林美景的重要因素之一[6]。该博物馆旨在采用岭南水景展示中国古典园林建筑庭院特色，水景面积达到1188.89 m2，水景体积达到1000 m3。采取科学合理的水体净化系统，可有效分解鱼粪、残饵，抑制藻类生长，保持水质清澈，让观赏鱼类存活，从而大大节省水资源，而且保证水景环境的优美，提高展览价值。

3.2.1 主要设计参数

该大型岭南水景智能净化系统中，水体容积为1000 m3，设计循环周期为10 h，设计循环流量为100 m3/h，设计水质要求为《地表水环境质量标准》（GB 3838—2002）中的Ⅳ类。

3.2.2 工艺设计

按生态学观点分析，水体的污染实为生态失衡，有机质及营养盐的输入大于输出，它们积聚湖中造成生态阻滞，使得浮游藻类增多，透明度下降，水质变黑变臭等。要想维持其原有良好状况，应保持其生态平衡，疏通其水流的途径，保证畅通，保障有机质及营养盐的输入与输出平衡[6]。考虑到锦鲤池水质的特殊性以及运行费用，项目采用物理处理和生化处理的方式相结合水处理工艺。

首先，选用两套CWK-SH-50 型一体化鱼池生化水处理设备，设备具有紫外线杀菌消毒功能，能有效杀灭水中的各类病菌，防止锦鲤感染细菌，还能有效杀灭水中的蓝绿藻，保证水质清爽。经过紫外线杀菌消毒后的水进入高效生态基消化处理单元，通过该单元的处理，能有效分解水中残余的鱼类粪便及剩余饲料。其次，经过火山石、生物砂等环节处理后有效去除水中的有机物及悬浮物质，从而降低水的浊度。水处理设备的最后一个环节为强化除磷环节。锦鲤的排泄物及剩余饲料中含有磷酸盐，而磷酸盐是水体富营养化的主要因素，通过水处理设备的强化除磷环节可去除水中的磷。最后，再用水泵加压使水进入锦鲤池内。经过以上环节处理，可达到节水目标。

3.2.3 设备日常维护

水景补水和水体净化系统水源采用雨水回用水。

水处理设备在运行过程中每个反应池的底部会产生一定的沉淀物质，需要定期通过排泥阀来排除。排泥周期一般为5～7 d。

3.2.4 循环管道

水处理系统循环管道均采用UPVC 给水管，给水管使用溶剂粘接。循环进水口采用流量可调式进水口，方便调整每个进水口的循环流量。

4 结语

以上列举的新型节水节能措施，即ETFE 膜采光顶蒸发冷却降温隔热装置、生活水箱自动清洁系统、雨水中水回用系统、水景智能净化系统等，建成后运行情况良好，为夏热冬暖地区公共建筑的节能节水做了有益的探索，也为日后新型节能节水措施的研发奠定了良好的研究基础。