基于节水节能技术的建筑给排水设计研究

蒋美玲

随着社会的进步与生态环境的变化，可持续发展理念受到越来越多的重视，人们对建筑工程给排水的节水节能设计要求不断提高。通过建筑工程实践可知，设计环节在很大程度上影响着建筑工程给排水的功能与节水节能效果，因此强化建筑工程给排水的节水节能设计至关重要。就现阶段建筑工程给排水设计应用实践而言，在建筑工程供水节能、水资源循环、污水净化处理、热水系统设计以及给排水系统整体能耗方面还存在较多问题，如何解决这些问题成为提高建筑给排水工程应用效益的关键所在[1]。

基于此，本文从给水与排水两个方面分析了建筑工程给排水的设计要点、给排水节水节能设计应用价值以及建筑给排水工程设计的优化方向，对于未来建筑给排水工程的绿色可持续发展具有一定的指导意义。

1 建筑给排水系统概述及节水节能设计的应用价值

1.1 建筑给排水系统概述

随着城市经济的发展，大量乡镇人口流入城市，城市住宅区的建筑风格逐渐演变成以高层建筑和超高层建筑为主的大型建筑群落。为了满足功能性用水与水资源循环的需求，此类建筑会拥有专门的给水系统与排水系统。一般情况下，城市建筑的给水系统使用泵类取水设备抽取地下水送入管道中，再经过加压将水源输送到居民区，根据不同功能进行相应层次的净化处理，作为生活用水、人畜可饮用水以及消防用水等。

城市建筑工程中排水系统的功能主要为实现城市污水的汇集与定向输送，最终将污水输送到污水处理站或储罐内。城市给水系统的设计质量直接关系到居民的用水安全，排水系统的设计质量也会在一定程度上影响城市水循环的洁净度，不合理的城市排水系统可能会造成水源的二次污染，影响城市水资源的整体利用率。

1.2 建筑给排水节水节能设计应用价值

建筑工程给水系统与排水系统在功能方面具有一定独立性的同时还具有高度的相关性，只有同步加强建筑工程给水系统与排水系统设计的科学性与合理性，强化给水系统与排水系统的功能协同，才能实现建筑给排水工程的效益最大化。对于建筑给排水工程的节水节能设计，应在实现建筑给排水工程既有功能的基础上满足城市绿色环保可持续发展的理念，进一步提高水资源的循环利用效率及附属经济效益。

第一，建筑工程给排水节水节能设计有助于推动城市经济的良性发展。目前，我国仍是世界上人口最多的国家，由于可供使用的淡水资源总量不多，我国人均淡水资源占有量仅为2 007 m³左右，相当于世界平均水平的25 %[2]。就中西部地区而言，很多城市巨大的水资源缺口严重限制了当地的经济发展与居民生活水平的提高。因此，通过实施建筑工程的节水节能设计有助于提高水资源的综合利用率，弱化缺水对区域经济发展的制约，促进经济的良性发展。

第二，建筑工程给排水节水节能设计能够为生态环境保护奠定基础并提供助力。近几年兴起的绿色环保建筑理念，其宗旨就是减少能源消耗并降低经济发展对生态的影响。我国人口基数大，人均可支配水资源极其有限，针对建筑给排水工程实施节水节能的优化设计有助于减少水资源浪费，通过提高循环水的净化质量改善城市生态。

第三，建筑工程给排水节水节能设计可改善城市居民的生活品质。实施建筑给排水工程的节水节能设计可提高水资源的综合利用率，帮助企业与居民减少在用水方面的支出。同时，建筑工程给排水的节能节水设计还有助于减少企业与居民家庭的用水量，提高用水品质，起到改善居民生活质量的作用。

2 建筑给排水节水节能设计的要点

建筑给排水节水节能设计工作具有较强的系统性与专业性，为了保证建筑给排水节水节能设计能够达到预期效果，需要注意以下几个设计要点。

2.1 注重给排水设计的整体规划

做好给排水管道的整体规划是建筑给排水节水节能设计的基本前提，也是重要保证，若建筑给排水工程设计在整体规划方面存在问题，可能会造成给水管道供压不稳、给水系统水资源与能源浪费以及给水与供水管路相互干扰等问题。因此，在建筑工程给排水节能节水设计中，应充分掌握建筑工程的整体结构属性与空间分布特征，做好给水管理与排水管理的细化处理，既要保证给水系统功能的正常发挥与排水系统的效率，又要避免出现给水系统与排水系统的相互影响，从整体规划方面做好建筑给排水的节水节能设计[3]。

2.2 做好给排水节水节能设计动态管理

建筑给排水节水节能的整体规划完成后，需要根据工程实际情况细化技术方案，落实选材工作；同时还要根据施工现场情况实施动态的管理策略，保证最大程度实现给排水节水节能的设计目标。一方面，第一阶段的设计工作完成后应对现场施工管理人员进行充分的技术交底，在设计技术资料中明确施工要求与选材标准，保证技术交底与材料质量得到落实；另一方面，在施工过程中结合现场反馈对设计方案进行二次设计与完善，修正前期设计中存在的不足，通过调整设计方案提高整体设计质量[4]。

2.3 强化现代信息技术在给排水节水节能设计中的应用

新兴信息技术的发展是推动现代社会不断进步的强劲动力，建筑给排水节水节能设计应积极引进现代信息技术以提高其设计水平。现代信息技术的引入，一方面有助于强化给水系统与排水系统的运行过程监测，建立实时的动态监测与反馈，帮助管理者掌握给水系统与排水系统的运行状态，进而能够及时准确地做出反应；另一方面，引入现代信息技术可以通过一段时间的运行统计，分析出影响系统节水节能的因素，以便针对性进行优化。

3 建筑给排水节水设计策略

3.1 采取分区供水与分区计量

建筑给排水管道压力过高会造成安全隐患，压力过低则不利于正常供水，影响给水系统预期效益的实现。通过采取分区供水、分区计量的方式可有效解决供水管网负载端相互影响造成的给水压力不足问题，同时还有利于给水压力的灵活调节。

例如，使用市政管网为正在施工的建筑工程供水，可充分利用市政管网的高水压，平衡市政管网水压的同时还能改善高压供水造成的水质不良问题，若监测到给水压力偏低则可通过变频调速加压设施与管网叠压供水的形式为给水管网加压[5]。其中，管网叠压供水通常是由市政给水干管提供需要的水压，由于不需要新增专门的增压设备，因此有利于给水系统建设与维护成本的控制。同时，在这种供水方式下，为了避免出现水压过高造成用水不安全的问题，可通过分区加装压力监控装置来监控各用水区的实时压力，发现压力偏高时及时采取降压措施。

变频节能水泵结构原理图如图1所示，该水泵采用了一种可调速的水泵和以恒压变量形式运行的气动增压式水罐，不仅有助于提高系统的运行效率，还具有较好的节能效果。

图1 变频节能水泵结构原理图（来源：作者自绘）

需要注意的是，建筑工程用水存在明显的高低峰差异，用水高峰时段内用水量大，需要较高的给水压力来保证所有用户的用水需求；用水低峰时段内用水量小，相对较小的给水压力即可保证正常供水，有助于减少供水能耗，提高用水安全性。压力调节可通过在给水管网中加装变频器与水压传感设备来实现，根据实际需求及时调整供水压力可以避免水泵长期处于高负载状态，有助于实现给水系统的节水节能目标。

3.2 选用节水型器具

在建筑工程室内管路与卫生系统设计中，选择节水型卫生器具与新型绿色环保管材是降低污染的重要措施之一。例如，在盥洗室与厨房等需要经常开关水阀的区域使用充气式水嘴替代传统水龙头可达到约15%的节水效果；冲洗马桶应优先选择储水量小于6 L的节水型水箱，若是在大型公共建筑的卫生间还可以设计为感应式或自闭式冲洗系统，以起到更好的节水效果。同时，可将洗手池排水系统与冲便器进水系统进行串联设计，通过水的二次利用提高水资源的利用效率[6]。此外，传统建筑工程中排水管路多选用塑料材质的排水管，经过一段时间后可能会出现老化与腐蚀等问题，因此设计中应选择寿命更长、化学性质更加稳定的新材料作为排水管路，以减少渗漏及二次污染问题的发生。

3.3 提高排水系统布局的合理性

通过科学的收集与净化工序处理居民生活用水，可得到水质达到一定标准的中水。同时，采用科学的收集装置可以将降雨集中起来，再经过一定的净化处理即可得到水质达标的可利用水。建筑工程中得到的中水与净化后的雨水可用于日常清洁与浇灌，能够在一定程度上缓解居民生活用水紧张的问题。经过近年的发展，中水净化与雨水汇集已经实现了较为成熟的应用，建设成本也较低。此外，近年来工业废水肆意排放的问题需要得到根本性控制，应优化工业排水管网的规划设计，采用截污回收及就地处理等方式提高污水的循环效益。

4 建筑给排水节能设计策略

4.1 积极引入新型清洁能源技术

在建筑工程项目建设过程中，应严格遵守自然生态环境保护的要求，积极采用清洁无污染的新能源技术，减少可能会对环境造成污染的施工方式，降低对自然环境的影响，维持生态平衡。在实践中已得到相对成熟应用的清洁能源主要有太阳能热水系统、雨水收集系统以及污废水净化回收技术等，这些不仅可显著提高水资源利用率，且有助于减少资源浪费和环境污染。此外，在建筑工程中，还可以引入风能、水能以及空气能等清洁能源技术用于发电或水加热，也能达到不错的节能效果。

4.2 合理利用变频技术

城市居民生活用水时段与用水量具有明显的规律性，不同的季节与时间段，用水量与热水需求量存在较大差异。夏季城市用水量相较于冬季明显要高，热水需求量则相对较少。同时，7：00～9:00和18:00～20:00往往是用水高峰期，居民用水较为集中。

因此，应根据以上规律采用变频技术灵活调节水压与冷热水供应比例，既可避免泵类设备长时间无用高负载运行，又能保证居民用水需求得到充分满足。此外，灵活的供水方式还可以起到保护供水管网的作用[7]。

4.3 建设真空节水排水系统

真空排水技术是在重力排水技术的基础上衍生出来的一种排水方式，但是这种排水方式又有别于先前的重力排水技术，其是利用真空设备使给排水管道内的压力低于大气压，利用大气的失衡以空气为动力实现水的输运。

目前，真空排水技术在污水汇集方面已经得到了一定应用并取得了不错的成果。作为一类新型的建筑工程排水技术，真空排水技术的应用不仅能起到节能作用，还具有一定的清洁管理效果。现阶段，真空排水技术已应用于城市写字楼、居民建筑以及商业中心等建筑工程中。

5 结语

水资源是支撑社会发展的必要条件，也是人类赖以生存的基础。在建设新型环保节约型社会的大背景下，进行基于节水节能的建筑给排水研究符合当前的时代要求。在建筑工程给排水的节水节能设计实践中，应强化前端布局设计，保证给水管网与排水管网规划的合理性，积极引入新型的变频增加设备来降低供水系统的能耗，强化污水排放的管理与水资源的循环利用，同时加强给排水管网的“跑、冒、滴、漏”管理，构建符合绿色环保可持续发展理念的建筑给排水系统。