近年來,在我國經濟高速發展的同時,能源消耗和缺水問題日益嚴重,不僅影響人們生活,也制約我國經濟發展,世界各國越來越重視節水節能工作。建筑能耗約占到整個社會總能耗的1/3,而涉及到建筑給排水系統的能耗主要是人們在生活、生產等活動中的冷水、熱水、消防、排水、雨水、中水等需要的能耗。
建筑給排水系統中可能存在以下水浪費的情況: 管網超壓、未采用節水型衛生器具和配件、未充分利用雨水及中水、未利用可再生能源等等,而浪費水最終導致能耗增加。據有關資料統計,上述各項能耗中僅生活熱水一項就占整個建筑能耗的 10% ~ 30%。而隨著人們環保與節能意識的逐漸增強,在城市建筑設計中,建筑給排水系統中的節水節能問題日益受到業內人士的重視。降低資源消耗、減少污染、實現最大程度的節水節能,有利于最終實現與自然的和諧統一。
1、建筑給水系統節能途徑
1.1 采取合理的供水方式
若城市供水管網壓力滿足建筑物供水壓力時,應充分利用市政水壓直接供水,當水壓不滿足要求時應設加壓設施。目前應用廣泛的供水方式有管網疊壓供水和變頻調速供水,所選加壓水泵應具有效率高、節能的特性。管網疊壓供水因充分考慮市政供水管道的資用水頭而節能,變頻調速供水因采用始終處在高效區工作的變頻技術而節能。高層建筑若采用同一給水系統供水,則垂直方向管線過長,下層管道中靜水壓力過大,會產生系統超壓,造成水量浪費,超壓時還易產生噪聲、水擊及管道振動,縮短管道及管件的使用壽命。高層建筑可采取分區給水方式,低區采用市政水壓直接供水,高區采用加壓設備供水,減少二次加壓能量消耗。
高層建筑豎向分區時應注意設減壓設施,如各分區最低衛生潔具給水配件處的靜水壓不宜大于 0.45MPa,靜水壓大于 0.35MPa 的入戶管( 或配水橫管) 宜設減壓或調壓設施。國外一些國家常采用在給水支管上安裝減壓閥、減壓孔板、壓力調節閥等手段來避免部分供水點超壓,使豎向分區的水壓分布更加均勻,可使耗水量降低 15% ~20%。
1.2 采用節水管材和器具
選用管材時應考慮經濟可靠、安全衛生、施工方便等因素,以前生活給水管道常采用的鍍鋅鋼管易發生銹蝕和引起水質污染,接頭處也易出現漏水滲水,已被淘汰。現通常采用新型管材,如: PE 管、PP - R管、PVC - U 管、不銹鋼管、鋁塑復合管、鋼塑復合管等,能大大減少阻力損耗和熱損失以及漏水的可能。
衛生器具及附件位于供水終端,其節水性能對給水系統整體節能效果影響很大。如: 在普通住宅內采用 6L 左右的小容量水箱可比 9L容量水箱節水約 12%,在辦公樓內可節水約 27%; 生活淋浴、盥洗等用水器具可采用延時自閉閥、充氣水龍頭、腳踏開關淋浴器等,且建筑物越高其節能效果越明顯; 公共衛生間內,大、小便器可采用節水效果突出的紅外線控制出水來取代傳統的定時沖洗方式。
2、建筑熱水系統節能途徑
2.1 熱泵技術制備生活熱水
熱泵技術是近年來在全世界廣受關注的節能新技術。熱泵熱水器利用逆卡諾原理,遵循熱力學第二定律,通過介質把熱量從低溫物體傳遞到高溫的水里的設備。熱泵裝置,可以使介質相變,變成比低溫熱源更低,從而自發吸收低溫熱源熱量; 回到壓縮機后的介質,又被壓縮成高溫( 比高溫的水還高) 高壓氣體,從而自發放熱到高溫熱源,實現從將低溫熱源“搬運”熱量到高溫熱源,突破能量轉換 100% 瓶頸。按照提取熱量形式的不同,熱泵技術分為土壤源熱泵技術、水源熱泵技術和空氣源熱泵技術。熱泵技術的采用要考慮氣候、地質等諸多因素,如長江流域地區宜采用空氣源熱泵技術。
近年來,在我國經濟高速發展的同時,能源消耗和缺水問題日益嚴重,不僅影響人們生活,也制約我國經濟發展,世界各國越來越重視節水節能工作。建筑能耗約占到整個社會總能耗的1/3,而涉及到建筑給排水系統的能耗主要是人們在生活、生產等活動中的冷水、熱水、消防、排水、雨水、中水等需要的能耗。
建筑給排水系統中可能存在以下水浪費的情況: 管網超壓、未采用節水型衛生器具和配件、未充分利用雨水及中水、未利用可再生能源等等,而浪費水最終導致能耗增加。據有關資料統計,上述各項能耗中僅生活熱水一項就占整個建筑能耗的 10% ~ 30%。而隨著人們環保與節能意識的逐漸增強,在城市建筑設計中,建筑給排水系統中的節水節能問題日益受到業內人士的重視。降低資源消耗、減少污染、實現最大程度的節水節能,有利于最終實現與自然的和諧統一。
1、建筑給水系統節能途徑
1.1 采取合理的供水方式
若城市供水管網壓力滿足建筑物供水壓力時,應充分利用市政水壓直接供水,當水壓不滿足要求時應設加壓設施。目前應用廣泛的供水方式有管網疊壓供水和變頻調速供水,所選加壓水泵應具有效率高、節能的特性。管網疊壓供水因充分考慮市政供水管道的資用水頭而節能,變頻調速供水因采用始終處在高效區工作的變頻技術而節能。高層建筑若采用同一給水系統供水,則垂直方向管線過長,下層管道中靜水壓力過大,會產生系統超壓,造成水量浪費,超壓時還易產生噪聲、水擊及管道振動,縮短管道及管件的使用壽命。高層建筑可采取分區給水方式,低區采用市政水壓直接供水,高區采用加壓設備供水,減少二次加壓能量消耗。
高層建筑豎向分區時應注意設減壓設施,如各分區最低衛生潔具給水配件處的靜水壓不宜大于 0.45MPa,靜水壓大于 0.35MPa 的入戶管( 或配水橫管) 宜設減壓或調壓設施。國外一些國家常采用在給水支管上安裝減壓閥、減壓孔板、壓力調節閥等手段來避免部分供水點超壓,使豎向分區的水壓分布更加均勻,可使耗水量降低 15% ~20%。
1.2 采用節水管材和器具
選用管材時應考慮經濟可靠、安全衛生、施工方便等因素,以前生活給水管道常采用的鍍鋅鋼管易發生銹蝕和引起水質污染,接頭處也易出現漏水滲水,已被淘汰。現通常采用新型管材,如: PE 管、PP - R管、PVC - U 管、不銹鋼管、鋁塑復合管、鋼塑復合管等,能大大減少阻力損耗和熱損失以及漏水的可能。
衛生器具及附件位于供水終端,其節水性能對給水系統整體節能效果影響很大。如: 在普通住宅內采用 6L 左右的小容量水箱可比 9L容量水箱節水約 12%,在辦公樓內可節水約 27%; 生活淋浴、盥洗等用水器具可采用延時自閉閥、充氣水龍頭、腳踏開關淋浴器等,且建筑物越高其節能效果越明顯; 公共衛生間內,大、小便器可采用節水效果突出的紅外線控制出水來取代傳統的定時沖洗方式。
2、建筑熱水系統節能途徑
2.1 熱泵技術制備生活熱水
熱泵技術是近年來在全世界廣受關注的節能新技術。熱泵熱水器利用逆卡諾原理,遵循熱力學第二定律,通過介質把熱量從低溫物體傳遞到高溫的水里的設備。熱泵裝置,可以使介質相變,變成比低溫熱源更低,從而自發吸收低溫熱源熱量; 回到壓縮機后的介質,又被壓縮成高溫( 比高溫的水還高) 高壓氣體,從而自發放熱到高溫熱源,實現從將低溫熱源“搬運”熱量到高溫熱源,突破能量轉換 100% 瓶頸。按照提取熱量形式的不同,熱泵技術分為土壤源熱泵技術、水源熱泵技術和空氣源熱泵技術。熱泵技術的采用要考慮氣候、地質等諸多因素,如長江流域地區宜采用空氣源熱泵技術。
2.2 太陽能熱水器制備生活熱水
太陽能是一種清潔環保型能源,我國大部分地區位于北緯 40 度以北,日照充足,太陽能資源較豐富。隨著太陽能技術的日漸成熟,其技術成本在逐漸下降,應用范圍也越來越廣。目前,太陽能熱水系統已在賓館、酒店、醫院、游泳館、公共浴池、商品住宅、體育類建筑、高檔的辦公類、展館類建筑等建筑中大量應用。利用太陽能作為熱源制備生活熱水,可減少大量傳統能源的消耗。
多層建筑宜采用分散設置的太陽能加熱設備。每戶太陽能集熱板熱水箱設置在屋面,在樓梯間公共部位設管道井,每戶太陽能進、出水管均設在其內。高層建筑宜采用集中供熱的太陽能加熱設備。高層建筑太陽能利用可分為直接利用和間接利用兩種方式,直接利用是在整個屋面布置成幾組串聯集熱的太陽能集熱板,在樓梯間頂部設熱水箱間,熱水箱內設電輔助加熱設備,循環泵設置在水箱間,熱水管道采用上供下回式; 間接利用是太陽能集熱板集中設置在小區內的道路架空間上面,熱水箱設在地下室設備間,用變頻泵將制備的熱水送到各用水點。
2.3 太陽能輔助熱泵熱水器制備生活熱水
為保證民用建筑的太陽能熱水系統可以全天運行,可將太陽能熱水系統與使用輔助能源的加熱設備聯合使用。傳統能源有電力、燃氣等,新型輔助加熱設備有空氣源熱泵、地源熱泵等。太陽能熱泵熱水器是太陽能熱水器與熱泵的有機結合。國外對太陽能輔助熱泵熱水器的研究開展得比較早,近年國內也有研究。途徑之一是在立式或臥式水箱內安裝熱交換裝置與熱管管路聯通,當在陰雨天需要輔助加熱時,自動控制裝置檢測到水箱內的水溫達不到設定值時,熱泵開始工作,冷凝器產生高溫與水箱內的水進行熱交換,最后達到并保持水溫穩定在設定值。太陽能熱水器用空氣源熱泵作為輔助加熱,可起到取長補短的效果,最大程度的降低電能消耗,可解決傳統帶電輔助加熱的太陽能熱水器耗電大的缺點,研究應用前景較好。
3、建筑消防系統節能途徑
3.1 宜把消防用水和生活用水兩套系統分別單獨設置
消防給水系統提供的水壓通常大于生活給水系統,若按消防水壓要求設置,將造成超壓供水,若常年用減壓閥降壓節流,又勢必造成電能浪費; 若按生活水壓要求設置,將會增加水泵機組數目。將兩套系統分開設置,便于合理確定各給水系統豎向分區壓力值,避免能量浪費,節省工程投資,方便運行管理。
3.2 應將消防水池和生活水池分開設置
高層建筑的消防用水量與生活用水量也往往相差甚遠,消防系統設計流量可能是生活給水系統的幾倍。若消防用水與生活用水合用貯水池,由于消防貯水量遠大于生活貯水量,而致使生活供水在貯水池中停留時間過長,易造成細菌、藻類繁殖、水質惡化,故須定期更換貯水池中全部存水,造成水量浪費。因此,當兩系統貯水量相差較大時應將貯水池分開設置,盡量使消防貯水池與水景池、游泳池合用,力爭實現一水多用、重復利用和循環使用,節約自來水。
4、中水回用節水途徑
隨著城鎮化進程加快,城市用水量大幅上升,大量污廢水的排放污染水源,使水質日益惡化,嚴重影響人們生活和生產,中水回用技術在這種情況下得到了研究、應用和推廣。中水可用于沖廁、道路沖洗、園林綠化、汽車沖洗、景觀補水等。建筑中水系統是將建筑或建筑小區內使用后的生活污廢水( 包括沐浴排水、盥洗排水、洗衣排水、廚房排水、冷卻排水等雜排水,不含廚房排水的雜排水稱為優質雜排水) 、雨水等各種排水經過適當處理后達到規定的使用標準,再供給建筑或建筑小區作為雜用水( 非飲用水) 重復使用的供水系統。中水水質介于自來水和污水之間。
對于用水量較大的高層建筑和公共建筑,宜采用優質雜排水、糞便污水分流排放,這有利于優質雜排水的收集、處理,以便實現中水有效利用。據有關數據顯示,采用中水回用系統,居住區用水量將節省30 ~40% ,排放量減少 35 ~ 50%。采用中水回用技術,既節約城市自來水使用量,又減少污廢水的排放量,緩解城市下水道的超負荷運行現象,減輕對環境的污染,有利于節能環保。目前缺水的城市和地區在進行各類總體規劃時已納入中水設施建設,要求新建項目適合建設中水設施時,必須配套建設中水設施。
中水回用是一條開源節流的有效途徑,具有一定的環境效益、社會效益和經濟效益。在此基礎上,須繼續加強中水回用技術的開發和新產品的研制,進一步降低中水處理成本和使用成本,盡快為人們所接受。
5、雨水利用節水途徑
雨水利用是指汛期對雨水進行收集、入滲、儲存、回用。加強雨水收集利用,可緩解水資源短缺,改善生態環境,具有廣闊的應用前景。雨水利用的途徑有以下幾點: 一是將屋頂、路面、廣場、停車場等處匯集的雨水收集處理后作為中水回用于建筑內,用于廁所沖洗、庭院澆灑、道路沖洗、汽車沖洗、景觀用水、建筑小區綠化等,可節約大量自來水。二是雨水通過滲透地面和綠草地面入滲地下來補充地下水,以保持和恢復自然循環,在熱天時可使得地面熱反射大大降低。三是利用雨水綠化屋頂,在小區建筑物屋頂上種植花草植被,利用屋頂收集雨水。
目前,國內外已經有了較成熟的雨水利用成套技術和示范工程,而且節水效益明顯。如: 獲得我國首屆綠色建筑創新獎的南京聚富園,采用 MBR 處理雨水,將處理后的雨水作為景觀水體的補充水源,全年可利用雨水 30600m3,雨水利用率達到 40%。再如: 丹麥首都哥本哈根的斯科特帕肯低能耗住宅,采用雨水槽將雨引至住宅區中央的小湖內,再滲透地下,節水率達到 30%,并獲得 1993 年的世界人居獎。不同地區要根據自身氣候和水文條件,采用適合本地區的雨水收集利用技術,同時,對雨水的收集利用及推廣還需要國家、地方政府有關部門統籌規劃和給予法律保障。
6、結束語
為了緩解我國水資源短缺和能耗浪費的現狀,節水節能勢在必行。在設計中盡量采用合理的給水方式、選用新型節水設備、積極推廣中水回用和雨水利用、充分利用太陽能和熱泵技術等途徑,力求取得較好的經濟效益、環境效益和社會效益。
(審核編輯: 小王子)
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