1、超高层建筑中水系统逐时供求关系分析摘要鉴于现对中水系统计算仍采用常规估算值，本文以建筑逐时用水变化曲线为基础，以回收利用最大量废水为目的，对广州地区一综合楼的中水系统逐时供求关系进行分析。分析表明，原水调节水池，中水处理设备及中水水池均具有调节供求关系的能力，三个设施均有上限值，且小于规范的相应数值；也证明应用变化曲线的方法简易且可操作。 关键词中水 超高层建筑 逐时 供求关系 Abstract: because the method of grey water system in building is still based on the estimate, the analysis ai
2、ms to reclaim most waste water by the grey system in a mix used tall buildings in Guangzhou, which is based on the profiles of water consumption in. From this analysis, the adjustment tank for waste water and grey water system equipment and the adjustment tank for grey water have ability to affect t
3、he relation between grey water supply and demand and have respective limited value, and lit than the values according to code; in addition, the analysis prove the method that based on hourly profile is easy and maneuverability. Keywords: Grey water; Tall building; Hour by hour; Relation between wate
4、r supply and demand 中图分类号： 中水系统 文献标识码：A 文章编号：2095-2104(2013) 0 引言 水污染严重和水资源短缺为特征的“水危机”已成为我国社会和经济发展中最突出的制约因素，也是我国 21 世纪所面临的最紧迫问题之一1。 要使水资源既能满足社会发展的需要，又不破坏自然生态的平衡，除了国家政策、法律在宏观控制外，在科学技术方面大力推进节水技术的发展是非常重要的。作为节水技术之一，中水工程日益引起人们的关注。中水处理也是我国目前推广的中水技术中最具现实意义、最有效、最容易落实的节水措施2。现流行的中水系统计算方法为估算法，这不可避免的出现水池容积较大，设备
5、闲置等问题。所以笔者从原始的方法入手，引用建筑逐时用水占最大时用水量百分比，以广州一综合高档开发楼为研究对象， ，通过两种运行模式的水量分析，得出如何合理地回收利用建筑废水，也提出中水设计中一些建议供同行参考交流。 1 分析计算的前提条件的确定 1.1 超高层建筑常见的中水的运行模式 现在因土地开发紧张，超高层建筑为市场主导建筑类型也不再功能单一，于多种功能集于一体。 如超高层建筑拟采用中水系统，常见的模式有以下两种： 1）收集所有功能区的废水作为原水，处理后再分配至每个功能区，中水处理机房设于地下室； 2）收集高区废水作为原水，处理后供应低区用水，机房处理设于中间设备层。 1.2 建筑物概述
6、 本次分析以笔者参与设计的广州一综合高档开发楼为对象：建筑高度约为 280m，分三个区，低区为办公区域（F1F26） ；中区为酒店(F28F40)；高区为住宅(F42F67), F27,F41,F52,F68 为避难层。 办公最高日用水量 150m3/d，平均时用水量 15m3/h，最大时用水量22m3/h。 酒店仅考虑客房部分，该部分最高日用水量 90m3/d，平均时用水量4m3/h，最大时用水量 10m3/h。 住宅最高日用水量 150m3/d，平均时用水量 6m3/h，最大时用水量15m3/h。 1.3 建筑物分类给水百分率及折减系数的确定 1.3.1 根据规范建筑中水设计规范 （GB
7、50336-2002）3表3.1.4 确定各个功能用水百分比。 表 1 各类建筑物分项给水百分比 Table1 Percentage of plumbing items in buildings 本次分析，原水收集为淋浴，盥洗及洗衣三个项目，中水供应冲厕。根据上表的用水百分比，从水量的角度分析单一功能建筑：住宅的原水水量和中水需水量较易达到平衡，较适合引用中水系统；宾馆饭店的原水量远大于中水需水量，采用中水系统并不具有明显的经济效益；办公的原水量远小于中水需水量，并不适合采用中水系统。采用上述的两种模式，以达到取长补短，调节供求差异。 1.3.2 建筑物给水折算排水量系数取 0.8；中水水源的
8、水量为中水回用水量的 115%。 1.4 建筑逐时用水百分比的确定 因建筑小时用水量变化曲线国内没有相应的参考数据，从规范公共建筑节能设计标准GB50189-2005 中能得到办公，酒店及商场的房间人员逐时在室率（%）,国外的规范像 ASHREA20074也可有到常见建筑小时热水用量曲线，同时，美国建筑能耗软件 eQUEST 中提供了常见建筑小时热水用量分布情况5，如下图 1 所示。 笔者认为，相对于国内的房间人员在室率，eQUEST 的建筑小时热水用量分布更适宜此次分析，所以采用作为分析基础。 图 1 常见建筑小时热水用量分布 Figure 1 Profiles of hot water c
9、onsumption in buildings 注：住宅建筑的热水供水量发生于早上，因生活习惯的不同，美国倾于早上淋浴。 1.5 其他参数的设定 假定处理设备全天运行，原水收集和供出时间间隔设为一个小时，即这小时的排水将作为下一小时的中水供应出去。 2 分步计算及分析 2.1 中水逐时供求关系的确定的计算方法 为了达到废水的最大回收利用，首先需要把握中水的供求关系，即确定全天供过于求量或者供不应求量。 为较全面的反映中水供求关系，以最大用水量日分析，小时给水量根据用水各个小时用水量百分比占全天的分布情况确定。详细计算方法如下式。 Q g (t) =Pt (Q/Ph) Ph 式 2.6-1 Q
10、p (t) =Q g (t) Pz 式 2.6-2 Qx(t) = Q g (t) 式 2.6-3 Qyc(t)= Qp(t-1) /Pb(t=0 时，Qy =0) 式 2.6-4 其中：t 为小时数（1 至 24） ；Q g (t) 为各个用水项目 t 小时给水量（m3/h） ；Ph 为小时用水量分布百分比（%） ；Q 为最高日用水量（m3/d） ；Pt 为分项给水百分比（%） ；Qp(t) 为各个用水项目 t 小时中水供应量（m3/h） ；Pz 为给水量计算排水量折减系数；Pb 为原水水量与中水回用水量的比值；Qx(t) 为 t 小时中水需求量（m3/h） ；Qyc(t) 为 t小时中水能
11、供应量（m3/h） 。 2.2 全日中水供求关系分析 因篇幅关系，就不对一一列出单一功能区的中水供求关系，只对高层建筑可能采用的中水系统两种模式的供求关系进行分析。 模式一的中水供求关系详见图 2。 图 2 模式一中水供求关系曲线图 Figure2 Curve of the relation between grey water supply and demand in model 2 模式二的中水供求关系详见图 3。 图 3 模式二中水供求关系曲线图 Figure3 Curve of the relation between grey water supply and demand in m
12、odel 2 从图 2，图 3 不难发现，办公中水需求量大且集中，导致以上两种模式的中水均供不应求，模式一全日供不应求量为 12.15 m3，模式二全日供不应求量为 4.58m3；另外从图中也可以发现供过于求的时段，可以考虑中水的其他用途，如灌溉及地面冲洗等以达到水资源的合理利用。 2.3 中水系统逐时供求关系确定的计算方法 为了较全面的分析中水系统运行过程中的逐时供求关系，需要综合考虑原水调节水池，中水处理设备和中水水池三种设施对于供求关系的影响，所以，以回收利用废水最大量为目标及全天不间断运行的前提下，通过下列式子得出逐时供不应求值： T1= k1Qx(t) 式 2.3-1 T2= k2Q
13、x(t) 式 2.3-2 Qu= Qu(t) 式 2.3-3 1) t=1 式 2.3-4 Qy(t)=0；T1(i)=0；T2(i)=0 2) 2=t=24 T1(t)= Qp(t-1)- Qy(t)Pb+ T1(t-1) 式 2.3-5 Qy(t)=min(Qz, Qyc(t)+ T2(t)式 2.3-6 T2(t)= Qy(t)- Qx(t)式 2.3-7 Qu(t)= Qx(t)- Qy(t)式 2.3-8 其中：k1，k2 为百分指数；Qp(i) 为各个用水项目 t 小时原水供应量（m3/h） ；Pb 为原水水量与中水回用水量的比值；T1 为原水调节水池容积 (m3) ；T1(t)为
14、原水调节水池 t 小时的储水量(m3)，当计算值大于调节水池容积时，返回调节水池容积，小于零时，返回零值； Qz 为中水处理设备处理能力（m3/h） ；T2 为中水水池容积 (m3) ；T2(t)为中水水池 i 小时的储水量(m3)，当计算值大于中水水池容积时，返回中水水池容积，小于零时，返回零值；Qyc(t) 为 t 小时能中水供应量（m3/h） ；Qx(t) 为 t 小时中水需求量（m3/h） ；Qy(t) 为 t 小时中水能供应量（m3/h） ；Q g (t) 为各个用水项目 i 小时给水量（m3/h） ；Qu为中水累积供不应求量（m3） ；Qu(t)为 t 小时供不应求量（m3/h）,
15、当计算值大于零时返回零值。 上式假设第一天第 1 小时水池储水及中水供应均为 0，并不能全面反映供求关系，所以需要引进第二天进行分析，重新考虑第 1 小时的供给关系，在假设两天的给水排水情况相同的前提下，将第 24 小时的对应数据作为第 1 小时的原始数据，通过上式重新计算。 以上述方法，通过改变三个设置的参数，可以得到不同组合的中水累计供不应求量，也可以得到上限组合，即中水累计供不应求量等于全日供不应求量，该值已经明确：模式一全日供不应求量为 12.15 m3，模式二全日供不应求量为 4.58m3。计算流程详见下图。 图 4 计算流程图 Figure4 Flow chart of calcu
16、lation 2.4 逐时供求关系计算结果及分析 供求关系的分析最终目的是为确定三个设置的上限值以供中水系统设计时参考，因篇幅的限制，只节选部分进行分析。 表 2 符合要求组合（节选部分） Table2 Array of be required (section) 从上表可以发现，对于不间断运行的中水系统，原水调节水池的容积对于废水的最大回收利用几乎没有影响，而主要影响因素为中水设备处理能力和中水水池，两者均有上限值，模式一的中水设备处理能力为10.00 m3/h 和中水水池为日中水需求量的 13.00%；模式二中中水设备处理能力为 8.00 m3/h 和中水水池为日中水需求量的百分比的 36
17、.00%。 上述是基于全天不间断运行，这在实现中较难实现，所以原水调节水池的作用是不可忽视的。为了找出调节水池容积的上限值，需将中水水池和处理设备的作用忽略。 T1= k1Qx(t) 式 2.4-1 Qu= Qu(t) 式 2.4-2 1)i=1 T1(i)=0 ,式 2.4-3 2)2=i=24 ,式 2.4-4 T1(i)= Qy(i) Pb - Qx(i) Pb + T1(i-1) Qy(t)= T1(i)/ Pb 式 2.4-5 上述计算也需要引用第二天进行分析，以第 24 小时数据作为第 1 小时的原始数据，重新计算。 计算结果详见图 5，图 6。 图 5 模式一中水供不应求量曲线图
18、 Figure5 Curve of the amount that grey water supply cant match the demand in model 1 图 6 模式一中水供不应求量曲线图 Figure6 Curve of the amount that grey water supply cant match the demand in model 2 通过计算，模式一的调节水池容积为中水日需水水量的 13%时（即上限值） ，供不应求量为 12.15 m3；模式二的调节水池容积为中水日需水水量的 35%时（即上限值） ，供不应求量为 4.58m3。 总上所述，调节水池，中水设
19、备及中水水池均具有调节水量的能力，如按照不间断运行考虑，调节水池的作用可以忽略；通过两种运行模式的比较可以发现：对于供应用水量大且集中的区域（例如办公） ，为回收利用最大量的废水，需要设置较大的调节水池和中水水池，而综合多个功能区域集中供应的，两个水池可取较小值。 3 结论 本文通过中水系统逐时供求关系的分析，得出以下结论： 应用逐时变化曲线的方法简易且可操作； 单一的住宅建筑相对于办公较适合采用中水系统； 3）通过逐时供求关系的分析，可以为建筑绿化灌溉及地面冲洗时间的设定提供依据，以达到水资源的合理利用； 4）调节水池，中水设备及中水水池均具有调节水量的能力，三者均存在上限值； 5）通过两种运行模式的比较，对于供应用水量大且集中的区域（例如办公） ，为回收利用最大量的废水，需要设置较大的调节水池和中水水池，而综合多个功能区域集中供应的，两个水池可取较小值。 4 需要改进的方面 因国内缺乏对建筑内用水小时变化的研究，本文采用美国的能耗模拟软件 eQUEST 的热水需求量百分比作为水量分析基础，虽可以发现设计中一些的问题，但并不能全面准确的反映中国南方地区的实质情况。相比之下，日本在这方面已有发展6 。这方面的研究不仅有利于中水系统设施的确定，对于发掘节水空间也有很有帮助，希望相关研究机构能
