1、1建筑给排水节能设计探讨摘要：建筑给排水节水是一个系统工程，每个环节的设计都起到一定的节能作用。相对于我国较为匮乏的水资源，节水具有重要的现实意义。本文就供水设备、热水能源、管材阀件设计的选用进行探讨，提高给排水节能使用。 关键词：建筑给排水；给水系统；热水系统 中图分类号：S276 文献标识码：A 文章编号： 1、 给水系统 1.1 供水系统的合理设计 1.1.1 充分利用市区管网压力，实施时应注意几点：要掌握有关市政管网水压水量的第一手资料。随着城区扩建，市政建设工程的不断增多，接管处的供水情况是时刻变化的，城市供水管网的压力在不同区段不尽相同，只有做足现场调查工作，才能设计出合理的供水系
2、统。满足使用要求。近年来，节水龙头得到了推广应用，水嘴处的供水压力下限有所提高， 建筑给水排水设计规范 （以下简称规范 ）规定供水压力不低于 0.05 MPa，某些高档住宅的水嘴压力基本在一个大气压以上。节水与节材。系统设计中，不应为了节省材料，而放弃使用市政管网压力，使整个建筑采用加压泵供水，导致人为耗能。 1.2 高层建筑系统分区 分区供水压力设定 2按照规范相关条例规定，配水点静压要以 0.45MPa 为分界点，当静压数值大于 0.35 MPa 时，就要添加支管泄压。不过实际工程中，设计人员将用水点静压控制在 0.35 MPa 时便不再执行其它操作。从节能角度而言，水表前端支管压力不低于
3、 0.15MPa 为宜。 减压阀设定 高层建筑可用减压阀代替分区高位水箱进行供水区域划分。这样，原本分区高位水箱占据的建筑面积便可节省下来，大大简化了供水系统结构。 在使用减压阀时有如下几个注意事项： 优先选用高质量产品。减压阀是供水分区的核心元件，一旦发生故障，整个区域的供水都会受到影响，不仅加大耗水耗能率，还会产生振动和噪声，使得配水器材寿命缩短，卫生器具遭受损坏。 分区减压阀不能串联配置，否则便失去了节能的意义。根据建筑给水减压阀应用设计规程 ，减压比要在一定范围内调整，例如，比例式减压阀的减压比不大于 4。如果减压比过大，则说明阀前压力过大，能耗过度，可能导致元器件发热量增大的现象。此
4、时，可增设供水泵组，缩小单一泵组的供水面积。 应根据设计规程要求选用性价比适中的减压阀，配套设施附近不再设旁通阀。为了方便维护管理，减压阀应设置在便于维修的地方。 1.3 推广支管减压技术 根据规范要求，若以 0.45MPa 为分水岭进行给水分区，分区内也不再设置其它减压装置，那么据现场数据采集来看，该区大部分配水3点的耗能耗水率都比较高。 某建筑工程学院针对这一问题做了大量的现场调研。对比普通水龙头和节水龙头，分别做了现场试验，结果如下： 分别调整普通水龙头开度为半开和全开，其流量各为 0.4 L/s 和 0.7 L/s，对应动态压力为 0.25MPa 和 0.5MPa，静压值相同，均为 0
5、.36 MPa。节水水龙头的半开流量和全开流量分别为 0.3 L/s 和 0.45L/s，对应动态压力为 0.16MPa 和 0.23MPa，静压值 0.3MPa。水龙头额定流量为 0.15L/s，节水龙头半开全开流量分别为额定流量的两倍和三倍。 实测水龙头数量是 69 个，有 42 个水龙头流量超标，超标率达到 60%。 根据测出的数据，以动态压力为横坐标，流量为纵坐标绘制流量压力曲线图，可发现流量与动态压力基本成线性正比关系。 根据上述实验结果可知，耗水和耗能是紧密相连的。若一支水龙头每天工作 20 min，它的流量和压力分别超过标准 0.15 L/s 和 0.2 MPa，则每天浪费能量
6、0.012 千瓦时，浪费 215 L 水。如果按照全国 1.5亿的家庭数量计算，每家一个水龙头（实际中平均每家可能会达到 1.5 个水龙头） ，60%家庭使用超标水龙头，则我国一天就要浪费 100 多万千瓦时的能源，每天浪费的水源更是超过了 1900 万吨，这些数据还是保守估计。从这些分析不难看出，节能节水技术的重要地位。 因此，应加强对水龙头前端的水压限制。给水系统中应大力推广支管减压，在资金允许的情况下，也可考虑使用可调式减压阀。 1.4 居民小区供水系统 4当前，多数小区都设有集中供水系统，实际中应注意以下两方面： 供水泵站尽量在小区中央地带集中布置，否则由于供水管路过长，会加大沿程压力
7、损失，致使水泵扬程加大，能耗增加。另外，距离泵站近的用户常会面临超压现象，噪声振动严重，水压不稳定。 供水泵站还要考虑小区的热水系统，需与之协调排布。这一部分会在后续篇幅详述。 2. 供水设备 2.1 常见供水方式 一般而言，以下四种供水方案为国内大多数高层建筑所采用。 A市政水源水池加压泵高位水箱居民 B市政水源水池加压泵气压罐居民 C市政水源水池变频调速加压泵居民 D市政水源叠压供水设施居民 2.2 四种供水方式的优劣势分析 前两种供水方式由来已久，上世纪 90 年代在各大城市供水系统中占据主导地位，第三种方案中的变频调速加压泵是 21 世纪初期发展起来的，目前在工程设计中普遍受到青睐，第
8、四种方案中叠压供水设备属于无负压供水设施，是近几年发展起来的。 客观来讲，四种供水方式各有其适用条件和优缺点，从节能方面考虑，由于第一种方式的加压泵总是在高效率运作，且水泵 Q 在最高时选择，其值仅为变频调速泵选用设计秒流数值的 1/1.61/3，故第一种供水方式最为节能。虽然可调频变速变频调速泵的随管网流量，相对常速5泵要节省能耗一些，但由于变频调速泵几乎是一天不间断工作，加上部分时段是在低效状态、低流量的工作，所以要比高位水箱的供水方式更加耗能。从另一个方面来看，由于叠压供水和变频调速供水取消了全部或部分调节储水供水设施，因此能够简化系统，有效地减少和防止二次污染。相比高位水箱供水，气压供
9、水方式的优点是不需要设高位水箱，缺点就是要把供水压力提高，故而必定比高位水箱供水方式的能耗大。另外，按理论推测叠压供水，虽然叠压供水利用市政供水管网的余压达到节能，但在实际操作中，它与设备参数的选择、市政供水条件是否合适等密切相关。其具体比较见表 1。 表 1 四种供水方式的特点比较 注：Q(h)为最大小时流量，q3 为设计秒流量。一次投资包含水箱、水池、设备用房及供水设备等；运行费用特指电费。叠压供水的能耗主要取决于可利用市政供水压力 P 及其与系统所需供水压力 Pd 之比值，以及变频调速泵组的配置和水泵扬程选择的合理性。 2.3 推荐组合供水方式 通过上述可知，四种供水方式各有千秋，本文推
10、荐一种最节水、节能的组合供水方式常速泵组+高位水箱供水。这种供水方式既可以利用市政供水压力，且水泵均在高效段工作，可以根据最大小时流量选择水泵流量，其值仅为变频调速泵选用设计秒流数值的 1/1.61/3，以达到节能目的，而且高位水箱具有极大的调节水量、水压的能力，因此供6水安全、节水、稳定。它的缺点就是，与叠压供水方式比较，它需要设立高位水箱，需要占空间占地，而且需要提供二次供水消毒设施，这与变频调速泵供水方式类似。 3、节水器具与计量装置 3.1 节水龙头。作为每家每户必备生活用品，水龙头既是耗能耗水大户，也是最具开发节能节水潜力用品。目前国内生产供应节水龙头主要存在质量不过关、档次低等问题
11、。根据调查显示，某市陶瓷密封水嘴、坐便器低水箱配件和大便器冲洗阀的检测合格率仅为 38%、50%和 30%。可见，开发节水龙头设计、提高节水龙头质量对于节能节水具有重大意义。 3.2 公共场所的卫生间不应采用无控制花管长流水的小便槽，而应该推荐使用感应式水嘴、便器冲水阀，这种非接触方式既卫生又能达到节能节水的目的。 3.3 水表等计量装置。节能节水的重要举措之一就是安装水表等计量装置，有关部门已经做出了明文规定，设计者应该根据物业管理和业主的具体需求采用质量好且合适的水表。 3.4 刷卡用水。学生宿舍和企事业单位等的公用淋浴间推荐采用刷卡用水方式，此种用水方式已被证明节水效果很好。 4、 热水
12、系统 4.1 热源选择 由于生活热水供应系统能耗占整个建筑能耗的 12%32%，而用于生活热水的热源又占生活热水供应系统能耗的 88%以上，所以生活热水的7热源选择对于节能节水具有重要意义。集中热水供应系统热源选择可按以下顺序选择： 在有条件的地方优先使用工业废热及余热，变废为宝，达到节能、环保两不误。 在地热水丰富并且允许开发的前提下，设计者可依据水温、水质等条件，将其用作热源，也可以直接作为生活热水。不过地热水的水温、水压、水质因其形成条件的不同均有较大差异，在使用前应该采取必要措施降温、升温、去除有害物质，以此保证合理、安全地利用地热水。除此之外，在有条件的地区应综合利用地热水，例如先把
13、地热水用于发电，再用作生活热水、空调采暖和理疗等。 作为一种取之不尽的环保能源，太阳能是非常值得推广生活热源。凡当年日照时数大于 1150h，年极端最低气温不低于-40且年太阳辐射量不低于 4200MJ/m2 地区，都应采用太阳能作为生活热源。 在可供热回收利用的水源地区以及土壤热能性较好、气候温暖的地方可以分别使用水源、地源、气源热泵制备热源或者直接向该地区供给热水。 区域性锅炉房的蒸汽或者热水以及能保证全年供热的城市热网都可用作热源。但上述区域性锅炉房或者热网仅在某个时期运行。 如果上述情况都不存在，则可采用专用的热水锅炉或者蒸汽制备生活热源，也可使用燃气热水机组、燃油制备生活热源或者直接
14、供给热水。 对于鼓励使用夜间低谷电且当地供应电力比较充裕的地区，可以8使用电能作为生活热源或者直接供给热水。 4.2 局部热水供应系统热源选择 局部热水供应系统的热源可根据具体情况选择空气源热泵、太阳能、燃气及电等。如果选择电作为热源，需采用储热式电热水器，可以达到降低耗电功率的目的。 4.3 基本设计参数 热水系统的基本设计参数与热水系统的能耗以及运行有着密切关系，所以应该按照建筑工程的具体情况合理设计这些基本参数。 热水用水定额 设计者应该根据地区条件以及卫生器具完善程度合理选择热水用水定额，但据调查，许多设有集中热水供应系统的居民用水定额均低于规定中的低限值。所以，除了气候炎热、水资源丰
15、富的地区以外，其它居住小区热水用水定额应该按照规定中的低限值设计。 计算热水耗热能 首先，用水人数以及单位数的计算应该准确无误。其次，影响小时耗热能大小的关键指数是小时不均匀系数 Kh，而目前不规范热水供应的问题基本都是 Kh 数值偏大且和给出的 Kh 数值不对应。本文在对近几年集中热水供应系统的用水变化进行实测分析的基础上，计算调整了 Kh 值，其具体结果见表 2。另外，应该依照集中热水供应系统定时或全日供应热水来计算和设计小时耗热能。不能不加分析就将同一热水系统中的不同建筑或不同用水部门的小时耗热能直接叠加，而应按照同一热水系统中的不同建筑或不同用水部门的最大用水时段等条件，分别依据规定中
16、9的相应公式和条款计算，来作为整个系统的总小时耗热能。 表 2 热水小时不均匀系数 Kh 值 供水水温 一般情况下，集中热水供应系统的供水水温应控制在 5060。另外，集中热水供应系统的水加热设备应在达到配水点处最低水温的情况下，依据热水管道保温情况、供水管线长度等合理降低供水温度，以此达到减少热损失、缩小管内外温差以及节省能源的目的。 供水水质 热水供应系统的水质对节能产生影响主要来自于冷水中的碳酸盐硬度。当冷水碳酸盐硬度过大时，会在水加热设备以及其管道内形成水垢，影响水加热设备制热效果，从而损耗热能。所以，应该采取有效适宜的措施软化或稳定碳酸盐硬度大水质。 5、 结束语 总而言之，建筑给排水节水作为一项系统工程，各个环节的合理设计与应用都很关键。既要重视用水的安全性和科学性，又要不断引进新设备，学习新技术达到合理节能节水的目的，实现水资源可持续利用，从而提高整个社会的经济效益。
