建筑给水工程的节水节能方法分析

曹 杨,李太富,方 俐

(1.西华大学能源与环境学院成都 610039;2.中国华西工程设计建设有限公司成都 610081)

1 建筑给排水系统中水电资源浪费现状及原因

1.1 超压出流现象

建筑内部给水系统的压力,必须能将需要的水量输送到建筑物内最不利点的用水设备处,并保证有足够的工作水头。卫生器具给水额定流量是按照卫生器具用途和使用要求而规定的卫生器具给水配件单位时间的出水量。最低工作压力是为基本上满足卫生器具使用要求而规定的给水配件前的工作压力。给水配件前的压力大于最低工作压力,给水配件在单位时间内的出水量超过额定流量的现象,称超压出流现象[1]。该流量与额定流量的差值,为超压出流量。为了满足最不利点水头的要求,超压出流现象必然存在。超压出流现象不但会破坏给水系统中水量的正常分配,因超压出流的水未产生任何效益,即为无效水量。而且当水压过大时,水龙头启闭时易产生水击及管道振动,使得阀门和给水龙头等磨损较快,缩短使用寿命,并可能引起管道连接处松动漏水,加剧了水的浪费。在高层建筑中,高区的供水还必须由水泵提供,提升这部分无效水量又直接造成了电能的浪费。

1.2 给水管道及附件的损坏导致水量浪费

管道的老化及生锈,阀门、水表、龙头等的破损导致水量的损耗。给水管道在管子接缝处及法兰、阀门连接处都会有不同程度的漏水现象。尤其埋于地下的的管道破裂漏水更不易被发现,造成极大的水资源浪费;其次是给水附件的不合理选择,造成实际出流量远大于需要的用水量,造成水量的浪费。

1.3 加压贮水系统选择不合理造成浪费

目前新修高层建筑的消防加压系统一般都是各号楼单独设置,这就造成工程建设和设备投资及运转费用过高,并且多座贮水池的大消防贮水及定期换水也造成了严重的水电资源的浪费。再加上一些设计人员只求符合设计规范,没有考虑到设备及管道的投资以及后期运转上的资源消耗。比如给水方式选择的不合理,给水分区的不合理,以及选择水泵机组的不合理都造成了不同程度资源的浪费。尤其以水泵机组选择不合理造成资源浪费最为严重,因为水泵机组的运转是靠电能以维持,在整个给水工程中 95%～98%的电能是用来维持水泵的运转,因此在设计时这方面必须引起重视。

2 节能措施的分析

2.1 充分利用市政给水管网的流出水头

目前,我国城市的自来水管压力在非高峰期用水时,市政给水管网压力一般能在0.15～0.35MPa,此压力值可以满足高层建筑的低区以及部分多层建筑的供水要求,可以充分利用。在高层建筑中,切不能将管网出水直接引入贮水池中,白白将市政管网的流出水头损失掉。在有条件的地方,经有关主管部门批准,可以引入 WWG型无负压给水设备。无负压给水设备是直接串联到市政给水管网或原有管网上加压,有效利用原有管网压力达到节能的目的而对市政给水管网或有压管网不产生负压,能稳定和调节流量的给水设备。WWG型无负压给水设备节电效果可达 50%～90%,节水可达 13%以上,而且在停电的情况下可以达到不停水的效果。

2.2 合理确定给水系统的垂直分区及减压节流问题

高层建筑给水系统垂直分区的目的,是保证给水设备和卫生器具的正常使用,避免压力过高,出现不必要的能量浪费。同时避免卫生器具供水大大超过额定流量,造成水量浪费。分区压力过高,不仅使卫生器具出水过猛,而且在启闭卫生器具时易产生水击,甚至使管件破裂、卫生器具部件损坏,增加维修量。所以在设计时,垂直分区压力值一定要适宜[2]。然而为了达到最不利点的流出水头,其他管段超压现象必定存在,这就涉及到需要设计人员更合理的分区以减小超压现象造成的危害。为了达到规范规定的关于管段和卫生器具承压的要求,目前采用的最有效的措施就是设置减压孔板或者减压阀门,但在减压阀门前的管段必定也是处于高压状态,通过减压阀,白白削减掉了这部分势能。是否能将这部分势能转化为电能,直接为电磁减压阀提供电源,这还有待研究探索。

2.3 合理设计水泵的运行参数及管网的管径

在不设调节水箱的供水方式中应选用高效节能的变速水泵。通过合理设定水泵参数优化配置可避免恒速泵给水系统中水泵始终按最不利工况运行所引起的水量、电能浪费的问题,在各类资源紧缺的今天有着广阔的前景。同样,在热水供应系统中,随着水泵自控技术及各种监测仪表和新型感温材料的出现,循环水泵的运行也可采用变流量变扬程的自动控制系统。可以考虑在配水龙头处装设简易的水流指示器或在最远配水点处装设感温元件,把信号传递至循环水泵的控制系统,根据热水的不同配水工况命令水泵时停时转随机改变其运行参数,从而节省电耗。采用变频调速装置比一般供水设备节电 10%～40%。有的设计人员或者施工人员图节省管材,故意把管径缩小一个型号,虽然也能达到高层建筑最不利点的流出水头,但由于管径的缩小,提升同样重量的水所消耗的电能就要多很多。而在自动喷水灭火系统中,按正常计算所选用的管径,确实符合最不利点的喷水强度,但经核算,需要放大一号管径才能符合规范[3]里“9.1.4”条:“最不利点作用面积内任意四个喷头围合范围内的平均喷水强度轻,中危险级不应低于本规范表5.0.1规定值的 85%”要求。所以,无论从经济角度还是从安全角度考虑,管径是需要放大一号的。

2.4 充分利用太阳能资源

太阳能作为清洁能源,取之不尽,用之不竭,是节能的重要的途径。而今太阳能对于供水最有效的利用就是太阳能热水器,太阳能热水器是由集热器、储水箱、给水箱、循环管、循环泵、配水管等组成。我国大部分地区均处北纬 40°以北,日照时间较长,均适合推广太阳能热水器。昆明月半湾高层住宅小区工程[4]合理地把太阳能运用到了高层住宅建筑供水中,在此小区中,通过利用太阳能,用户平均每日节约电量达 7°之多,小区全年同比节约用电 237×104KW·h,相当于年节约标准煤近 1000 t。

3 节水措施的分析

3.1 开发中水资源

建筑中水系统是很有效的水资源可持续利用系统,它将建筑物内的污水、废水加以收集、处理,实现生活污水、废水的重复利用,既节省水资源,又保护环境,具有明显的经济效益和社会效益。尽管中水系统初期投资增加,但是从长远角度来看,其成本费用还是低于直接使用自来水的成本费用,而且实现了资源的可持续发展。其次是雨水的利用,雨水利用就是将雨水收集起来,经过一定的设施和药剂处理后,得到符合水质指标的水得以利用的过程,类似于中水,处理后的雨水作为一种可以利用的水资源可以用于厕所冲洗、城市绿化、景观用水以及其他适应中水水质标准的用水,以减少自来水的用水量,减轻污水处理费用。目前,世界上许多国家都展开了对雨水利用的研究,以节约水资源。

3.2 加强水表的管理

水表的设置对水量的控制起着重要的作用。增加小区进户总水表,通过与各户水表进行水量平衡分析,有利于查出漏水隐患。其次水表计量的精确性关系到对漏损控制的评价和采用的对策,为此应采取有效措施提高水表计量的准确度。

3.3 利用经济杠杆促进节水

我国现行水价偏低,根据人均用水量标准估算,每人每天的水费仅为 0.2元,水的低价格完全不能体现水的实际价值,不利于人们节水意识的形成,就节水的经济效益而言也是微不足道。美国的一项研究认为,通过计量和安装节水装置,家庭用水量可降低l1%,如果水价增加一倍,家庭用水可再降低 25%。因此应合理制定水价或合理制定居民用水定额管理制度措施,如实行“超定额累进加价制度”或者采用阶梯式或季节式水价等,充分利用价格杠杆的作用来提高人们节水的意识,达到节水的目的。

4 结束语

建筑业作为我国经济发展的支柱产业,正在飞速发展,而人们对供水量和水质的要求以及消防的要求也在不断扩展,这就对设计人员、施工人员以及监理提出了更高的要求,不仅要符合规范规定的要求,更要把好校核关,努力做到既为投资方节约成本又避免能源的浪费。而目前节约能源的关键除了节水节能技术,还要加强人们的节水节能意识和改变用水习惯,应倡导节约资源,杜绝浪费。

[1]郭莉莉.建筑能耗现状及节能潜力[J].铁道工程学报,2006(4)

[2]李亚峰,蒋白懿.高层建筑给水排水工程[M].化工出版社,2004

[3]GB 50084-2001自动喷水灭火系统设计规范[S]

[4]王秀祥,邹国瑞.挑战高层住宅热水节能极限[N].云南经济日报,2008