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摘要：21世纪，随着绿色建筑的兴起以及《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378—2006）规范的制定，对绿色建筑给排水设计提出了以节水及水资源利用为主的各项要求，其中很多关键技术措施在一般工程中不多见。本文以某超高层办公楼设有生活给水系统和管道直饮水系统。本章对这两个系统的具体设计进行介绍，并对给水设计中涉及绿色建筑达标控制项的内容进行了对比、分析和研究。
关键词：超高层办公楼；绿色建筑；建筑给排水；节水措施
1.引言当前，城市的用水量日益增加，我国人均水资源占有量仅为世界平均水平的28%，水资源短缺已成为制约我国经济社会可持续发展的重要因素。
因此，本文围绕绿色建筑评价标准展开技术策略的研究，能降低设计过程中遇到重大技术性问题的可能性，降低各专业在绿色建筑设计过程中的配合难度，对顺利完成绿色建筑的各项要求具有重要意义，本文就结合实际情况，对绿色建筑中节水措施进行分析论述。
2、国内外绿色建筑综合评价体系2.1 国外绿色建筑综合评价体系众所周知，在经历了能源短缺危机和环境污染的事件后，发达国家就开始探索和“绿色建筑”有关的发展原则和技术，并逐步成立了有关的技术协会、研发组织，对绿色建筑的评价方法作出相关的研究。到了上世纪 90 年代，绿色建筑的综合评价指标开始逐步成熟起来，可把其分为三个发展阶段，早期为对绿色建筑产品及技术的一般评价以及相关介绍和展示；中期为对建筑方案及环境的设计和评价；近期为对建筑整体环境表现的综合评审和评价。
2.2 绿色建筑中的给排水主要技术措施给排水设计在绿色建筑设计中主要负责水资源的节约与利用以及在条件许可的情况下利用各种可再生能源进行热水加热。绿色建筑中的给排水技术措施主要分为中水回用、雨水收集回用、节水措施、可再生能源利用四部分。
2.2.1 中水回用中水作为一种稳定的、水质较好处理的第二水源，对其进行回用能起到有效的节水作用。中水回用在国外已经有很长时间的时间，使用普遍，回用的效率高，具有很好的经济效益。
在建筑中再生水通常被称作中水，中水是指各种排水经处理后，达到规定的水质标准，可在生活、市政、环境等范围内杂用的非饮用水。建筑中的中水水源主要包括盆浴和淋浴排水、盥洗排水、空调排水、洗衣排水、厨房排水和冲厕排水。这几种水源的水质不一，一般把它们归为 3 类：1）优质杂排水：空调排水、盥洗排水和沐浴排水等水质较好的原水2）杂排水：除了冲厕排水以外的原水3）生活污水：所有中水的混合中水的处理工艺一般主要分为物理和生物处理两种。物理处理法就是通过沉淀过滤等方法去除无水肿的杂质以及大颗粒污染物。生物处理法是通过微生物的代谢作用把污水中的污染物转化为无害的物质。中水由于水质较差，物理处理很难达到使用要求，所以多采用生物处理法。
2.2.2 雨水收集回用城市建设越来越注重发展雨水收集和利用工程，把原来被排走的雨水储存起来加以利用，既增加了水资源，也是节约自来水使用量的好措施。同时，通过雨水收集利用的广泛开展，由于雨水被留住或回渗地下，减少了排水量，减轻了城市洪水灾害威胁。因此，地下水得以补充，水环境得以改善，生态环境得以修复。可以说，雨水收集利用是城市水资源可持续利用的有效措施之一。
我国城市雨水利用发展较晚，许多设计人员来自于环境、市政领域，在雨水回用的设计过程，往往采用环境工程或者市政工程的设计标准和思想，从而造成雨水回用项目投资较大、运行费用较高，不利于雨水回用在城市大范围推广。国内有部分雨水收集示范项目，但仍未获得大范围的推广，目前在国内已经提出强制进行雨水收集利用城市包括如下：北京、深圳、上海、南京、大连、青岛、郑州等城市。
2.2.3 可再生能源利用在给排水设计中，可再生能源主要作为热水加热的热源来使用。目前用于加热水的可再生能源主要是太阳能。太阳能热水系统的作用主要是通过集热器把太阳能转换为热能用以加热水，再通过热水管道输送至各个用户；通常包括太阳能集热器、储水箱、泵、连接管道以及控制系统等设备。
2.2 绿色建筑评价标准介绍《绿色建筑评价标准》（GB/T 50378-2006）是 2006 年颁布实施关于绿色建筑的国家标准，目前为推荐性标准性质，标准本身可作设计参考之用，标准把绿色建筑分为三个星级，三星目前是我国认可的绿色建筑最高级别，二星一星次之。此标准采取得分制作为评价表现的准则，即得分越多表现越好，当建筑的表现高于设定的标准后，便可得分。
3、给水工程设计及绿色建筑节水措施3.1 生活给水系统3.1.1 给水系统设计1）水源本工程以市政自来水为水源，从市政给水管引入一条 DN200 给水管供本建筑使用。根据自来水公司提供的资料，市政管网的供水压力为 0.3Mpa。
2）生活用水量确定本项目生活用水量包括办公用水、空调补水、游泳池补给水、游泳池淋浴水，食堂用水、车库冲洗和绿化用水等项目，各项用水定额、单位数量、用水时间、时变化系数、最大时用水量及日用水量等均列于表 3-1。
表 3-1 生活用水量计算表
由上表可知，计算可得最高日用水量 Qd=765m3/d，最大时用水量Qh=116m3/h。
3）分区及供水方式市政管网的供水压力为 0.3Mpa，能满足三层以下用户的供水压力要求，但由于该地区属于新城区，市政给水管道不够完善，管网末端可能出现压力不稳等问题；若 1-3 层采取直接供水方式，难以保证供水可靠性。
因此，市政直接供水仅供给负三层至负一层用户，一层到三层用户采用加压供水方式，提高供水安全可靠性。
给水系统竖向分为四个区，对于供水压力大于 0.45MPa 的配水横管，设可调式减压阀进行减压，保证每一个用水点出水压力小于 0.45MPa。
市政直接供水区：负三层至负一层；低区：首层至七层；中区：八层至二十二层（八层至十四层经减压供水）；高区：二十三层至三十八层（二十三层至三十一层经减压供水）。
本工程采用变频供水方式，各区均设一套变频供水设备。各区主要技术参数：低区：Q=30m3/h，H=60m；中区：Q=6m3/h，H=120m；高区：Q=6m3/h，H=185m。供水模式详见附图中的生活给水系统图。泵房供水设备根据管网水力计算进行选泵，生活用水加压设备采用变频给水设备，水泵在其高效区内运行。采用管内壁光滑、阻力小的给水管材，适当放大管径以减少管道的阻力损失和水泵扬程。
4）生活贮水池为保证生活用水负荷卫生要求，在负三层设独立生活贮水池，与结构底板完全脱开，并设置二氧化氯消毒设备，以保证出水余氯量。因采用的是变频调速泵设备，不设天面生活水池，避免了二次污染。
5）管材和阀门生活给水系统中室外埋地管道的管材采用 DN≥100 不锈钢管，卡箍连接。生活给水管道上的阀门，原则上当 DN≤50 时采用截止阀；当 DN>50 时用闸阀或蝶阀。但在水流需双向流动的管段上及各种排空泄水阀一律用闸阀或蝶阀；安装空间小的部位宜采用蝶阀。
3.1.2 给水方式确定的依据1）供水方式的比较根据自来水公司提供的资料，市政管网的供水压力为 0.30Mpa，其供水压力并不满足高层用户的最低用水压力要求，只能通过加压供水的方式来满足高层用户的需求，而常用的加压供水方式有高位水箱供水、气压供水、变频调速供水、管网叠压供水这四种。常用的加压供水方式及其能耗等比较见表 3-2。
表 3-2 常用供水方式比较表
通过上表的比较发现，这四种常用供水方式都有其各自优缺点，而其中高位水箱供水和管网叠压供水优势较大，对于供水方式的选择，除了从节能节水以及经济效益方面考虑，还应该根据工程的实际情况来比较。
1.高位水箱供水设置高位水箱，能保证供水的可靠性，即使发生了停电等意外，也能继续对全楼用户进行供水一段时间。但增加了结构负荷，水箱供水水质比较差，增加了二次污染的机会。本项目作为综合了通信生产及办公、会议、展览、体育等用途的综合性办公大楼，通信设备面区面积为 23，800m2，设有大量的通信设备，设备层的面积非常紧张，如果采用有水箱形式的供水系统，建筑、结构都需要付出非常大的代价[13]。塔楼顶部设备区按具体功能需求设置，设建筑设备机房、卫星天线、通信设备机房、直升飞机停机坪等区域，没有充足的空间去设置高位水池。综上所述，本项目不适合采取高位水箱（池）的加压供水方式。
本项目的最大时用水量为 121m3/h，日用水量为 780m3/d，供水规模较大，气压供水方式由于耗能大，耗钢量大，供水压力的变化大，一般不宜用于供水规模大的场所，因此也不适合作为本工程的加压供水方式。
2.叠压供水方式叠压供水是利用室外给水管网余压直接抽水再增压的二次供水方式，此种供水方式已广泛应用于国外工程的给水系统中，而在国内的普及程度还有待提高。为了防止城市供水管网产生负压，影响到周边的用户用水，造成供水不均，自来水公司规定建筑不能直接从市政管网上直接抽水。
叠压供水主要利用无负压供水技术，通过智能化措施控制稳压设备，使市政管网的压力保持稳定，充分利用了管网压力的同时，也不对周边用户用水产生影响。用水高峰时能量储存器释放预充的一定压力的气体，保证稳压补偿罐高压腔的水带有一定压力补偿到恒压腔中，在一定时间内可补充市政管网来水量的不足；通过双向补偿器，在用水低谷期时对稳压补偿罐进行蓄能，对用户管道气稳压补偿作用，充分利用了市政管网的压力，节能效果显著。
无负压供水技术能有效避免二次污染，从经济效益和节水节能效益上具有一定的优势。其优点可以概括成以下几点：a.减少二次污染的发生，无需定期清洗、消毒。
b.无跑、冒、滴、漏等现象，能有效节水。
c.整套设备安装连接好后便可运行，运行维护简单。
d.无建造水池或水箱，机房所占面积小，也无需设置净化消毒设备，综合投资小。
虽然叠压供水方式存在着众多优点，但仍存在一些技术问题有待解决：a.大多数管网叠压供水设备采用负压消除技术，其功能是在供水管网供水量小于水泵抽水量时通过消除设备自身产生的负压而保障供水管网水压不进一步降低，但并不能够保障供水管网的最小自由水头。当管网叠压供水设备消除负压时，设备所在位置剩余压力等于零，受其影响，在一定范围内供水管网的水压已经不能够满足最低压力不小于10mH2O 的要求。特别是管网叠压供水设备安装在地下室时，局部管段可能已经产生负压。
b.在建筑内部管网未进行竖向分区且管网叠压供水设备有旁通管路的条件下，出现停电情况时，管网叠压供水设备可利用供水管网原有压力通过旁通管路向水压线以下的区域供水。但对于最低用水设备所需压力高出供水管网最高压力的系统，如采用竖向分区的高层建筑的高区（上区）管网，一旦停电马上就会停水无法保证建筑的连续可靠供水。
本建筑作为广州市未来新 CBD 的一栋高定位的综合性建筑，如果出现断水等故障，将会受到重大的经济损失。
管网叠压供水技术已相继应用到很多建筑的供水系统中，其节能和水质安全的优点都在实践中得到证实，如能在技术上和政策规范上进一步完善和改进，必将成为一种普及度高的节能卫生供水方式。
3.变频调速供水方式变频调速供水设备是国内应用最为广泛的一种供水方式，其原理是变频调速供水设备在运行时变频调速器控制水泵电机的速度，通过速度的变化保持水压恒定，当管网实际水压低于设定水压时，变频调速器会按顺序循环软启动相应台数的水泵来满足水压恒定，当管网实际水压高于设定水压时，变频调速器按相反顺序切掉相应的水泵电机。变频调速供水方式具有以下优点：a.供水压力稳定，且工作压力可按需设定，可充分保证最不利点的用水压力。b.根据用水量的大小自动调节水泵的运行，做到有效节能。
c.对多台泵组循环软启动，减少冲击，消除水锤。
d.无需高位水箱、水塔水质清洁，无二次污染，亦减少物业管理工作量。
f.采用可编程控制，全自动运行，功能完善齐全，操作维护方便。
g.结构紧凑，占地少，投资省，建设周期短。
由于变频调速供水方式对于供水的可靠性，同时具备一定的节水节能优点和其相对成熟的技术使得这种供水方式广泛应用于国内很多高层建筑的供水系统中。
根据各种供水方式的优缺点以及结合本工程自身特点，最终确定使用变频调速供水方案。
2）串联给水与并联给水对于超高层建筑一般都设有避难层，对建筑高度超过 100m 的超高层建筑，如仍采用并联供水方式，其输水管道承压过大，存在不安全隐患，本建筑属于超高层建筑，最高供水点高程为 164m，能在避难层设置泵房等设施，若采用串联供水，不但减少了管井立管，对管材和接口的要求较低，无需高压管材，但是此种供水方式需在中间层设置泵房，要有较高的防震要求和自动控制要求，并且占用更多的空间。对于分区并联供水，无需在中间层设置泵房，减少结构负荷；设备集中，方便运行和管理。但分区并联供水对输水管的材质要求较高，国内工程常用的给水管道和管件的最大公称压力为2.5MPa，根据本工程的实际情况，即使使用分区供水，其高区的给水管道压力也并未超。过 2.5MPa，仍能有效保证高区供水的可靠性。综合以上特点，本工程采用了分区并联给水的供水方式。
3）减压措施常见的减压措施主要有减压阀和减压水箱两种。减压水箱无需任何机械装置，不易出现故障，保证了连续供水的可靠性，但减压水箱必须占用更多建筑面积，并且容易出现二次污染，需要定期消毒、管理。减压阀安装方便，占用空间少，但容易出现故障，需要定期检修，故一般都设一用一备，两个一组，能有效保障供水可靠性。综上所述，本工程的减压措施使用减压阀，只要控制好减压阀的有效工作压力，即可起到跟减压水箱相同的减压作用。
3.1.3 绿色建筑节水措施对照“评价标准”控制项要求，采取了相应的措施，具体说明如下。
1）节水型洁具的利用根据“评价标准”的要求，选用合适的节水器具，以达到节水的要求。
节水器具清单见表 3-3。
表 3-3 节水器具清单见
3.2 直饮水管道系统直饮水处理机房设于负三层，直饮水处理工艺如下所示：处理工艺流程：自来水→原水箱→水泵→机械过滤器→活性炭过滤→软化器→盐桶→保安过滤器→反渗透→中间水箱→中间水泵→反渗透→精滤→消毒→纯水箱→水泵→用户。
主楼及裙楼各楼层分别设有饮用水点。饮用水系统采用变频供水、立管全循环方式，工作时间内每区至少一台水泵保持工况运行，不另设循环泵。管道系统采用枝状管网，直饮水管道采用不锈钢管。
1）用水量直饮水用水量按照 2 L/（人? 天）计算，服务人数为 3000 人，最高日用水量约为6m3/d。
2）给水系统集中设置一套直饮水系统，机房设置在地下三层。办公楼各分区最低饮水嘴处的静水压力不宜大于 0.40MPa，直饮水系统竖向分成 3 个区，对于静水压力过大的区域，设置可调式减压阀保证每个供水点不大于0.40MPa。
a.低区：塔楼 1~7 层及裙楼 1~6 层。
b.中区：塔楼 8~21 层。
c.高区：塔楼 22~37 层。
3.3 本章小结超高层建筑中的供水方式众多，对于使用何种供水方式要根据工程的具体情况确定。本超高层建筑由于有大量通信设备，设备层使用面积紧张，选用变频调速+并联分区供水+减压阀结合的供水方式能占用最少的设备层面积，腾出空间；而最高供水点为天面消防水箱进水管，与生活给水泵的高程差约为 178m，而一般管材的 2.5Mpa 的最大承压能保证系统安全性。根据“评价标准”规定采取以下措施：卫生间选用 2 档式节水型直冲式坐便器、自动感应直冲式小便器；根据用水用途和用水区域分别设置水表进行计量，提高用水人的节水意识，杜绝浪费，也能及时发现漏水点。
4、结束语综上所述，当前，我国人均水资源占有量仅为世界平均水平的28%，水资源短缺已成为制约我国经济社会可持续发展的重要因素。因此，希望本设计能给绿色建筑的给水排水设计提供一些设计经验和设计参数，为其他工程设计人员提供借鉴与参考，也为提高绿色建筑给排水工程设计水平做出努力，最后期待各位专业人员提出宝贵意见。
参考文献：[1]倪华明，刘晨，朱刚，徐亚同.城市雨水回收利用现状及发展——上海案例[J].净水技术 2012，31（2）：1-5[2]广东省绿色建筑评价标准（DBJ/T 15-83-2011）[S].中国建筑工业出版社，2011[3]孔石.超高层建筑综合体给水系统设计探讨[J].中国给水排水，2013，39（1）：76-79
论文作者:陈毅
论文发表刊物:《基层建设》2015年4期供稿
论文发表时间:2015/9/21
标签：管网论文; 建筑论文; 方式论文; 水箱论文; 水压论文; 用水论文; 压力论文; 《基层建设》2015年4期供稿论文;