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摘要：结合实际工程设计经验，从推进优质管材、节水卫生器具和器材以及设计计算过程两方面论述如何提高建筑给水设计的环保节能性，本着万变不离其宗的理念，讨论在基本计算过程中用水定额、市政供水压力的确定如何影响系统环保节能效果及其改善方法。
关键词：环保节能；建筑给水设计；节水器具；用水定额
一、建筑物给水工程水资源的使用现状
尽管随着时代的发展，环保节能意识逐渐深入人心，但人们生活水平提高的同时，更多的人对资源和能源的使用价格越来越不在乎。如果能在工程设计阶段就将环保节能理念贯穿其中，提高建筑给排水环节水资源和能量的利用效率，就能收到更好的环保节能效果。
就笔者看来，在建筑工程设计中能够从以下两方面提高建筑给水系统的环保节能效果：一是推广优质管材、阀门以及节水卫生器具和器材，使其在工程实际中被有效应用，从而减少不必要的水资源漏失和浪费；二是站在设计计算角度考虑，分析建筑给水设计参数（如用水定额、市政给水压力）对给水系统分区、管径、水泵等主要设备参数的影响，以及在设计过程中如何实现节能环保，通过在设计初期合理的确定相关参数，使得整个系统的设计都建立在合理、环保、节能的大前提下。
二、推进新型节水设备在建筑给排水设计中的应用
2.1优质管材以及阀门材料的应用
传统的镀锌钢管由于材质原因容易出现生锈的问题，甚至因为锈蚀而导致渗漏，不但浪费水资源和检修的人力物力，还存在着因生锈带来的水质污染问题，与环保理念相违背。新型优质管材以及阀门等材料的使用能够有效的减少给水管道渗漏情况，目前不锈钢管、PE管、PPR管、各种新型复合管材及其相应的管件阀门已在建筑给水工程中得到广泛的应用。
2.2推广应用节水卫生器具和器材
在《民用建筑节水设计标准GB 50555-2010》6.1节中规定了节水器具、器材仪表等的选用与使用要求，明确指出应该符合现行行业标准《节水型生活用水器具》CJ 164的规定，对于建筑节水有着重要意义。如采用新型虹吸式的节水型高效坐便器可较传统的坐便器节水50%；新式节水型淋浴喷头也比传统的淋浴设备节水得多。
与新型管材一样，市场上的节水器具产品众多，质量良莠不齐，为了保证工程质量，需要在设计中做好细节把控，在设计中明确管材和器具执行的产品质量标准，使用寿命乃至应该达到的节水节能效果等等，以方便建设、施工、监理单位后期操作和质量把关。
（1）所有卫生洁具及配件采用节水型产品，卫生洁具给水及排水五金配件应采用与卫生洁具配套的节水型，符合CJ164-2014《节水型生活用水器具》技术参数要求；生活用水器具的用水效率等级符合现行国家标准《节水型产品通用技术条件》GB/T18870、《水嘴用水效率限定值及用水效率等级》GB 25501、《坐便器用水效率限定值及用水效率等级》GB 25502、《小便器用水效率限定值及用水效率等级》GB 28377等有关节水评价值的规定。
（2）公共卫生间采用感应式冲洗阀壁挂式（带水封）小便器、红外感应龙头洗手盆。设计选用用水效率等级为2级的水嘴、小便器和坐便器，参数如下：水嘴流量在0.10±0.01MPa动压下为0.1L/s；小便器冲洗水量3.0L；坐便器双档冲洗水量双档3.5/5.0L。
（3）为加强用水管理，提倡节约用水，设置分级水表计量。生活变频供水设备采用高效电机和泵组，多台变频泵并联工作，稳定供水压力，保持工作泵始终位于高效率工作区段。
三、设计参数选用对给水系统环保节能性的影响
作为专业的给排水工程设计师，不应单纯将给水系统节能环保的问题归结到器具、材料选用等“后天”条件，而更应该从专业技术角度，分析工程设计计算过程中的细节问题，通过对所设计给水系统细节的不断完善，使系统的“先天”设计就有利于节能节水。下面笔者分别从用水定额、市政供水压力这两个前期设计参数出发，讨论其对系统环保节能性的影响。
3.1用水定额的确定对系统节能环保性的影响
1、公共建筑用水定额的影响
根据《建筑给水排水设计规范GB 50015-2003（2009年版）》的计算要求，对公共建筑和工业建筑而言，由于给水设计流量和水力计算主要与卫生器具数量（当量）有关，因此建筑物的生活用水定额的确定主要影响的是建筑物所设置的生活水箱大小。若用水定额选用大于实际最高日用水量的，生活饮用水在生活水箱内停留时间过长，在供水中的余氯等消毒剂含量低于有效值以后，可能出现饮用水的二次污染情况，但是在《城镇给水排水技术规范GB 50788-2012》中，要求“生活饮用水的水池（箱）应配置消毒设施”作为强制性条文列出。可以理解为在消毒设施运行正常的前提下，能有效的降低生活水箱中发生二次污染的可能性。
2、住宅建筑用水定额的影响
而对于住宅建筑而言，建筑用水定额除了影响水箱容积以外，在给水设计流量和水力计算过程中，作为计算最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率U0的计算参数之一，对生活给水管道的设计秒流量也有一定的影响，继而影响着系统的管径和水泵参数的确定。
以设计供水户数200户为例（相当于向5座一梯四户，每个供水分区有10层住宅的某个分区供水），按每户设置的卫生器具给水当量为6.5，用水人数平均按3.5人，小时变化系数为2.5，参照《建筑给水排水设计规范GB 50015-2003（2009年版）》表3.1.9中III类普通住宅，用水定额可选用180~320L/人·d。当选用180 L/人·d时，干管设计秒流量8.714L/s，选DN80管道；而当用水定额为320 L/人·d时，设计秒流量10.85L/s，选DN100管道。设计秒流量之比为1.245。对于同一套管道系统水头损失比值是流量比的二次方（H=S·Q2），即后者的干管中的水头损失是前者的1.550倍。并且这个比值随着供水户数的增加还不断扩大，大致如下表所示：
当用水户数800户以上时，二者水头损失之比已经大于2.0，可以推断，用水定额的选用与实际的偏差，可能导致如下2种情况：
（1）当设计计算的用水定额偏低，而实际中用水定额高时，管道系统水头损失高于设计值，容易出现分区顶层用户供水压力不够的情况。
（2）当采用较高的用水定额计算并选用管径、供水泵组等设备，而实际用水定额低时，管道系统实际水头损失低于设计值。一方面选用管径、水泵扬程过大会造成材料的浪费；另一方面，在整个系统生命周期内的设置运行压力都高于实际所需，所增加的压力或被管网中的减压阀消耗导致能量被浪费；或使末端用水器具工作压力偏高，导致出水量增加。
众所周知，高层建筑给水系统是否节材与是否节能的矛盾一直存在，一个供水分区上部正常供水，下部减压供水已为常态，若能增加供水分区的数量，将每个分区的楼层范围缩小是节约能耗的有效方法之一，但每增加一个供水分区意味着增加一套管道系统，如何在节能与节材之间取得平衡还需要深入论证。但如果在系统分区一定的前提下，能够准确合理的选择用水定额，计算并选择合适的水泵，便可在不增加分区数量和管道建设成本的条件下使系统更加节水节能。
关于住宅用水定额的选择，在《民用建筑节水设计标准GB 50555-2010》的表3.1.1罗列更加详细，该表在区分三类普通住宅和别墅的前提下，将全国省市按区域和城市规模分了9组，对各自取值范围作出了细化。然而，两本规范（标准）均补充说明，当地主管部门对住宅生活用水定额有规定的，按当地规定执行。其用意在于：如果地方主管部门能够根据当地居民的生活水平、用水习惯以及居民用水数据的统计分析，提出符合当地情况的用水定额范围取值，引导设计人员选用，就能使建筑给水系统设计更加合理和贴近实际需要，也更加节能环保。
3.2市政供水压力的确定和有效利用
1、市政供水压力的确定对系统节能性的影响
城市的市政供水压力一般都在0.20~0.40MPa范围内，即便在老旧城区，也有旧小区的8层住宅采用市政给水直供，只是在用水高峰期顶部楼层出现水压不足的情况，而靠近自来水厂的区域通常能达到0.40MPa以上。但在设计过程中，有些水厂只承诺管网提供0.15~0.20MPa的供水压力（保证市政、室外消防所需压力），或建设单位、设计单位出于保守考虑，种种因素影响下，一般设计采用市政供水的楼层都不超过三层，甚至只有首层架空和室外绿化采用市政供水，塔楼全部采用低位水箱和变频泵组加压供水的方式，市政水压得不到有效利用导致能量被浪费。
如果有关部门或水厂能对城市不同区域的管网压力进行监测，向建筑建设单位提供较为准确的市政水压，在保证用水高峰时段用水舒适性的前提下，尽可能提高市政供水的层数，可以使能量的利用率有所提高。
2、无负压供水设施的选用
传统的蓄水池、高位水箱配合变频给水设备二次加压是目前使用最广泛的建筑供水方案，相关案例证明，蓄水设备发生二次污染的风险较大，并且市政给水在进入水箱后原有的能量被浪费了，从环保节能理念的角度分析，传统设备在环保与节能两方面都并非最优选择，上述情况可以通过采用无负压供水设备得到改善。
工程中无负压变频供水设备的使用受到一定的限制，由于无负压设备一般没有前端调蓄水箱，或者自带的水罐容积太小，这就要求市政给水系统和接入管的管径和流量不小于建筑物用水的设计流量，但在一些中小城市或者大城市的旧城区，市政给水管道难以满足无负压供水设备的要求，因此必须征得当地供水部门同意方可选用该设备。
在市政供水条件允许的前提下，建筑工程设计中建议选择无负压变频供水设备。既能降低蓄水过程中发生二次污染的风险，又能有效地把市政供水的余压利用起来，是建筑给水工程中符合环保节能理念的主要新型产品之一。
四、总结
除了推进新型节水设备的应用以外，若要进一步改善给水系统的环保节能性，提高基本设计参数的准确性有着重要意义，而这一方面需要设计人员多去了解项目实际运行状况，积累经验；另一方面更需要相关部门和供水单位引起重视，根据各城市不同区域的供水用水特点，通过云计算、大数据统计分析等技术在供水领域的应用和推广，可以因地制宜地提出区间更小、准确性更高的参数选择范围，使建筑给水设计更加有据可依，使给水系统更加合理、环保、节能。
参考文献
[1]杨华.浅谈建筑给排水设计中环保节能理念的应用[J].城市建设理论研究（电子版），2017（36）：103.
论文作者:崔满常
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年2期
论文发表时间:2019/6/14
标签：用水论文; 节能论文; 定额论文; 建筑论文; 市政论文; 系统论文; 器具论文; 《建筑学研究前沿》2019年2期论文;