摘要：建筑给水系统是将给水管网的水引入建筑物内供人们生活、生产和消防之用，并满足各类用水对水质、水量和水压要求的冷水供应系统。我国水资源相对短缺，所以节水工作就显得很重要。在本文中，笔者在分析建筑给水系统现状的基础上，提出节水节能的优化策略，以供参考。
关键词：建筑；给水系统；现状；优化
前言
我国人口众多，人均水资源占有量仅占世界人均水平的 1/4，是一个水资源短缺的国家，水资源供需矛盾尤其突出。随着城市化进程加快，大量人口涌进城市，居住建筑用水增长，使得建筑节水节能问题不容忽视，加之环境污染和水资源在时间和空间分布的极度不平衡更加重影响，节水节能的重要性已经迫在眉睫。积极推行节水型社会建设是当前和未来几年应该大力提倡的，从建筑给水的角度来考虑，节水节能将是一种发展趋势。如何在满足用户正常用水的同时，关注节能与节水问题是我们的责任。在实践中不断探索发现节水节能型新能源、新材料、新设备、新工艺，降低建筑给水能耗，实现建筑给水系统的环保设计。
1 给水系统现状
1.1 现有给水系统存在的问题
对于目前现有的给水系统的发展，世界各地还存在着一定的问题，对新型技术的研究不仅要从节水的方面来考虑，还要考虑其他不可再生资源的利用，因此，现有的技术发展还存在一些问题。
1.1.1 供水需求短缺
城市环境、人口、经济条件等各方面都对水资源的利用有一定约束作用，随着人们生活水平的提高，给水量和不断增长的水需求量之间形成尖锐的矛盾，给水量不足已经成为全球给水系统面临的共同问题。世界各国水资源的开发与利用统计如表 1所示。
从表 1 中数据可见，我国水资源开发属中等水平，相比美国而言，人均利用量则小，不足达到美国人均水量的 1/5，可能原因为人口基数大和水资源利用率低。据专家预测，到 2030 年我国人口将达到 16 亿，对水资源的开发利用要求更高，因此基于节水节能的要求改善给水系统的技术发展迫切需要。
1.1.2 用水浪费
在水资源短缺地区，用水的浪费现象加剧了供水不均、水量短缺现象。用水浪费主要体现在生活用水浪费和超压出流两个方面。据统计，生活用水中耗水量最大的是洗浴用水，其次是冲厕用水、洗涤用水，还有厨房用水方面；超压引起水龙头出水口处水成射流喷溅，卫生器具易磨损，造成水量流失的同时也产生噪音污染。
1.1.3 能量浪费
由于给水系统在给水方式和给水设备选择上研究较少，选择有不合理性，设备的能量耗损是给水系统能耗的主要部分。
1.2 目前我国建筑给水系统节水节能技术
随着经济发展，城市给水量逐年增大，但给水系统面临的浪费现象又阻碍了水资源的高效利用，因此，大力开发节水节能的新技术，优化给水措施已经成为给水系统发展的必然趋势，主要集中在建筑给水系统的开源、节流和节能考虑等方面。
1.2.1 开 源
要达到节水节能的目的，首要从建筑给水系统的供应来源方面考虑，主要体现在以下几个方面：
（1）发展中水系统
通常城市生产生活废水经处理后，可达到非饮用水标准，因此中水的一个重要用途是将小区中较清洁的污水，经中水站稍加处理后二次、多次循环利用。在缺水城市，为缓解水资源不足的状况，发展中水系统是一条开源节流的有效途径，将成为城市建筑给排水的发展趋势。
（2）雨水回收利用
雨水经简单处理后可达到中水水质标准，所以一个用途是作为中水可持续循环使用；另外一个用途是雨水经深度处理后可作为饮用水，缓解缺水地区用水紧张负担。
（3）开发新型绿色能源
我国对太阳能的应用可行性分析，大部分地区均适合推广使用太阳能的热水器，经济效益良好，节省大量能源消耗，避免给水的二次污染，相对的设备管理和运行方式也比较简单；地源热泵技术用于中央空调等制冷系统和热水供应系统，是一种新型能源开发技术应用。
1.2.2 节 流
在我国水资源开发利用现状中，给水系统面临的主要问题是水资源浪费。尽最大程度缩减这部分水资源需要从以下几个方面出发：①注意日常个人用水习惯及节水意识的培养，推广节水型卫生器具，通过价格制度间接控制用水量。②超压出流的控制。③管道漏损控制。
通过选用节水节能管材，对管道水压进行研究控制和定期质量检验降低管道渗漏现象的发生。
1.2.3 节 能
（1）传统的气压给水设备和变频调速给水设备都不能有效利用市政管网的水压，使能量无效耗费，因此对二次供水技术进行改善出现了叠压给水技术。管网叠压给水方式能够充分的利用市政管网的压力，减少水泵扬程，节省建筑空间的使用，经济效果较好；但不能满足建筑瞬时用水量增大的供给需求，在用水量变化幅度大的地区使用有限制性。
（2）通过控制用户末端热能耗费的技术，一般包括减少无效热能的浪费和提高热能设备的有效利用两大方面来改进现有热水系统的能量耗损。
2 建筑给水系统供水方式的优化
2.1 给水系统优化层次分析法
2.1.1 层次分析法的原理
层次分析法的基本原理是按照排序的原理，也就是将各个方案进行比较后排出优劣次序，从而将得出的结果作为决策的依据；它是一种较新的定性与定量分析相互结合的多目标决策的分析方法。
2.1.2 构建递阶层次结构模型和判断矩阵
根据要达到的目标和涉及的各因素，将它们划分为三个层次：目标层、准则层和方案层。每层因素比较中，为了将判断定量化，引入 1～9 比率标度的方法构造判断矩阵。将 n 个元素相对于上一阶层进行两两比较，建立成对比较矩阵，得到的矩阵视为判断矩阵。
2.1.3 评判标准——一致性检验
层次总排序的一致性检验要从高到低逐层的进行，设某一层次的某些因素对与单排序的一致性指标为 CR，相应的平均随机一致性指标为 Rj，通过计算后，该层次总排序的随机一致性比率CR<0.01 时，认为一致性可以接受，否则要做出修正。
2.2 优化递阶层次
如图 1 所示，地区间由于资源、经济等条件差异，在选择给水方式时，递阶层次选择侧重点不同，针对不同的建筑条件的要求，分析数据，进行最终决策。
3 给水系统压力的优化
我国现行的建筑给排水设计规范中对建筑给水系统只简略规定高层建筑分区最低卫生器具配水点处的静水压宜为 0.3～0.45MPa，静水压超过此规定时，宜采取减压限流措施，超压的范围没有确定的数值，因此有必要对超压出流的改善做出分析和研究。
3.1 用户习惯
我国在厨房、厕所和淋浴方面用水量需要进一步的控制，这些方面的节水空间较大。另外，用水量的多少与用水器具的使用次数和一次的用水量有关，且一些用水习惯会造成用水量的大量耗费，需要改善的空间很大。
用水器具的使用概率：
式中：t 表示卫生器具给水时间；T 表示卫生器具一次使用到下次使用的时间。
3.2 超出压力的关系
3.2.1 给水压力与流量的关系
（1）给水管道压力与出水量的关系
当给水条件确定后，若要减少流量且保持稳定的压力不变，则只能增加断面间的水头损失。
（2）调压后水量变化
如图 2，取每层给水配水支管进水处为断面 i-i，设此处的水压为 Hi，取用水器具出水口处为断面 0-0，设此处的水压为 H0：
①当水龙头关闭时，此时压力为静水压力，则两个断面的流速为 0，则可得：此时压力的变化值与此段的水头损失有关，而由于此段管道较短，则沿程水头损失可忽略不计，主要的水头损失以局部水损来计。
②当水龙头打开时，此时压力波动显示为动压，经过两个断面的流速不为 0，可以得出，若使流速逐渐降低，则必须要增加局部的水头损失，也就是需要有设备来加大能耗，才能使压力降低的同时，出水量也降低。
所以，如果把每层的压力都调为 H0，并使得在降压的同时，使得流量也相应的减少，使供水舒适度好，且给水量也较为合适，则需要在每层超出压力 H0的配送管上增加减压的设备，以增大能耗，同时达到节水的效果。
3.2.2 优化超压出流
建筑给水系统中，适宜人们日常使用的用水量、出水流速是设计各个楼层实际供水压力的重要参考依据，充分考虑居民的使用概率以及用水习惯去选取合适的给水量和给水压力，进一步提高给水资源的利用效率，从而达到到节能、节水的目的。了解用水器具安全供水的合理压力，系统地分析不同的压力所对应的流量，如果超出所需的压力，就要减压，控制好流出的水量，而且要在降低建材设备耗损的前提之下，改善现有给水的实际耗能，得到给水系统压力的优化方案。
结束语
我国正处于科技迅速发展的时代，建筑给水系统将担负新的历史重任，同时也面临新的挑战。随着生活水平的提高、环保意识的加强，人们对居住环境有了更高的要求，因此在建筑给水设计中应全面考虑，在满足用水安全稳定性以及经济性的前提下，尽量考虑到设计中的节水节能问题。我们作为新生主力军，有责任满足国民对建筑给水系统的要求，从水资源的保护和节能环保方面，走全面、均衡、务实、安全以及创新的道路。在建筑给水施工中发现问题，反馈指导设计，按照规范、规程控制好给排水工程施工质量的前提下，做好节水节能工作。
参考文献
[1]路嘉远，张祁.浅谈高层建筑给水排水的优化设计[J].黑龙江科技信息，2017（15）.
[2]蔡兴初，朱一鸣，陈彬，谈文彦.中欧建筑给水排水设计规范给水部分对比浅议[J].给水排水，2017（01）.
论文作者:贺洪兵
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2019年1期
论文发表时间:2019/5/9
标签：用水论文; 系统论文; 建筑论文; 水资源论文; 压力论文; 水量论文; 节能论文; 《建筑学研究前沿》2019年1期论文;