王云海

（寧波市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江　寧波　315012）

屋面雨水收集回用系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

王云海

（寧波市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司，浙江寧波315012）

介紹了屋面雨水收集回用系統(tǒng)的各部分構(gòu)成要素及其特點(diǎn)，并詳細(xì)地分析了屋面雨水收集系統(tǒng)的計(jì)算方法和屋面雨水回用系統(tǒng)設(shè)計(jì)過(guò)程中應(yīng)注意的要點(diǎn)，對(duì)建筑屋面雨水收集回用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)具有一定的指導(dǎo)意義。

屋面雨水；收集；棄流；水處理

隨著我國(guó)綠色建筑的快速發(fā)展，節(jié)水作為綠色建筑理念中一項(xiàng)重要的內(nèi)容，受到更多的關(guān)注。雨水綜合利用程度是衡量綠色建筑的一個(gè)重要指標(biāo)，為此，國(guó)家頒布了GB 50400—2006《建筑與小區(qū)雨水利用工程技術(shù)規(guī)范》［1］、GB 50555—2010《民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》［2］、GB/T 50378—2014《綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》［3］、10SS705《雨水綜合利用》［4］等一系列的雨水綜合利用標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。對(duì)于降雨量充沛，又具有一定雜用水需求的建筑，宜優(yōu)先采用雨水收集回用系統(tǒng)。目前，北京、上海、深圳、江蘇等地在雨水回用方面有一些成功案例［5-8］，其它地區(qū)的雨水回用工程建設(shè)相對(duì)滯后，但發(fā)展速度也很迅速。本文主要根據(jù)上述規(guī)范和圖集，分析建筑屋面雨水收集回用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、計(jì)算過(guò)程，探索了一套合理的設(shè)計(jì)、計(jì)算方法，供雨水綜合利用工程設(shè)計(jì)參考。

1　屋面雨水收集回用系統(tǒng)的構(gòu)成

屋面雨水收集回用系統(tǒng)一般由屋面雨水收集、棄流、儲(chǔ)存、水質(zhì)處理和雨水回用等部分組成。匯集的雨水經(jīng)棄流系統(tǒng)，用管道輸送到儲(chǔ)水設(shè)施中，根據(jù)回用系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)的要求，對(duì)雨水進(jìn)行處理后供雨水回用系統(tǒng)。由于雨水的儲(chǔ)存方式和最終用途的不盡相同，衍生出各種不同的工藝流程［4］，但究其核心，主要在棄流、儲(chǔ)存和水質(zhì)處理這3個(gè)環(huán)節(jié)。

1.1雨水棄流過(guò)濾方式

屋面雨水回用系統(tǒng)中，前端的分流井、棄流過(guò)濾設(shè)施是必不可少的環(huán)節(jié)。棄流裝置可根據(jù)提取降雨或徑流的特征分類(lèi)，分為容積型、雨量型、流量型、水質(zhì)型等多種，其中流量型雨水初期棄流裝置是一種常見(jiàn)的雨水棄流形式，原理清晰，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于控制。

前端過(guò)濾的精度影響后續(xù)雨水處理工藝的處理效果。常規(guī)的復(fù)合流過(guò)濾器采用折流、逆向流的復(fù)合流原理，對(duì)進(jìn)入的雨水進(jìn)行連續(xù)過(guò)濾，過(guò)濾精度為1 mm；高精度的雨水自動(dòng)過(guò)濾器過(guò)濾精度高，過(guò)濾網(wǎng)孔徑達(dá)到0.4 mm。

1.2雨水蓄水池形式

雨水蓄水池是雨水回用系統(tǒng)的重要組成部分，它的形式影響到工程造價(jià)、施工工藝等許多方面。目前主要的雨水蓄水池形式有：結(jié)合主體結(jié)構(gòu)設(shè)置的鋼筋混凝土水池、拼裝式塑料水箱、玻璃鋼水箱等。

鋼筋混凝土水池適合于較大型的建筑屋面的雨水回收工程，可以結(jié)合土建地下室的汽車(chē)坡道底部等空間進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，但需注意與室外重力流進(jìn)水管線(xiàn)的銜接關(guān)系，以及雨水溢流的相關(guān)設(shè)計(jì)。對(duì)于空氣污染較嚴(yán)重的城市，還須根據(jù)降雨的酸度對(duì)鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的抗酸性進(jìn)行相關(guān)設(shè)計(jì)。

拼裝式塑料水箱是近些年發(fā)展較快的一種儲(chǔ)水箱形式，其具有施工方便、形狀靈活等特點(diǎn)，得到了較為廣泛的應(yīng)用。拼裝式塑料水箱適合于室外場(chǎng)地較為寬敞的工程，可布置在綠化帶之下，用于滲、蓄等多種功能。

玻璃鋼水箱等可用于小型的雨水回收工程，如別墅等建筑，可將水箱設(shè)置于地面以上，直接收集屋面雨水，用于綠化澆灌，簡(jiǎn)化系統(tǒng)形式。

1.3雨水處理工藝

雨水中的主要污染物是CODCr和SS，其處理工藝的選擇應(yīng)根據(jù)回用用途和水質(zhì)要求確定。GB 50400—2006中3.2.5條規(guī)定處理后的雨水的CODCr和SS指標(biāo)應(yīng)滿(mǎn)足表1的規(guī)定，其余指標(biāo)應(yīng)符合國(guó)家現(xiàn)行相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定。

雨水回用處理一般采用初期棄流-沉淀-過(guò)濾-消毒的工藝；景觀(guān)水體工程，可經(jīng)初期棄流后直接進(jìn)入景觀(guān)水體，由景觀(guān)水專(zhuān)設(shè)的處理設(shè)施進(jìn)行凈化；用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水時(shí)，除常規(guī)工藝外，至少還應(yīng)增加絮凝沉淀處理，以保證相應(yīng)的水質(zhì)要求；對(duì)于僅用于綠化和道路澆灑的雨水回用處理，可以簡(jiǎn)化相關(guān)工藝，如后續(xù)綠化澆灑等系統(tǒng)對(duì)水質(zhì)沒(méi)有特殊的要求，可以省略過(guò)濾這個(gè)工藝環(huán)節(jié)（若綠化采用噴灌、滴灌等方式，則應(yīng)根據(jù)相關(guān)水質(zhì)要求決定是否進(jìn)行過(guò)濾），同時(shí)鑒于雨水的不均衡性，消毒的工藝應(yīng)當(dāng)予以保留，保證對(duì)長(zhǎng)期滯留的雨水進(jìn)行相應(yīng)的處理。

表1　雨水回用工程水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)Tab.1　Water qua1ity requirement for rainwater recyc1ing projects

2　雨水收集系統(tǒng)計(jì)算

雨水收集系統(tǒng)水量計(jì)算，應(yīng)根據(jù)雨水回用水量，結(jié)合場(chǎng)地內(nèi)建筑屋面的可利用雨水量來(lái)確定。

2.1用水量計(jì)算

用水量計(jì)算公式為：

Q=Σqinit（1）

式中：Q——回用水總量，m3；

qi——第i種用水戶(hù)的日用水定額，m3/d；

ni——第i種用水戶(hù)的用戶(hù)數(shù)量；

t——用水時(shí)間，一般取3 d。

其中用水單項(xiàng)水量可以為綠化澆灌、道路澆灑、洗車(chē)、廁所沖洗等。

2.2可收集雨水量計(jì)算

屋面雨水收集系統(tǒng)可收集雨水量計(jì)算公式為：

W=10ΨchyF（2）

式中：W——硬化面雨水設(shè)計(jì)徑流總量，m3；

Ψc——硬化面雨量徑流系數(shù)，按10SS705［4］

取值；

hy——1～2 a重現(xiàn)期最大日降雨厚度，mm；

F——硬化面匯水面積，hm2。

因考慮初期棄流的影響，其中hy的取值應(yīng)按照相應(yīng)的氣象學(xué)參數(shù)減去2～3mm（即棄流部分雨量）。

2.3儲(chǔ)水池的容積計(jì)算

根據(jù)相關(guān)規(guī)范和圖集［1，4］的規(guī)定，取3 d的用水量作為雨水儲(chǔ)水池的容積是最為經(jīng)濟(jì)的，儲(chǔ)水池的容積可按下式計(jì)算：

V=Q=Σqinit（3）

式中：V——儲(chǔ)水池容積，m3。

儲(chǔ)水池容積確定的原理在于：如果水池取小了，收集的雨水無(wú)法滿(mǎn)足用水戶(hù)的水量要求；水池取大了，在設(shè)定的有效時(shí)間（3 d）內(nèi)，收集的雨水沒(méi)有被用完，就影響到下一場(chǎng)雨水的收集儲(chǔ)存量。當(dāng)然，這里假定3 d下一場(chǎng)雨的隱設(shè)條件也是概率統(tǒng)計(jì)的一種表達(dá)。

2.4用于雨水收集的屋面面積計(jì)算

一般情況下，中水（雨水）用水量小于項(xiàng)目的可收集雨水量，這時(shí)需要計(jì)算確定用于雨水收集回用的屋面面積，可按下式計(jì)算：

Fh=V/（10Ψchy）（4）

式中：Fh——用于雨水收集回用的屋面面積，hm2。

在公式（4）的計(jì)算中，最大日降雨厚度的選取頗為關(guān)鍵，規(guī)范推薦的是1～2 a重現(xiàn)期的最大日降雨厚度，從公式上看，取2 a一遇的最大日降雨厚度，可以減少用于雨水收集回用的屋面面積，表面上看似乎減少了初期投資，但事實(shí)上，儲(chǔ)水池被雨水裝滿(mǎn)的概率大大減少，也就不能充分發(fā)揮雨水收集回用系統(tǒng)的作用，因此，這里推薦采用1 a一遇最大日降雨厚度，僅僅增加局部雨水收集管線(xiàn)，就能更加高效地發(fā)揮雨水收集系統(tǒng)的作用。

在實(shí)際設(shè)計(jì)中，有人針對(duì)GB/T 50378—2014中6.2.10條的要求，滿(mǎn)足一定百分比的綠化、道路沖洗、洗車(chē)或沖廁用水要采用非常規(guī)水源才能得分，就盲目增加雨水回收系統(tǒng)的屋面面積，表面上看似乎符合了綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的要求，實(shí)際上過(guò)多的雨水無(wú)法正常儲(chǔ)存到蓄水池，或者過(guò)大的蓄水池中的雨水無(wú)法在設(shè)定時(shí)間內(nèi)被用完，從而影響下一場(chǎng)降雨的收集量。此外，由于降雨的季節(jié)性不均衡，如果僅將雨水作為非常規(guī)用水的水源，事實(shí)上難以滿(mǎn)足非常規(guī)水源利用百分比。因此，不切實(shí)際地盲目擴(kuò)大雨水收集的屋面面積和蓄水池的容積，都無(wú)法有效提高雨水回用系統(tǒng)利用率，反而增加投資。

2.5年實(shí)際雨水利用量計(jì)算

雨水收集回用系統(tǒng)的年實(shí)際雨水利用量可按下式計(jì)算：

Wa=（0.6～0.7）×10ΨchaFh（5）

式中：Wa——年實(shí)際雨水利用量，m3；

ha——年平均降雨厚度，mm。

3　屋面雨水回用系統(tǒng)設(shè)計(jì)注意事項(xiàng)

具體的雨水回用工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)注意以下要點(diǎn)：

（1）設(shè)有景觀(guān)水體的工程項(xiàng)目，可以充分利用景觀(guān)水體的最低觀(guān)賞水位與溢流水位之間的容積，作為雨水收集回用的調(diào)節(jié)容積，此部分蓄水可以用于景觀(guān)水體本身的補(bǔ)水，也可作為綠化澆灌、道路澆灑等用水，同時(shí)利用水景本身的水質(zhì)循環(huán)處理設(shè)備對(duì)雨水進(jìn)行凈化處理。而有循環(huán)冷卻水系統(tǒng)補(bǔ)水需求的項(xiàng)目，也可將雨水用于循環(huán)冷卻水系統(tǒng)的補(bǔ)水，由于循環(huán)冷卻水補(bǔ)水的水質(zhì)要求相對(duì)較高，因此水質(zhì)處理工藝應(yīng)含有絮凝沉淀和過(guò)濾工藝。

（2）根據(jù)GB 50555—2010，水景用水不得采用市政自來(lái)水，因此，當(dāng)雨水回用系統(tǒng)同時(shí)用于綠化澆灌和景觀(guān)用水的補(bǔ)水等多種用途時(shí)，同樣不得將市政自來(lái)水作為雨水回用系統(tǒng)的補(bǔ)水水源，此時(shí)可選擇其它的中水水源，或?qū)⒕G化和景觀(guān)用水的水池分開(kāi)設(shè)置。

（3）大部分雨水回用系統(tǒng)用于綠化澆灌，因此需要市政自來(lái)水的補(bǔ)水，此時(shí)，為了提高雨水回用系統(tǒng)的利用率，應(yīng)將市政自來(lái)水的補(bǔ)水停水位設(shè)置在水箱容積的50%處，目的是留有足夠的空間儲(chǔ)存隨時(shí)可能到來(lái)的雨水。

（4）參考有關(guān)屋頂雨水徑流自然沉淀和混凝沉淀試驗(yàn)的結(jié)果， 當(dāng)自然沉淀時(shí)間超過(guò)90min時(shí)，CODCr去除率達(dá)到30%以上［9］，簡(jiǎn)單沉淀是去除雨水雜質(zhì)的有效方法，因此雨水蓄水池的排泥也是設(shè)計(jì)中必須考慮的一個(gè)重要因素。對(duì)于鋼筋混凝土水池，設(shè)計(jì)中可在蓄水池進(jìn)水管附近設(shè)置集水坑，同時(shí)將蓄水池池底以1%～5%的坡度坡向集水坑，有利于池底積泥的排放，同時(shí)在檢查孔附近設(shè)置取水龍頭和排污泵電源，以便定期清洗和排除池底的沉積物。同時(shí)建議取水泵的取水管設(shè)置應(yīng)盡量避免擾動(dòng)池底積泥。對(duì)于拼裝式塑料水箱，一般在池底設(shè)計(jì)多孔管氣、水反沖洗系統(tǒng)，可以進(jìn)行有效清洗。

（5）由于雨水量的不可控性，需要排除超過(guò)雨水蓄水池儲(chǔ)存能力的雨水，可在前端設(shè)置安全分流井，同時(shí)也需在蓄水池中設(shè)置溢流設(shè)施。對(duì)于拼裝式塑料水池，這個(gè)問(wèn)題容易解決，但是如果蓄水池設(shè)在建筑物的地下室，這個(gè)問(wèn)題就需要慎重考慮了。規(guī)范GB 50400—2006規(guī)定“宜采用重力溢流”，同時(shí)也提出了溢流提升設(shè)備的設(shè)計(jì)要求。實(shí)際工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)盡量采用重力溢流的方式，即將蓄水池的檢修孔和溢流管直接設(shè)在地面，讓溢流設(shè)施能夠通過(guò)重力流排除多余雨水，不至于對(duì)地下室造成新的潛在危害。如蓄水池建在地下一層以下，可以考慮設(shè)置密閉的垂直通道將雨水溢流至地面，此時(shí)結(jié)構(gòu)專(zhuān)業(yè)須驗(yàn)算水池頂板的雙向受力狀態(tài)。

4　結(jié)語(yǔ)

對(duì)于多雨的城市來(lái)說(shuō)，屋面雨水回用系統(tǒng)是一種簡(jiǎn)單有效的節(jié)水措施，通過(guò)建設(shè)初期少量的基建投入，加上后期有效的運(yùn)行管理，可以將雨水這一資源充分利用，造福人類(lèi)。同時(shí)，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際，不斷總結(jié)分析，避免不符合實(shí)際需求的復(fù)雜工藝和不顧全局的盲目設(shè)計(jì)，尋求簡(jiǎn)單有效的利用方式，在保證安全的前提下，將雨水資源的利益最大化。

［1］中華人民共和國(guó)建設(shè)部.建筑與小區(qū)雨水工程技術(shù)規(guī)范：GB 50400—2006［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2006.

［2］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.民用建筑節(jié)水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)：GB 50555—2010［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2010.

［3］中華人民共和國(guó)住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.綠色建筑評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)：GB/T 50378—2014［S］.北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

［4］中國(guó)建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)研究院.雨水綜合利用：10SS705［S］.北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2010.

［5］康曉鹍.北京市雨水利用示范工程實(shí)例分析［J］.給水排水，2014，40（9）：81-85.

［6］丁淑芳.光明新區(qū)低影響開(kāi)發(fā)雨水綜合利用激勵(lì)政策研究［J］.中國(guó)給水排水，2015，31（17）：104-107.

［7］程曉波.上海市中心城區(qū)初期雨水污染治理策略與案例分析［J］.城市道橋與防洪，2012，（6）：168-171.

［8］梁文逵.城市雨水收集利用研究現(xiàn)狀與進(jìn)展［J］.工業(yè)用水與廢水，2014，45（2）：6-9.

［9］舒壘.屋面降水利用優(yōu)化研究［D］.重慶：重慶大學(xué)，2008.

Discussion on design of roof rainwater collection and recycling system

WANG Yun-hai
（Ningbo Architectural Design and Research Institute Co.，Ltd.，Ningbo 315012，China）

The component e1ements and characteristics of each unit of roof rainwater recyc1ing system were introduced，the ca1cu1ation methods of roof rainwater co11ection system and the key points that shou1d be noticed when designing roof rainwater recyc1ing system were ana1yzed in detai1，which had a certain gui1ding significance for the design of architectura1 roof rainwater co11ection and recyc1ing system.

roof rainwater；co11ection；abandon f1ow；water treatment

TU991.64

A

1009-2455（2016）03-0042-03

王云海（1972-），男，浙江寧波人，高級(jí)工程師，碩士，主要從事給排水設(shè)計(jì)、民用建筑節(jié)能評(píng)估、綠色建筑評(píng)價(jià)等工作，（電子信箱）53576825@qq.com。

2016-04-25（修回稿）