王振亞 中煤西安設計工程有限責任公司

1 前言

隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，建筑行業(yè)近些年來也發(fā)展迅速，人們對建筑行業(yè)的需求是建筑業(yè)發(fā)展的奮斗目標。在時代高速發(fā)展的背景下，科學技術不斷推進，人們的環(huán)保意識逐漸增強，節(jié)能減排相關技術措施的研究，也受到充分的重視。此方面的技術已經(jīng)逐漸成為一種時代發(fā)展趨勢，擁有越來越廣闊的發(fā)展前景。通過完善排水設施，減少污水對自然水體的污染。節(jié)水設計的理念可以滿足現(xiàn)如今時代發(fā)展趨勢以及人們新的生活理念，響應國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略。而節(jié)能減排任務伴隨著時代高速發(fā)展已迫在眉睫，節(jié)水設計的實行非常有必要。

2 高層建筑給排水節(jié)水設計的意義

在建筑工程建設中，相關工作人員通常欠缺環(huán)境保護意識，在建筑給排水施工過程中，容易出現(xiàn)一些對環(huán)境不友好的舉措，造成環(huán)境污染。如果在設計給排水系統(tǒng)時，過于盲目地追求經(jīng)濟效益，而不結合實際的工程環(huán)境制定科學合理的實施方案，并選擇合適的施工材料，將會增加給排水工程的成本，甚至產(chǎn)生重大的危害。使用節(jié)能環(huán)保的建筑材料進行施工，可以降低這種污染情況的風險，并實現(xiàn)對水資源合理的保護利用。

如今人們的生活理念發(fā)生了轉變，不再僅僅局限于美觀，對環(huán)保健康的要求也越來越高。節(jié)水設計的實施可滿足人們日益增長的對美好生活的需求，能有效地降低成本，節(jié)約利用資源，實現(xiàn)經(jīng)濟效益與環(huán)境保護雙方共贏，最終實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。工程建設的給排水系統(tǒng)中，節(jié)水設計可以提高資源利用率，減少能源消耗，改善環(huán)境。因此，應該在工程建設的給排水系統(tǒng)中使用節(jié)水設計。

3 高層建筑給排水設計中存在的問題

3.1 冷熱給水系統(tǒng)設計不科學

隨著城市的發(fā)展，建筑越來越多考慮設置集中熱水供應系統(tǒng)。在建筑設計中，冷熱水壓力設計不夠科學，導致熱水出水溫度不穩(wěn)定，給居民的正常生活帶來了麻煩，也造成了很大的水資源浪費。在選用高區(qū)的生活飲用水系統(tǒng)時，大部分采用地下室內設水箱加變頻加壓供水設備或無負壓加壓供水系統(tǒng)，總體系統(tǒng)為下行上給式。

而集中熱水供應系統(tǒng)的供水方式，則時常采用屋面設熱水箱的上行下給式開式系統(tǒng)。由于冷熱水給水系統(tǒng)供水形式的不一致，往往出現(xiàn)末端用水器具冷熱水出水壓力不平衡、出水時冷時熱的情況，為了保證末端用水器具壓力平衡增設減壓閥，又會導致系統(tǒng)更加復雜，使用可靠性大幅下降，建設和運行維護成本進一步增加。另由于開式系統(tǒng)造成的水箱二次污染愈發(fā)頻繁，進而造成清洗水箱及向水箱充水的次數(shù)增加，又進一步造成水資源的浪費。

3.2 建筑給排水系統(tǒng)流量及壓力的合理設計

在對建筑給排水系統(tǒng)設計的過程中，水泵的流量及壓力設計如果過于保守，會導致水資源得不到充分利用而造成浪費。根據(jù)建筑的實際高度、規(guī)模和功能，將給水系統(tǒng)劃分為幾個不同分區(qū)，在各豎向分區(qū)內嚴格按照有關規(guī)范確定器具用水定額及水壓要求，以保證用戶能夠用上水，水壓大小在0.15MPa～0.2MPa 內即可，無須取上限值增加流量及壓力。且低區(qū)采用市政壓力直供，其他分區(qū)采用變頻供水設備供水，進一步增強了節(jié)能節(jié)水效果。

3.3 工程材料不符合標準

在實際工作中，施工單位為了中標項目及增加盈利，或由于缺乏質量意識，或為了降低成本，在選用材料的時候往往容易選用價低質次的產(chǎn)品。另外，在較大項目中，擁有多家分包單位，還會出現(xiàn)管材不統(tǒng)一的情況，給排水管材選用不當，也會導致建設和使用過程中漏水現(xiàn)象頻發(fā)，造成水資源浪費。因此，在設計階段就應該對各種管材的性能有明確認識，盡量選擇衛(wèi)生條件好，安裝簡單可靠，使用年限較長的管材產(chǎn)品。

3.4 雨水回用系統(tǒng)缺乏可行性

在非政府投資項目中設置的雨水回用系統(tǒng)，大部分為了節(jié)省造價，設計上即使設有雨水回用系統(tǒng)，施工過程中也因造價問題而被過分簡化，原本極具節(jié)水功效的這一措施并未實施到位，也進一步加劇了水資源的浪費。

4 高層建筑給排水設計要點以及節(jié)能減排設計的研究

4.1 建筑給水系統(tǒng)設計要點

高層建筑的主體結構具有高度高、基礎埋置深度深、施工周期長以及施工條件復雜等特點。因此，在設計此類建筑的給水系統(tǒng)時，設計人員需要綜合考慮建筑占地面積小、居住人口多等因素。在一般情況下，城市給水管網(wǎng)壓力無法滿足高區(qū)供水需求。在設計給水系統(tǒng)時，設計人員往往采用分區(qū)供水方式，即高層建筑的低區(qū)直接由城市給水管網(wǎng)供水，高區(qū)由水泵加壓供水。此外，為有效減小高層建筑的供水壓力，還可以采用豎向分區(qū)的給水方式給高層建筑高區(qū)供水。

目前，隨著建筑行業(yè)的不斷發(fā)展，給水方式日益豐富，當下應用較為廣泛的方式有并聯(lián)給水、串聯(lián)給水以及減壓給水。在設計給水系統(tǒng)時，設計人員不僅要結合當?shù)貙嶋H情況以及建筑特點，還要考慮高層建筑工程造價，做好水量計算工作。在計算過程中，結合建筑功能計算建筑內部的娛樂場所、餐廳等公共區(qū)域的用水量，從而保證給水系統(tǒng)設計的科學性和合理性。

4.2 采用雙變頻的泵——變量變壓水泵

給排水節(jié)能技術在智能建筑中的應用，需要良好的給排水節(jié)能設計，這既是重點，也是難點。變頻調速泵應用于供水工程系統(tǒng)時，可根據(jù)需要靈活調節(jié)供水范圍和速度，有效控制泵的水壓和流量變化，這樣可以減少電能損耗，避免水資源的大量消耗。傳統(tǒng)的變頻控制技術，均采用變量恒壓控制技術，控制方式原始，恒定的壓力也滿足最高峰最不利點運行壓力，但是這種時刻在整個運行時間段所占比例不到1/20，設備絕大部分時間運行在中峰期和低峰期，所以傳統(tǒng)的變量恒壓技術應用于某些工程中已不是最佳方案。

而變量變壓控制技術，設備時刻檢測自身運行狀態(tài)，根據(jù)用水情況的不同，輸出滿足工程需要的輸水壓力，使設備始終處于高效運行狀態(tài)，從而大大降低了設備的運行費用，節(jié)能效果顯著。根據(jù)相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)，雙變頻調速水泵可實現(xiàn)10%～40%的節(jié)電效果，因此雙變頻調速水泵在當前智能建筑中得到廣泛應用。在智能建筑中安裝雙變頻調速水泵，有利于降低給水系統(tǒng)的運行成本，減少了水質污染，取得了良好的節(jié)水節(jié)電效果。

4.3 建筑排水系統(tǒng)設計要點

高層建筑排水系統(tǒng)的排水方式有兩種：分流與合流。隨著國家對環(huán)境保護重視程度的日益提高，合流方式的使用越來越少，因為這種排水方式極易出現(xiàn)水體污染且浪費水資源，而分流已經(jīng)成為當前建筑排水系統(tǒng)的主要方式。高層建筑的整體高度較高，其排水管線也較長。在這種情況下，排水管內的污水流量較大且流速較快，若在排水立管底部連接排水支管，則極易出現(xiàn)返溢、漏水等現(xiàn)象。

因此，在設計此類建筑的排水系統(tǒng)時，設計人員應保證底層衛(wèi)生器具排水管道的獨立性：底層衛(wèi)生器具中的污水應單獨排放，底層衛(wèi)生器具的排水管道不能接到排水立管上。當排水立管需要轉換時，底層衛(wèi)生器具的排水支管可以接到建筑排水橫管上；連接點與立管底部下游的水平距離不宜大于3m且不得小于1.5m。當無法滿足該設計要求時，設計人員應設計單獨的底層排水支管，將污廢水直接排至室外檢查井。

4.4 引入新型熱水供水系統(tǒng)

在低碳經(jīng)濟背景下，對于建筑給排水設計是時候采用新型熱水供水系統(tǒng)，實施智能建筑熱水系統(tǒng)設計，也可以應用太陽能技術與空氣源熱泵的熱水供應系統(tǒng)。

（1）在當前智能建筑熱水系統(tǒng)的設計中，主要采用的是干管和立管循環(huán)系統(tǒng)，以保證用水器具更快的取到熱水。此模式在運行過程中，由于支管中的熱水不進行循環(huán)，隨著時間的延長，支管中的熱水溫度會逐漸變低，如果需要使用熱水，必須先排出熱水支管中的冷水，才能放出熱水。用水器具停用時間越長，熱水支管中變冷的水越多，需要排放更多的冷水，消耗大量水資源，造成浪費。此外，末端用水器具處冷熱水壓力不平衡，也會造成冷水的大量浪費。因此，有必要對熱水系統(tǒng)進行優(yōu)化，根據(jù)發(fā)展情況充分利用冷熱水系統(tǒng)同源同式，而閉式系統(tǒng)的承壓式空氣源熱泵熱水系統(tǒng)，空氣源熱泵為一次加熱式熱泵主機，輔助熱源為容積式電加熱器，貯熱水箱為承壓式水箱與無負壓設備或是水箱變頻泵組的配合使用，可較好地實現(xiàn)同源同式，充分利用冷水的壓力，冷熱壓力同源末端壓力一致，系統(tǒng)均為下行上給式，水箱又為閉式，更好地實現(xiàn)節(jié)水節(jié)能的技術要求；再將熱水系統(tǒng)設計為全循環(huán)式，即干管、立管和支管全部參與循環(huán)，或對支管采取電伴熱措施，將無效冷水量控制在最低限度。

（2）太陽能技術與空氣源熱泵的熱水供應系統(tǒng)的應用中，要求在熱水供應系統(tǒng)運行過程中合理控制熱水流量，以滿足用戶的需要，減少熱水消耗。太陽能熱水系統(tǒng)應根據(jù)集熱器類型及其承壓能力、集熱系統(tǒng)布置方式、運行管理條件等，經(jīng)比較采用閉式太陽能集熱系統(tǒng)或開式太陽能集熱系統(tǒng)；開式太陽能集熱系統(tǒng)宜采用集熱、貯熱、換熱一體間接預熱承壓冷水供應熱水的組合系統(tǒng)；隨著科技的不斷進步，衛(wèi)生器具及配套水龍頭等設備制作精良，節(jié)水性能較好，且設計要求均應滿足國家相應的節(jié)水器具標準。因此，為控制熱水耗熱量，可盡量減少設計冗余量，衛(wèi)生器具的一次和小時用水定額及水溫宜按低限取值。積極采用先進技術，如：無動力集熱循環(huán)太陽能熱水系統(tǒng)、智能無機房梯級貯熱裝置（熱源配備太陽能+空氣源熱泵），提高冷熱水轉換效率，有效避免二次污染，消除衛(wèi)生隱患，減少水資源的浪費。所選材料應具有良好的隔熱性能，以防止傳熱過程中的散熱，并確保充足的熱水供應。

將太陽能應用于智能建筑給排水系統(tǒng)設計中，在于其儲量豐富，經(jīng)過技術改造之后不會產(chǎn)生大量有害物質。智能建筑的熱水器可以充分利用太陽能發(fā)電和提供熱能，熱能傳輸采用真空管和熱管。操作簡便，影響因素少，熱能傳輸效率高。

太陽能及空氣源熱泵在智能建筑給排水系統(tǒng)中的應用可以達到良好的節(jié)能效果，但在具體設計中需注意水流應保持平衡狀態(tài)，以便靈活利用太陽能，并提高集熱效果?？刹捎貌⒙?lián)和串聯(lián)的方式，科學選擇采集器，即在選擇收集器時，應考慮各種參數(shù)，如：規(guī)格、性能等。設計人員還應考慮設備的抗凍性和承壓性，重視收集器的性能，以有效控制經(jīng)濟成本。對于冬季環(huán)境溫度較低的地區(qū)，太陽能及空氣源熱泵加熱設備應采取防凍措施，防止出現(xiàn)故障。

4.5 雨水的二次利用

在節(jié)水方面，使用非傳統(tǒng)水源，進行雨水收集，應用節(jié)水器具。節(jié)能環(huán)保已成為當下建筑的重點發(fā)展方向，建筑設計團隊逐漸意識到雨水回收與二次利用的重要性，早期的建筑設計不太關注雨水收集。但是，當前許多建筑都設置了雨水收集和回用系統(tǒng)，達到二次利用雨水的目的?？梢越ㄔO一些生態(tài)工程，開設雨水工程建設，加強對小區(qū)雨水的控制，把雨水重新利用起來，構建成一個海綿性城市。雨水經(jīng)處理后，常用于綠植的灌溉系統(tǒng)、車庫沖洗給水系統(tǒng)、工業(yè)用水系統(tǒng)等。雨水的收集回用還能緩解區(qū)域內的雨水排放壓力，在一定程度上降低城市內澇發(fā)生的概率。

雨水收集屬于城市水資源多次利用的基本方式之一。一般來說，雨水的整體水質會高于中水原水水質，通過簡單的沉淀處理就能投入到二次利用當中。綜上，提倡合理設置雨水收集回用系統(tǒng)，實現(xiàn)水資源的有效利用，做到高效用水，安全用水。一方面要提高水資源的二次利用率，另一方面要提高再生水質的安全保障，在一定程度上緩解我國水資源缺乏的問題。

4.6 高位消防水箱設計

高位消防水箱是高層建筑水消防系統(tǒng)的重要組成部分。設置常高壓給水系統(tǒng)的建筑物，如能保證最不利點消火栓和自動噴水滅火設備等的水量和水壓，則可不設高位消防水箱。采用臨時高壓消防給水系統(tǒng)的建筑物，應設高位消防水箱。在具體設計中，設計人員要結合建筑物類型，確定水箱有效容積，同時根據(jù)消防水箱情況，靈活布設其位置和高度，比如：重力自流類型的高位消防水箱需要滿足最不利點消火栓靜水壓力，并且高于其所服務的滅火設施。否則，則需要增設穩(wěn)壓泵。為保證最不利點消火栓靜水壓力滿足相應參數(shù)，可以將高位消防水箱設置在建筑屋頂上，將出水管與室外消防環(huán)網(wǎng)管道相連接，從而充分發(fā)揮高位消防水箱撲滅初期火災和穩(wěn)定消防管網(wǎng)壓力的作用。

5 結束語

總而言之，我國社會經(jīng)濟的發(fā)展使得居民的生活水平持續(xù)提升，但這也對環(huán)境質量造成了一定的破壞，尤其是水資源浪費的問題始終無法得到有效的遏制。許多建筑在實際使用過程中會產(chǎn)生大量的廢水，為了實現(xiàn)水資源的合理利用，應采取科學的技術處理措施。對建筑物進行給排水節(jié)能減排設計，科學合理地利用水資源，能夠起到節(jié)約水資源的作用，且降低水資源的排放量，采取循環(huán)利用的措施，降低排放水對環(huán)境的污染，由此達到節(jié)能減排的要求。