建筑給水排水設計中節能減排設計分析

杜亭燕

蘭州城市建設設計研究院有限公司 甘肅 蘭州 730050

建筑給水排水系統在現代社會扮演著至關重要的角色，然而其高能耗和碳排放問題已經引起廣泛關注。隨著能源危機日益嚴峻，以及環境保護意識的增強，尋求創新的解決方案勢在必行。本文旨在通過探討中間的節能減排設計，解決建筑給水排水系統能源消耗和環境影響的問題，實現可持續發展的目標。通過研究創新的設計措施，我們可以有效地提高能源利用效率，降低碳排放，為建筑行業的可持續發展做出積極貢獻。

1 建筑給水排水系統概述

1.1 給水系統的組成和功能

建筑給水系統是建筑物內部的一個重要子系統，主要目的是將自來水從供水源輸送到建筑內的各個用水點，滿足人們的生活和工作需求。給水系統由供水源、供水主管、用水點支管、水箱及增壓設備、閥門和控制設備等組成。供水源可以是城市自來水系統或其他水源，供水主管將供水引入建筑內部，用水點支管道將供水傳送到各個用水點。水箱及增壓設備用于儲存和增壓供水，閥門和控制設備用于調節供水流量和壓力。建筑給水系統的功能是穩定可靠地提供清潔、安全的自來水，并滿足建筑內不同用水點的需求，包括飲用水、洗浴水、廚房用水等。因此，給水系統的設計和運行對于保障建筑內部的水資源供應至關重要。

1.2 排水系統的組成和功能

建筑排水系統是建筑物內部的另一個重要子系統，主要目的是有效收集、排放和處理建筑內產生的廢水和污水，保持室內環境的衛生和舒適。排水系統通常包括排水管道、通氣管、排水泵、污水處理設備等。排水管道收集建筑內各個用水點產生的污水和廢水，通氣管用于使排水系統內空氣利用、防止水封破壞而設置的與大氣相通的管道。排水泵位于底部或低洼地區，確保污水順利流動。污水處理設備用于處理排放的污水，減少對環境的污染。通過排水系統，建筑內的廢水和污水可以得到妥善處理，確保建筑環境的衛生和健康，同時也對保護環境和公共衛生起到重要作用[1]。

圖1 給水系統基本組成示意圖

圖2 排水系統基本組成示意圖

2 節能減排設計原則

2.1 設計目標和要求

節能減排設計在建筑給水排水系統中的設計目標和要求是確保系統運行的高效性和環保性。首先，設計目標是實現節約能源、減少碳排放和提高水資源利用效率。通過優化系統設計和采用高效設備，達到減少能源消耗和對環境造成的負擔的目標。其次，要求建筑給水排水系統在節能減排的前提下，仍能保持運行的安全、穩定和可靠。在滿足建筑特性、當地環境條件和法規要求的基礎上，選擇合適的設備，合理規劃管道布局，以確保系統能夠高效地供應水資源，并將廢水和污水得到妥善處理，減少對自然環境的不良影響。這些設計目標和要求的實現將為建筑給水排水系統的可持續發展和環保效益提供堅實基礎。

2.2 設計考慮因素

在進行節能減排設計時，需要綜合考慮多個因素，以確保設計方案的有效性和可持續性。設計考慮因素包括建筑特性、當地環境條件和設備選擇。首先，建筑特性方面需要考慮建筑的類型、規模、用途和人口密度等因素，以確定適合的給水排水系統設計方案。例如，住宅和商業建筑的水需求和排水量會有所不同，需要根據實際情況進行合理規劃。其次，當地環境條件也是重要因素，包括氣候條件、水資源情況和環境法規等。不同地區的氣候差異會對供水和排水需求產生影響，因此需要根據當地情況進行設計調整。最后，設備選擇是節能減排設計中的關鍵因素。選擇高效、節能的設備可以降低能源消耗和碳排放，例如采用節水器具、節能泵和智能控制系統等。綜合考慮這些設計考慮因素，可以制定出符合建筑特性和當地環境的節能減排設計方案，為建筑給水排水系統的可持續發展和環保效益提供支持。

3 給水系統的節能減排設計分析

3.1 給水系統的能耗和碳排放源

一般情況下，給水系統節能最主要的方案是選用高效節能設備和技術，如低功耗水泵、智能控制系統，來降低給水系統的能耗，也避免了水資源浪費。與此同時，優化供水網絡布局，減少管道長度和阻力損失，以降低水的輸送能耗。此外，可再生能源的利用亦是我國未來發展的大勢所趨。自2021年發布《建筑節能與可再生能源利用通用規范》以來，很多公共建筑在生活熱水系統的設計上都采用太陽能熱水系統，利用太陽能來提供生活熱水，從而減少了傳統能源的消耗和碳排放。通過這種實施方案，可以在給水系統中有效的實現節能減排，為可持續建筑發展作出貢獻[2]。

3.2 節約水資源的設計策略

首先，通過采用節水器具，如低流量水龍頭、節水淋浴頭等，可以有效減少給水系統的用水量。例如，公共場所的洗手盆水嘴采用非接觸式或延時自閉式水嘴能有效避免人為偶然的浪費行為。然后，還可采用低水量沖洗設備，如低流量沖水馬桶，可以顯著減少排水系統的水耗。同時，安裝節水器具，如節水龍頭和自動關閉閥，可以有效控制水流量，避免不必要的水浪費。在以上基礎上使用耐腐蝕、耐久性能好的管材、管件和閥門等，就可以減少管道系統的漏損。

另外，還可以引入更高級先進的系統進行全局宏觀調控，例如建設綠色建筑智能化運行管理平臺，充分利用現代信息技術，實現建筑能耗和資源消耗等指標的實時監測與統計分析，進行協同控制和優化管理，由此達到智能調控的目的，進一步提升整體的節能減排效果。

3.3 提高供水效率的設計方法

提高供水效率的基礎就是采用高效的供水設備，如高效變頻水泵，以提高供水的流量和效率。其次，加設智能控制系統和傳感器技術，根據實際需求精確控制水流，避免浪費和過度使用。例如，一些先進的建筑使用智能供水系統，根據建筑內部的需求和人流量實時數據和需求進行智能化決策，以便調整供水壓力和流量，提高供水效率。同時，智能監測系統還可以實時監測和分析給水系統的運行情況，及時發現和解決問題，提高系統的效率和可靠性。通過這些策略和方法，可以有效提高給水系統的供水效率，減少能源消耗和碳排放，從而實現節能減排的目標。

3.4 優化管道布局和降低水力損失

通過合理規劃管道布局，縮短管道長度，減少彎曲和分支，以降低水流的阻力和摩擦損失。同時，選擇適當的管道直徑和材質，以確保供水的穩定性和流量的高效傳輸。此外，可以采用節流裝置和調節閥等措施，根據實際需求控制水流量，避免過度供水和浪費。例如，小區給水系統的生活用貯水池及加壓裝置首選在小區中部或區域內地勢較高點，以此來盡可能減少供水壓差，降低水頭損失，減少不必要的浪費。

4 排水系統的節能減排設計分析

給水系統的節能設計重點為減少能源的消耗，而污水的節能重點則是污、廢資源化利用，減排的同時回收利用，使其自身形成良性循環系統，從而達到長久穩定的節能效果。

4.1 污、廢水的回收和再利用技術

我國在快速發展的進程中發現水資源的短缺亦是阻礙城市建設的重要因素，于是越發重視水資源的回收利用，故而鼓勵建設中水系統。污、廢水的回收可以減少對自來水的需求，從而降低整體的能耗和碳排放，是對資源可持續發展的重要舉措。

中水系統由原水系統、處理系統和供水系統三部分組成。其中處理系統里采用合適的處理工藝是至關重要的。由于建筑物污、廢水多為生活污水，故主要使用生物處理為主的工藝流程，如活性污泥法或膜生物反應器，可以有效地降解有機污染物，且污泥產量少、自動化管理程度高，適宜用于生活污水為原水的系統。這些工藝利用微生物的作用將污染物轉化為較為穩定和無害的物質。這樣可以大大減少排放水質中有機物的含量。同時，物處理和物化處理相結合的處理工藝更有利于去除水質中的懸浮固體和溶解性無機物。例如，通過沉淀、過濾、吸附等工藝，可以有效去除懸浮固體和重金屬等有害物質。這些工藝可以顯著改善排放水質的水質指標。最后經過消毒后就可用于城市雜用水，如沖廁、澆灑道路、綠化用水、車輛沖洗等。這種水循環利用系統從根本上降低了用水量，從而有效地減少對自然水源的壓力。

同時，回收并再利用排水系統中的熱能也是一種重要的節能減排措施，例如利用熱交換技術，將排水中的熱能轉移給冷卻水或加熱水，實現能量的回收利用。例如，一些建筑利用污水處理廠中的再生水進行冷卻塔的供水，實現了污水的回收再利用，減少了對自來水的需求和排水的負荷。通過利用回收和再利用技術，可以最大限度地減少水資源的消耗和排水的產生，實現排水系統的節能減排效果[3]。

4.2 雨水回用系統

雨水資源是良好的天然資源，加以利用既能有效緩解城市內澇、削減城市徑流污染負荷，又能節約水資源、保護和改善城市生態環境，是一舉兩得的良策。雨水回用的第一步是通過設置雨水收集設施，如屋頂雨水收集系統和地面雨水滲透系統，將雨水引導到集水裝置進行儲存。第二步，安裝過濾裝置可以去除雨水中的雜質和污染物，確保儲存的雨水質量。最后，利用儲存的雨水用于非飲用水需求，如地面沖洗、灌溉和景觀用水等，可以減少對公共供水的依賴，降低水資源的消耗和排水的產生。

4.3 海綿城市的運用

隨著我國城鎮化的快速發展，開發強度過高、硬質鋪裝多等問題也逐漸暴露出來，也意識到協調城鎮化與環境資源保護之間的矛盾，才能實現可持續發展。故而全國各地，包括我省部分城市為了響應國家策略，成立了海綿城市試點，如天水市和平涼市。

海綿城市的重點在于充分發揮城市綠地、道路、水系等對雨水的吸納、蓄滲和緩釋作用，使城市開發建設后的水文特征接近開發前，例如透水鋪裝、綠色種植屋面、下沉綠地等。這一系列舉措能有效緩解城市內澇、削減城市徑流污染負荷。還可以采用生物或物理方式凈化和削減峰值流量，如生物滯留設施、滲透塘及雨水濕地。

除此以外，還可以進行雨水存儲和回用，比如建設蓄水池和雨水罐。蓄水池可結合雨水回用系統，根據雨水回用用途（綠化、道路噴灑及沖廁等）不同需配建相應的雨水凈化設施。雨水罐多為成型產品，施工安裝方便，便于維護，占地面積小，建設成本較低，是目前建設實施比較容易實現的一種方式。這樣可以節約水資源、保護和改善城市生態環境，為建設節能環保的低影響開發建設提供重要保障。

4.4 利用生態技術降低排放

在一些天然景區，如我省冶力關景區，景區內山間建設公共衛生間，缺少市政排水條件，無法配套管網的情況下，即可選用生態化糞池來降低對周邊環境的污染,高效生態化糞池通過獨特的生物處理工藝設計和高效微生物制劑的深度分解作用，可以實現糞便免清淘和肥料化，對于環境保護和節能減排都具有重要意義。

5 綜合系統設計與績效評估

第一，采用整體性的設計方法，將給水排水系統與其他建筑系統相互協調。通過系統級的優化和綜合考慮，可以減少能源消耗和排放水質。例如，通過與建筑空調系統的耦合，可以實現廢水熱能的回收利用，用于供熱或供冷，從而減少能源消耗。

第二，進行性能模擬和評估，以確定給水排水系統的實際能耗和環境影響。利用建筑信息模型（BIM）和模擬軟件，可以模擬系統運行情況，并預測其能耗和碳排放。這樣可以及早發現潛在的問題，并進行相應的優化和改進。

第三，建立績效評估機制，定期監測和評估給水排水系統的運行情況和效果。通過收集和分析系統的實際數據，如能耗、水質和排放情況，可以評估系統的性能和效率。根據評估結果，采取必要的調整和改進措施，以持續改善系統的性能。

6 結束語

隨著建筑給水排水設計的發展和普及，節能減排成為一個重要的設計考慮因素。綜合上述分析，我們需要積極探索創新和應用各種節能減排措施，加強綜合系統設計與績效評估，從而促進建筑給水排水系統的可持續發展；其中，優化排水系統布局和尺寸設計可以滿足高效排水需求，減少能源消耗和碳排放；采用低水量沖洗設備和節水器具可以提高水資源利用效率，降低水耗和碳排放；利用回收和再利用技術可以最大限度地減少水資源的消耗和排水的產生；并且，綜合系統設計與績效評估可以提高整體性能和效率，實現可持續建筑的目標。因此，我們要加強創新和應用這些節能減排措施，以更好地推動建筑給水排水設計的節能減排，為建筑行業的全面發展奠定基礎。