期刊发表网电话

全国热线
022-83699069

建筑给排水节能节水技术综述

作者: 发布时间:2020-01-17 16:54:38 阅读: 47 次

 

摘要:建筑能耗约占整个社会能耗的1/ 3, 而我国又是一个水资源相对短缺的,因此,建筑给排水节能节水技术具有相当大的发展潜能。笔者根据多年的工作经验,结合自己在工程应用中遇到的问题,从供水系统设备的合理配置、节水器具使用、热水的能源选择、管材阀件设计选用、管道铺设工艺等方面论述了给排水节能技术,提出了一些给排水设计的思路和建议,旨在与同行学习交流。

关键词:建筑物给排水;节能节水技术;应用方法

 

引言

能源短缺、水资源紧张是世界各国都面临的一个问题,我国幅员辽阔,但是人均水资源占有量远在全球平均水平以下,这不仅延缓了我国的经济建设,也对人民正常生活带来了影响。

建筑能耗主要包括:人民生活和工厂生产、游乐环卫、绿化、水景、消防、供暖等。据有关部门的统计显示,仅生活热水供应一项就占到了建筑能耗的两成多。由此可见,建筑给排水专业在节能工程中占有很重要的地位。

不过,纵观当今形势,建筑给排水专业的地位没有得到应有的重视,建筑节能法律法规中,也很少见到这部分内容。05年颁布的《公共建筑节能设计标准》就没有涉及到给排水方面的内容,再者,给排水工程师也没有正确看待节能节水工作的作用。工程设计中普遍存在大材小用现象,效率低、耗能大,有些小区的热水价格居高不下(更高的达到每立方米180元)。

作为一名给排水专业人员,应重视节能节水的重要作用,并在实际中积极践行。

 

1.给水

1.1供水系统的合理设计

1.1.1充分利用市区管网压力

《住宅建筑规范》已经明确规定给水系统要更大程度利用市政管网压力,具体实施时有以下几点注意事项:

1)要掌握有关市政管网水压水量的手资料。随着城区扩建,市政建设工程的不断增多,接管处的供水情况是时刻变化的,城市供水管网的压力在不同区段不尽相同。07年时,北京市工程设计供水压力均按照城市更低供水压力标准(0.18Mpa)来设置,这样一来多数建设工程未利用好管网压力,造成能源浪费。因此只有做足现场调查工作,才能设计出合理的供水系统。

2)满足使用要求。近年来,节水龙头得到了推广应用,水嘴处的供水压力下限有所提高,《建筑给水排水设计规范》(以下简称《规范》)规定供水压力不低于0.05Mpa,某些住宅的水嘴压力基本在一个大气压以上。

3)节水与节材。系统设计中,有时为了节省材料,放弃一根立管,导致低层部分放弃使用市政管网压力,整个建筑采用加压泵供水,其实入不敷出、得不偿失,导致人为耗能。

1.1.2高层建筑系统分区

1)分区供水压力设定

按照《规范》相关条例规定,配水点静压要以0.45Mpa为分界点,当静压数值大于0.35Mpa时,就要添加支管泄压。不过实际工程中,设计人员将用水点静压控制在0.35Mpa时便不再执行其他操作。从节能角度而言,水表前端支管压力不低于0.15Mpa为宜。

2)减压阀设定

上世纪末,我国开始自主研发减压阀,且取得了喜人的研究进展,近年来在国内建筑中得到了广泛应用。高层建筑可用减压阀代替分区高位水箱进行供水区域划分。这样,原本分区高位水箱占据的建筑面积便可节省下来,大大简化了供水系统结构。

在使用减压阀时有如下几个注意事项:

1)优先选用高质量产品。减压阀是供水分区的核心元件,一旦发生故障,整个区域的供水都会受到影响,不仅加大耗水耗能率,还会产生振动和噪声,使得配水器材寿命缩短,卫生器具遭受损坏。

2)分区减压阀不能串联配置,否则便失去了节能的意义。根据《建筑给水减压阀应用设计规程》,减压比要在一定范围内调整,例如,比例减压阀的减压比不大于4。如果减压比过大,则说明阀前压力过大,能耗过度,可能导致元器件发热量增大的现象。此时,可增设供水泵组,缩小单一泵组的供水面积。

3)应根据设计规程要求选用性价比适中的减压阀,配套设施附近不再设旁通阀。为了方便维护管理,减压阀不应设置在不宜深入的偏僻角落。

3)推广支管减压技术

根据《规范》要求,若以0.45Mpa为分水岭进行给水分区,分区内也不再设置其他减压装置,那么据现场数据采集来看,该区大部分配水点的耗能耗水率都比较高。

某建筑工程学院针对这一问题做了大量的现场调研。对比普通水龙头和节水龙头,分别做了现场试验,结果如下:

1)分别调整普通水龙头开度为半开和全开,其流量各为0.4l/s0.7L/,对应动态压力为0.25Mpa0.5Mpa,静压值相同,均为0.36Mpa。节水水龙头的半开流量和全卡流量分别为0.3L/S0.45L/s,对应动态压力为0.16Mpa0.23Mpa,静压值0.3Mpa。水龙头额定流量为0.15L/s,节水龙头半开全开流量分别为额定流量的两倍和三倍。

2)实测水龙头数量是69个,有42个水龙头流量超标,超标率达到60%

3)根据测出的数据,以动态压力为横坐标,流量为纵坐标绘制流量——压力曲线图,可发现流量与动态压力基本成线性正比关系。

根据上述实验结果可知,耗水和耗能是紧密相连的。若一支水龙头每天工作20分钟,它的流量和压力分别超过标准0.15L/s0.2Mpa,则每天浪费能量0.012千瓦时,浪费215L水。如果按照全国1.5亿的家庭数量计算,每家一个水龙头(实际中平均每家可能会达到1.5个水龙头),60%家庭使用超标水龙头,则我国就要浪费100多万千瓦时的能源,每天浪费的水源更是超过了1900万吨,这些数据还是保守估计。从这些分析不难看出,节能节水技术的重要地位!

因此,应加强对水龙头前端的水压限制。给水系统中应大力推广支管减压,在资金允许的情况下,也可考虑使用可调式减压阀。

 

1.1.3居民小区供水系统

当前,多数小区都设有集中供水系统,实际中应注意以下两方面:

1)供水泵站尽量在小区中央地带集中布置,否则由于供水管路过长,会加大沿程压力损失,致使水泵扬程加大,能耗增加。另外,距离泵站近的用户常会面临超压现象,噪声振动严重,水压不稳定。

2)供水泵站还要考虑小区的热水系统,需与之协调排布。这一部分会在后续篇幅详述。

 

1.2供水设备

1.2.1常见供水方式

一般而言,以下四种供水方案为国内大多数高层建筑所采用。

A.市政水源→水池→加压泵→高位水箱→居民

B.市政水源→水池→加压泵→气压罐→居民

C.市政水源→水池→变频调速加压泵→居民

D.市政水源→叠压供水设施→居民

1.2.2四种供水方式的优劣势分析

前两种供水方式由来已久,上世纪九十年代在各大城市供水系统中占据主导地位,第三种方案中的变频调速加压泵是21世纪初期发展起来的,目前在工程设计中普遍受到青睐,第四种方案中叠压供水设备属于无负压供水设施,是近几年发展起来的

客观来讲,四种供水方式各有其适用条件和优缺点,从节能方面考虑,由于种方式的加压泵总是在高效率运作,且水泵Q在更高时选择,其值仅为变频调速泵选用设计秒流数值的1/1.6~1/3,故种供水方式最为节能。虽然可调频变速变频调速泵的随管网流量,相对常速泵要节省能耗一些,但由于变频调速泵几乎是不间断工作,加上部分时段是在低效状态、低流量的工作,所以要比高位水箱的供水方式更加耗能。从另一个方面来看,由于叠压供水和变频调速供水取消了全部或部分调节储水供水设施,因此能够简化系统,有效地减少和防止二次污染。相比高位水箱供水,气压供水方式的优点是不需要设高位水箱,缺点就是要把供水压力提高,故而必定比高位水箱供水方式的能耗大。另外,按理论推测叠压供水,虽然叠压供水利用市政供水管网的余压达到节能,但在实际操作中,它与设备参数的选择、市政供水条件是否合适等密切相关。其具体比较见表1

1  四种供水方式的特点比较

供水方式 泵组

扬程H(n)、流量Q(n) 水泵运行工况 供水安全

稳定性 清除二次污染 能耗情况 一次投资 运行费用

(1)高位水箱供水 H(1),Q(1)=Q(h) 均在高效

时段运行 更好 1 1 1

(2)气压供水 H(2)=(1.17~1.55)H(1),

Q(2)=1.3Q(1) (1)稍差 (1) 较差 >1 <1 >1

(3)变频调速供水 H(3)H(1),Q(3)q3 部分时段

低效运行 (1) (2) >1 <1 >1

(4)叠压供水 H(4)<H(3),Q(4)=Q(3) (3)略好 最差 1 <1 1

注:Q(h)为更大小时流量,q3为设计秒流量。②一次投资包含水箱、水池、设备用房及供水设备等;运行费用特指电费。③叠压供水的能耗主要取决于可利用市政供水压力P及其与系统所需供水压力Pd之比值,以及变频调速泵组的配置和水泵扬程选择的合理性。

 

1.2.3 推荐组合供水方式

通过上述可知,四种供水方式各有千秋,本文推荐一种最节水、节能的组合供水方式——常速泵组+高位水箱供水。这种供水方式既可以利用市政供水压力,且水泵均在高效段工作,可以根据更大小时流量选择水泵流量,其值仅为变频调速泵选用设计秒流数值的1/1.6~1/3,以达到节能目的,而且高位水箱具有极大的调节水量、水压的能力,因此供水安全、节水、稳定。它的缺点就是,与叠压供水方式比较,它需要设立高位水箱,需要占空间占地,而且需要提供二次供水消毒设施,这与变频调速泵供水方式类似。

 

1.3 节水器具与计量装置

(1)节水龙头。作为每家每户必备的生活用品,水龙头既是耗能耗水大户,也是更具开发节能节水潜力的用品。目前国内生产供应的节水龙头主要存在质量不过关、档次低等问题。根据调查显示,2005年北京市的陶瓷密封水嘴、坐便器低水箱配件和大便器冲洗阀的检测合格率仅为38%50%30%。可见,开发节水龙头的设计、提高节水龙头的质量对于节能节水具有重大意义。与此同时,设计者及有关部门应该向各建设单位推荐使用档次高、质量好的节水龙头。

(2)公共场所的卫生间不应采用无控制花管长流水的小便槽,而应该推荐使用感应式水嘴、便器冲水阀,这种非接触方式既卫生又能达到节能节水的目的。

(3)水表等计量装置。节能节水的重要举措之一就是安装水表等计量装置,有关部门已经做出了明文规定,设计者应该根据物业管理和业主的具体需求采用质量好且合适的水表。

(4)刷卡用水。学生宿舍和企事业单位等的公用淋浴间推荐采用刷卡用水方式,此种用水方式已被证明节水效果很好。

 

2 热水

2.1 热源选择

由于生活热水供应系统能耗占整个建筑能耗的12%~32%,而用于生活热水的热源又占生活热水供应系统能耗的88%以上,所以生活热水的热源选择对于节能节水具有重要意义。

 

2.1.1集中热水供应系统热源选择

可按以下顺序选择:

(1)在有条件的地方优先使用工业废热及余热,变废为宝,达到节能、环保两不误。

(2)在地热水丰富并且允许开发的前提下,设计者可依据水温、水质等条件,将其用作热源,也可以直接作为生活热水。不过地热水的水温、水压、水质因其形成条件的不同均有较大差异,在使用前应该采取必要措施降温、升温、去除有害物质,以此保证合理、安全的利用地热水。除此之外,在有条件的地区应综合利用地热水,例如先把地热水用于发电,再用作生活热水、空调采暖和理疗等。

(3)作为一种取之不尽的环保能源,太阳能是非常值得推广的生活热源。凡是当年日照时数大于1150h,年极端更低气温不低于-40℃且年太阳辐射量不低于4200MJ/m2的地区,都应采用太阳能作为生活热源。

(4)在可供热回收利用的水源地区以及土壤热能性较好、气候温暖的地方可以分别使用水源、地源、气源热泵制备热源或者直接向该地区供给热水。目前国内使用较多的是水源、气源热泵,虽然地源热泵具有节能、环保、噪音污染小等优势,但因其设计复杂、计算繁多而尚处于研发阶段。除此之外,游泳馆内湿热空气中的废热,空调系统冷却水的废热都可通过热泵回收制备热源或者直接供给热水。

(5)区域性锅炉房的蒸汽或者热水以及能保证全年供热的城市热网都可用作热源。但如果区域性锅炉房或者热网仅在某个时期运行,例如采暖期,则要依据经济技术比较后方可确定热源。

(6)如果上述情况都不存在,则可采用专用的热水锅炉或者蒸汽制备生活热源,也可使用燃气热水机组、燃油制备生活热源或者直接供给热水。

(7)对于鼓励使用夜间低谷电且当地供应电力比较充裕的地区,可以使用电能作为生活热源或者直接供给热水。

 

2.1.2局部热水供应系统热源选择

局部热水供应系统的热源可根据具体情况选择空气源热泵、太阳能、燃气及电等。如果选择电作为热源,需采用储热式电热水器,可以达到降低耗电功率的目的。

 

2.2 基本设计参数

热水系统的基本设计参数与热水系统的能耗以及运行有着密切关系,所以应该按照建筑工程的具体情况合理设计这些基本参数。

 

2.2.1热水用水定额

设计者应该根据地区条件以及卫生器具完善程度合理选择热水用水定额,但据调查,许多设有集中热水供应系统的居民用水定额均低于规定中的低限值。所以,除了气候炎热、水资源丰富的地区以外,其他居住小区热水用水定额应该按照规定中的低限值设计。

 

2.2.2计算热水耗热能

首先,用水人数以及单位数的计算应该准确无误。其次,影响小时耗热能大小的关键指数是小时不均匀系数Kh,而目前不规范热水供应的问题基本都是Kh数值偏大且和给出的Kh数值不对应。本文在对近几年集中热水供应系统的用水变化进行实测分析的基础上,计算调整了Kh值,其具体结果见表2。另外,应该依照集中热水供应系统定时或全日供应热水来计算和设计小时耗热能。不能不加分析就将同一热水系统中的不同建筑或不同用水部门的小时耗热能直接叠加,而应按照同一热水系统中的不同建筑或不同用水部门的更大用水时段等条件,分别依据规定中的相应公式和条款计算,来作为整个系统的总小时耗热能。

2  热水小时不均匀系数Kh

类别

Kh

类别

Kh

办公楼

5.8~2.6

医院

3.8~2.2

幼儿园

4.8~2.8

旅馆

3.5~2.3

住宅

4.5~2.8

公共浴室

3.3~1.5

别墅

4.3~2.5

餐饮业

2.5~1.6

 

2.2.3供水水温

一般情况下,集中热水供应系统的供水水温应控制在50~60℃。另外,集中热水供应系统的水加热设备应在达到配水点处更低水温的情况下,依据热水管道保温情况、供水管线长度等合理降低供水温度,以此达到减少热损失、缩小管内外温差以及节省能源的目的。

 

2.2.3供水水质

热水供应系统的水质对节能产生的影响主要来自于冷水中的碳酸盐硬度。当冷水的碳酸盐硬度过大时,会在水加热设备以及其管道内形成水垢,影响水加热设备的制热效果,从而损耗热能。所以,应该采取有效适宜的措施软化或稳定碳酸盐硬度大的水质。

 

结语

总之,建筑节能节水作为一项系统工程,各个环节的合理设计与应用都至关重要。既要重视用水的安全性和科学性,又要不断引进新设备,学习新技术达到合理节能节水的目的,实现水资源可持续利用,进而提高整个社会的经济效益。

 

参考文献

[1] 杨士伟,刘立浅析建筑给排水节能节水技术措施[J.四川建筑,2011(05)

[2]李广贺,水资源利用与保护[M]北京:中国建筑工业出版社,2002:209217

[3] 许文利建筑给排水节能节水技术的探讨[J]长春理工大学学报, 2009(05 )