（环境工程专业论文）高层建筑供水系统节水节能技术研究.pdf

a b s t r a c t b a s e do nt h es i t u a t i o no fw a t e ra n de l e c t r i cr e s o u r c e s ，m o r ea n dm o r es e r i o u s e n e r g yc r i s i s ，s a v i n gw a t e ra n de n e r g yi sb e c o m i n gv e r yn e c e s s a r y i no r d e rt ok e e p t h es o c i e t yd e v e l o p i n gi nag o o dc o n d i t i o n ，t h ew h o l es o c i e t i e sa l ls h o u l dc o n c e n t r a t e o nt oe c o n o m i z ew a t e ra n de n e r g yc o n s e r v a t i o n w a t e ra n de n e r g ys a v i n gi nb u i l d i n gw a t e rs u p p l ya n dd r a i ns y s t e mi sap a r to f e n e r g ys a v i n g b e c a u s eo ft h ep a r t i c u l a r i t yo fh i g h - r i s eb u i l d i n g s ，t h e i r sw a t e rs u p p l y s y s t e ma r em o r ec o m p l i c a t e da n dm o r et y p i c a l ，a n da l ef a rs u p e r i o rt og e n e r a lw a t e r s u p p l ys y s t e mi nt e c h n o l o g ys c o p ea n dd e s i g nd e p t h t h e r ea r e s t i l ll o t so f o u t s t a n d i n gi s s u e si nt h i sf i e l d s ow ew i l lf o c u so nh i g h r i s eb u i l d i n g s l o t so f d e s i g n w o r k e r sj u s tm e e tt h en e e d ，b u td on o tc o n s i d e rm u c ho ne c o n o m i z eo ne n e r g y , a c t u a l l yt h e r ei ss t i l ll a r g es p a c ef o re n e r g ya n dw a t e rs a v i n gi nb u i l d i n g s w a t e rs u p p l ys y s t e mi sa l li m p o r t a n tp a r ti nh i g h r i s eb u i l d i n gd e s i g n t h i st h e s i s i n t r o d u c eh i g h - r i s eb u i l d i n gw a t e rs u p p l ys y s t e mp r e s e n tc o n d i t i o n , a n dt h em a i n n l a e t n e ro fw a t e ra n de n e r g ys a v i n g ，t h ee x i s t e ds h o r t a g ea sw e l l s u r v e ya n dt e s tc a n k n o w , r e s e a r c ho nt h ee n e r g ys a v i n gp o t e n t i a lo fh i 曲b u i l d i n g ，t h eo b j e c t i v ei st o a c c e l e r a t ew a t e ra n de n e r g yc o n s e r v a t i o nb yi n s t a l l i n gd e c o m p r e s s u r ee q u i p m e n t sa n d o p t i m i z a t i o nw a t e rs u p p l ys y s t e m w ed on o tn e g l e c tt h ei n v a l i dw a t e rc a u s e db y o v e r p r e s s u r eo u t f l o w t h i sp h e n o m e n o ni sw i d e s p r e a de x i s t e n c e ；h i g h - r i s eb u i l d i n g s h o u l di n s t a l ld e c o m p r e s s u r ed e v i c e s t h ek e yp o i n to ft h i sa r t i c l ei so n eo ft h ed e c o m p r e s s i o ne q u i p m e n t s ；a n a l y z et h e p r i n c i p l eo ft h ed e c o m p r e s s i o na n dt h r o t t l i n g o r i f i c ep l a t ef r o mt h ea n g l eo f h y d r a u l i c s a c c o r d i n gt ot h et e s ta n dc a l c u l a t ed a t a ，w ec a nk n o wt h ew a t e rs a v i n g r a t e sa n dc h o o s ed i f f e r e n tp r e s s u r er e d u c i n gp l a t et oa t t a i nt h eb e s tw a t e rs a v i n gr e s u l t f o rl i v i n gw a t e rs u p p l ys y s t e m 。 d e s i g naw a t e rs u p p l ys y s t e ms h o u l df o c u so nt h ew a t e rs u p p l ym o d e c o m p a r i n g t h ee n e r g yc o n s u m p t i o no fd i f f e r e n tw a t e rs u p p l ym a n n e r , o b t a i nt h eo p t i m a lm o d e a sw ek n o w , t h a tt h ee f f e c to fv a r i a b l ef r e q u e n c yw a t e rs u p p l ys y s t e mi sn o t s a t i f i c a t i o n , a n dt h ei n f r a s t r u c t u r ee x p r e s so ft h i sm a n n e ri st o oh i g h ，t h r o u g h d i s c u s s i o no nt h ea d v a n t a g ea n dd i s a d v a n t a g eo fc u r r e n tw a t e rs u p p l ym o d e ，s u g g e s t t oc h o o s i n gp u m pa n dw a t e rt a n kc o n s o c i a t i o nt os u p p l yw a t e r t h i sp a p e rw i l lh a v ei t sr e f e r e n c ev a l u ei nr e f o r me x i s t e db u i l d i n ga n dd e s i g n n e wb u i l d i n g s a l s op u tf o r w a r ds o m er e f e r e n c eo p i n i o n st om o d i f yn o r m k e yw o r d s ：h i g h - r i s eb u i l d i n g ，w a t e ra n de n e r g ys a v i n g ， o v e r p r e s s u r eo u t f l o w ， w a t e rs u p p l ym a n n e r 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的 研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表 或撰写过的研究成果，也不包含为获得：苤叠盘堂或其他教育机构的学位或证 书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示了谢意。 学位论文仟者签名： 粜晔签字日期：少晌7 年琴月了d 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解墨鲞盘堂有关保留、使用学位论文的规定。 特授权岙鲞盘堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检 索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权说明) 学位论文作者签名： 粜敞笋 导师签名： 签字日期：a 劝7 年多月岁p 日 签字日期：秒日 天津大学硕士学位论文第一章绪论 1 1 课题的提出 第一章绪论 水和电是现代人类生活中不可缺少的两个重要元素。水是生命之源，是社会 经济发展不可缺少的基本资源是环境生命的“血液”，水资源，不仅因为其数量有 限，更因为其作用是其它资源无法替代的，所以有学者甚至将水提到了“资源的 资源”这一重要地位。随着我国经济的飞速发展，城镇建设和工业生产不断发展， 用水量剧增，污水排放量也急剧增加，许多水体遭到工业污水、生活污水的污染， 水污染成为我国最严重的环境问题，河流水质日趋恶化现象明显，水资源短缺和 水环境污染已成为一个世界性的问题【l 】。自1 9 9 2 年里约环发大会确认了“可持续 发展应是人类发展的唯一可行道路”之后，环境与发展的协调问题被提到了一个 空前的高度。合理地利用环境资源，控制和减少环境污染，己成为各国经济及其 发展应当考虑的问题之一【2 】。 在人类社会中，水的重要性是不言而喻的。水首先是一种生命资源，是人类 生存的基本条件，是世间万物的生存之本；其次，水是一种经济资源，是国民经 济发展的命脉。同时水又是一种自然资源，存在量是有限的，虽然可再生，但非 常脆弱，较容易被损害而丧失其应有的价值。 水资源是有限的，全球有6 0 以上的陆地淡水不足，有4 0 多个国家缺水。 世界上有1 3 的人得不到安全饮用水。地球上可供生活、农业和工业之用的水源 正在走向极限，水问题是全球性的问题。 电更是人类生产生活中不可或缺的能源。截止到2 0 0 4 年底，我国电站装机 规模达到4 4 亿千瓦，年发电量2 1 8 7 0 亿千瓦时，同比增长1 4 8 。然而，尽管 发电量每年都有跨越式的增加，可还是很难改善中国电力短缺的现状。目前我国 除西北、东北、山东电网的电力供应略有盈余外，华东、华北、华中、川渝、广 东等地的电网都不同程度出现供应紧张。去年夏天，广东、上海、浙江、江苏、 重庆、湖南等2 4 个省市不得不拉闸限电。据专家分析，随着经济的进一步发展， 这一范围还有不断扩大的迹象。 为了缓解水电资源的紧缺，加大对水电能源的节约、有效利用是一个重要途 径。 本课题为高层建筑供水系统节水节能研究，主要着眼于既有建筑和新建建筑 居民住宅生活用水的节水节能。近年来我国城市生活用水量呈逐年递增趋势，城 1 天津大学硕士学位论文第一章绪论 市生活用水包括居民用水和公共建筑用水等，其用水过程绝大部分是在建筑中完 成的。因此节约城市生活用水必须搞好建筑节水节能。 2 0 0 6 年底国家建设部投入一千多万元资金立项，针对建筑节水节能的基础理 论进行招投标，可见国家对于建筑节水节能的高度重视以及建筑节水节能的重要 性、迫切性，有极高的实用价值。本课题就是基于这个项目，它对于基础理论和 今后的设计工作有一定的参考意义。下面主要就高层住宅节水潜力和住宅建设的 快速发展两个方面说明本课题的研究意义。本文将对既有建筑的改造以及新建建 筑的设计选型过程进行研究，同时希望通过对既有建筑的研究对新建建筑的设计 起到一定的参考作用。研究对象界定为高层类住宅，是因为高层住宅设计的节水 问题较多，高层建筑供水系统较为复杂，基本涵盖了其他类型住宅所遇到的问题， 节水过程中遇到的问题比较有代表性和全面性，所以本研究主要针对高层建筑节 水节能进行理论研究。 1 2 研究背景与现状 1 2 1 水资源与电能源现状 随着中国经济的飞速发展，人口的增多，能源消耗也日益增大，能源危机已 日益成为制约经济发展的瓶颈。国内能源紧张现状已经是不争的事实，其中水、 电问题尤为突出。 中国是世界上最缺水的国家之一，人均水资源只占世界人均的四分之一，缺 水已成为社会普遍关注的焦点问题。我国的水资源当前存在的主要问题有三个： 一是水资源短缺；二是水污染；三是用水的极大浪费。而后两个问题又是造成水 资源短缺的重要原因。七十年代以来，尽管我国在水污染防治方面做了很多工作， 但水污染的发展趋势仍未得到有效控制，许多江、河、湖泊、水库的水质仍在下 降。目前全国大多数城市都面临缺水的问题。而水污染使缺水形势显得更为严峻。 虽然水资源极度短缺，但大多数地方仍存在着严重浪费水资源的现象，相当一部 分人缺乏节水意识【3 】o 电能是优质、清洁、高效、方便、无二次污染的一次能源。电能也可根据需 要转换成机械能、热能、光能等其他形式的能量。因而电能在现在社会生产和生 活中获得最普遍广泛的应用。我国发展中国家，经济上长期持续快速发展，在很 大程度上依靠电力工业的发展。充足的电力供应是经济发展的前提，因此，我国 一直将电力工业放到优先发展的重要位置上。多年来的突出问题是缺电。电能供 应不足成为我国经济发展的一个突出的制约因素，估计目前全国每年至少缺电 天津大学硕士学位论文第一章绪论 5 0 0 0 0 g 、h 。工业因缺电开工不足，城市居民区经常拉闸停电，农村缺电尤为突 出，目前尚有1 0 农村居民( 约3 亿人) 没用上电，农村生活用电最低限估计 尚短缺2 0 ，农业机械用电短缺4 0 左右【4 】。 1 2 2 建筑供水现状 建筑供水系统，是将城镇给水系统管网内水或自备水源给水管网内水引入和 送入建筑的各用水设备出的给水管道系统成为建筑给水系统，一个完善的建筑给 水系统常由引入管，水表节点，给水管道，贮水加压设备，给水附件，配水设施 等组成【1 1 1 。水和能源都是我们提高生活质量、增强国力，发展经济不可缺少的宝 贵资源。我国的水资源并不丰富，人均占有水量很低，可以说节水就是节能，节 流相当于节源。 以沈阳市为例，2 0 0 5 、2 0 0 6 年两年全年的供水量分别为2 7 3 4 3 5 万吨和 2 7 5 7 0 8 万吨，其中居民生活用水为1 1 2 6 0 7 万吨和1 1 6 7 8 4 万吨，可见居民生活 用水占城市供水总量很大比重。居民用水差额部分主要与市政管网、建筑内部管 网、以及用水设备、节水器具跑冒漏损有关。跑冒漏损的现象也大大提高了居民 用水的消耗水平，因而居民生活用水还蕴含着巨大的节水空间。沈阳市自来水公 司经选择较有代表性的6 1 处小区内网进行测试( 其中二十年以上的泵站7 处， 十年至二十年的泵站4 7 处，十年以内的泵站7 处) ，得出小区内网漏失率为 9 7 3 ，按照沈阳市2 0 0 6 年全年用水量计算，漏失水量为2 7 5 7 0 8 x 9 7 3 = 2 6 8 2 6 万吨，相当于一个中小城市一年的使用量。沈阳市一吨水的单价为1 9 元，按这 个水价计算，沈阳市每年损失5 0 9 7 万元，相当于一个中小企业一年的收入。 对于高层建筑，城市给水管网的水压一般不能满足高区部分生活用水的要 求，绝大多数采用分区给水方式，即低区部分直接由城市给水管网供水，高区部 分由水泵加压供水。高层建筑最常用的给水方式为：低区利用室外管网压力直接 供水，高区采用水泵水箱联合供水或变频调速给水箱联合供水方式。储水池及高 位水箱均宜采用先进的防污染水箱。我国是个能源需求大国，而建筑能耗占了总 能耗的1 3 ，其中9 9 的建筑存在能耗浪费，为此，国发委已经把建筑节能作为 新时期建设的一项重要任务。在建筑给排水行业，建筑节能主要体现在限压、节 水以及太阳能卫生热水等方面。在节水方面，我国规定了强制淘汰冲水量9 l 以 下的便器水箱和铸铁龙头，提倡节水型的卫生用具；太阳能作为绿色能源，在建 筑卫生热水供应方面的应用也越来越普及。但在给水方式的选择上，却没有给以 足够的重视。选择给水方式是高层建筑生活给水系统设计的关键，它直接关系到 生活给水系统的使用效果和工程造价。选择合适的给水方式，可以极大的节约用 水量和耗电量。可对于给水方式的选择，现在却是没有统一的看法。到底是水泵 天津大学硕士学位论文 第一章绪论 水箱联合供水方式节能，还是水泵变频供水系统节能，这是最近给排水行业讨论 最多，也最关心的内容。本课题就这个问题进行重点讨论，对设计时供水方式的 选择进行优化，以达到建筑给水上最大的节能效果。 1 3 论文研究的内容及方法 1 3 1 研究内容 建筑节水节能是一个系统工程，除应制定有关节水的法律法规、加强日常管 理和宣传教育、利用价格杠杆促进节水工作外，还应采取有效的技术措施，以保 证建筑节水工作全面深入的开展。建筑住宅的蓬勃发展必然需要与之相配套的给 排水设施作为辅助，所有新建和拟建住宅都是潜在用水点及用水点。 高层建筑由于高度大，用水点集中，耗水量大，卫生设备多，使用情况复杂 等特点，所以选择作为本课题的主要研究对象。 本课题以普遍存在的高层住宅为对象，研究节水对策，研究成果对普通多层 住宅和公共建筑也有一定的适用性。本课题侧重于技术对策的研究，并充分考虑 到课题研究成果的可行性和适用性。主要侧重于减压措施和供水方式的选择及节 水节能效果方面的研究。 1 3 2 研究方法 通过实验检测高层建筑，在不同条件下工作压力与对应流量的关系，不同孔 径减压孔板的节水效果分析，选择出对于既有建筑节水节能最经济合理的减压方 式，及孔板孔径。同时又对高层建筑的不同供水方式举例进行能耗对比，由于水 泵刚刚启动时耗能最高，频繁启动必然会增加电能的消耗，合理的适用水泵时本 论文研究的另一重点，总结出节能效果最佳的供水方式。 天津大学硕士学位论文第二章高层建筑供水系统节水节能概述 第二章高层建筑供水系统节水节能概述 建筑节能主要就是给水方式的合理选择与搭配，建筑节水节能是相辅相成 的，这两者都是建筑节水节能工作涉及到建筑给水排水系统的各个环节，各方面 的措施是相互联系、相互制约、必须把建筑节水节能工作作为一个系统工程来抓， 在保证供水安全的基础上尽量减少不必要的水量浪费以及单耗，从而达到节水节 能的目的。首先应从给水系统和热水系统的设计上限制超压出流和无效冷水量的 产生；其次应防止建筑给水系统二次污染造成的水量浪费，并对已使用过的废水 进行处理回用；同时还应合理配置节水器具和水表等硬件设施。只有这样才能获 得最大的节水效益。 2 1 国内外既有建筑节水节能技术方法概述 2 1 1 防止给水系统超压出流造成的“隐形”水量浪费 在我国现有建筑中，给水系统的超压出流现象是普遍存在而且是比较严重 的。为改变这一状况，应采取以下措施： 1 ) 合理限定配水点的水压，采取减压措施 由于超压出流造成的“隐形”水量浪费并未引起人们的足够重视，因此在我国 现行的建筑给水排水设计规范和“建筑给水排水设计规范征求意见”中虽对给 水配件和入户支管的最大压力做出了一定的限制性规定，但这只是从防止给水配 件承压过高会导致损坏的角度考虑的，并未从防止超压出流的角度考虑，因此压 力要求过于宽松，对限制超压出流基本没有作用。 在给水系统中合理配置减压装置是将水压控制在限值要求内、减少超压出流 的技术保障。 2 ) 采用节水龙头 在同一压力下j 节水龙头具有较好的节水效果，节水量从3 5 0 不等， 大部分在2 0 3 0 之间。且在静压越高，普通水龙头出水量越大的地方，节 水龙头的节水量也越大。因此，应在建筑中( 尤其在水压超标的配水点) 安装使 用节水龙头，减少水量浪费【5 】。 天津大学硕士学位论文第二章高层建筑供水系统节水节能概述 2 1 2 减少热水系统的无效冷水量 随着人民生活水平的提高和建筑功能的完善，建筑热水供应已逐渐成为建筑 供水不可缺少的组成部分。据调查，各种热水供应系统，大多存在着严重的水量 浪费现象，主要表现在开启热水配水装置后，往往要放掉不少冷水后才能正常使 用。这部分流失的冷水，未产生使用效益，可称为无效冷水，也即浪费的水量。 无效冷水的产生原因是多方面的，因此应从建筑热水系统的各个环节抓起，减少 无效冷水的排放： 1 ) 新建建筑应选用支管或立管循环方式 目前我国现行的建筑给水排水设计规范( 以下简称“规范”) 中提出了三 种热水循环方式：干管循环、立管循环、支管循环；同时，允许热水供应系统较 小、使用要求不高的定时供应系统，如公共浴室等可不设循环管。 热水系统的循环方式直接决定了无效冷水是否存在及冷水量的相对大小。支 管循环方式虽然最节水，但其工程成本最高，投资回收期也最长。立管循环方式 的节水量虽比支管循环少；投资回收期短。干管循环方式虽然回水系统的工程成 本较低，但节水效果较差，并且工程成本的回收期也不低，所以无论从节水的角 度还是从工程成本回收的角度看，干管循环方式均无优势。可见，与干管循环相 比，立管循环节水效果较好；与支管循环相比，立管循环具有较明显的经济优势。 无循环系统产生大量的无效冷水量，不符合节水要求，同时也给人们的使用带来 不便，应予淘汰。 综合上述分析并结合我国国情，新建建筑热水系统不应再采用干管循环和无 循环方式，而应根据建筑物的具体情况选用支管循环或立管循环方式。 2 ) 对现有无循环定时热水供应系统应限期改造 目前我国绝大部分公共浴室采用的是无循环定时热水供应系统，每天洗澡前 要排出大量无效冷水。 由于无循环系统管线较简单，故改造工程投资少，收效快，较易施行。如北 方交通大学在学生浴室的热水干管上增设回水管，工程总投资约4 0 0 0 元，年节 水量约9 6 0 m 3 ，若水价以3 9 元i n 3 计，每年可节约水费3 7 7 4 元，1 3 个月即可 收回投资，既可收到很好的节水效果，又可得到较好的经济效益。因此对现有无 循环定时热水供应系统，应限期进行改造，增设热水回水管h o 。 3 ) 减少局部热水供应系统管线的长度并进行管道保温 我国现有住宅大多采用局部热水供应系统，系统中不设回水管。当家用燃气 热水器的设置点与卫生间相距较远时，每次洗浴都需放掉管内滞留的大量冷水。 又因为热水管几乎都未采取保温措施，管中水流散热较快，因此在洗浴过程中， 天津大学硕士学位论文第二章高层建筑供水系统节水节能概述 当关闭淋浴器后再次开启时，可能又要放掉一些低温水。热水管线越长，水量浪 费越大。为解决这一问题，提出以下建议：( 1 ) 在建筑设计中，除考虑建筑功 能和建筑布局外，还应考虑节水因素，尽量减少热水管线长度。( 2 ) 在有关规 范和施工验收标准中，增设“连接家用热水器的热水管均应进行保温”的内容，以 规范家用热水管道的安装，保证热水使用过程中的水温。并应组织力量开发与燃 气热水器配套的回水装置。 4 ) 严格执行有关设计、施工规范，建立健全管理制度 循环方式确定后，热水管网的设计和施工质量及管理水平直接影响无效冷水 量的大小。如设计时，循环管道应采取同程布置的方式；在高层建筑中，冷、热 水系统的分区应一致，各区水加热器、贮水罐的进水均应由同区的给水系统专管 供应，以保证冷、热水压力相同等。 5 ) 减少调温造成的水量浪费 为减少调温造成的水量浪费，公共浴室应采用单管热水系统，温控装置是控 制其水温的关键部件。据反映，现有温控装置不够灵敏，洗浴水忽冷忽热。因此 应积极开发性能稳定、灵敏的单管水温控制设备【6 】。 目前我国建筑双管热水系统冷热水的混合方式大多采用混合龙头式和双阀 门调节式，每次开启配水装置时，为获得适宜温度的水，都需反复调节。因此应 逐步采用带恒温装置的冷热水混合龙头，以使用户能够快速得到符合温度要求的 热水，减少由于调温时问过长靠造成的水量浪费。 2 1 3 防止二次污染造成的水量浪费 二次污染事故的发生，使得建筑给水系统不能正常工作，造成用户用水困难。 同时，受到污染的水将会被排放；对供水系统的清洗处理，也需耗费大量的自来 水，这些都造成了水的严重浪费。因而防止建筑给水系统二次污染，对节约用水 有着十分重要的意义。 一 1 ) 在高层建筑给水中采用变频调速泵供水 水池、水泵、高位水箱加压供水方式是目前高层建筑中使用最广泛的供水方 式。有研究表明，这种供水系统的水质指标合格率有所下降，其原因约有一半是 水在加压输送和贮存过程中造成的。 变频调速泵供水直接用泵将贮水池内的水送至用户，取消了水箱，减少了发 生二次污染的几率。我国有的地区已明令在特定情况下使用这种供水方式。如上 海住宅设计标准中规定，住宅设计规模在4 0 0 户以上时，采用变频调速水泵集中 供水。 目前绝大部分高层建筑的生活与消防贮水池合建，水池容积过大，生活用水 天津大学硕士学位论文第二章高层建筑供水系统节水节能概述 储量一般不足总储量的2 0 ，生活用水贮存时问过长，有时长达2 3 天。有研究 表明，夏季水温较高时，水箱中的水在贮存1 2 小时后，余氯即为零，细菌快速 繁殖。合建水池在每月的消防试水时还会造成消防试水的排放浪费。 如果把生活饮用水与消防用水水池分开，两种水池分开设置可在很大程度上 减轻生活用水的细菌性污染。消防试水可排放到消防贮水池中，不必外排。此外， 分建水池的总容积基本没有增加，不会过多增加造价，并且还可优化地下室设计、 有效利用地下室面积。因此从现在起，新建建筑的生活与消防水池应分开设置。 2 ) 严格执行设计规范中有关防止水质污染的规定 采用水池、水泵、水箱二次供水方式，虽然存在着二次污染问题，但也具有 供水水量和水压较稳定可靠等优点。因而，完全淘汰这种供水方式是不可能的， 应严格执行设计规范中有关水池材质选用、配管和构造设计及防止管道系统回流 污染等规定，杜绝由于选材或设计、施工不当引起的水质污染。 ，3 ) 水池、水箱应定期清洗，强化二次消毒措施 为保证水箱良好的卫生条件，卫生防疫部门应加强对水箱水质和水箱清洗的 监管力度，并应适当增加水箱的清洗次数。在二次加压系统中设置消毒装置；加 强对消毒器的使用管理；推广使用优质给水管材1 7 。 2 1 4 大力发展建筑中水设施 建筑中水设施是指民用建筑物或建筑小区内使用后的各种排水如生活排水、 冷却水及雨水等经过适当处理后，回用于建筑物或建筑小区内，作为杂用水的供 水设施，包括水处理、集水、供水等设施。但今后要大力发展建筑中水设施的深 入和普及，还应采取以下措施： 1 ) 充分利用盥洗废水等优质杂排水 ， 现有中水设施大多建于宾馆、高校，水源基本为浴室洗浴水。对于一些规模 不大的单位来说，洗浴废水量比较小，且排放时间过于集中，中水设施得不到稳 定充足的水源。经调查和试验分析，我们认为盥洗废水具有水量大、使用时间较 均匀、水质和处理效果相对较好等优点，应作为中水水源，加以充分利用。 2 ) 推广技术、管理、经济综合优化的新处理工艺 建筑中水处理技术不但要求处理效果稳定可靠、运行管理简单方便，还应在 经济上具有一定优势。在一些大城市，用地非常紧张，节省占地面积就意味着节 省工程投资。因此应综合各种因素，推广技术、管理、投资、处理成本及占地等7 方面综合优化的新的中水处理工艺，如一体式膜生物反应器处理技术。 3 ) 尽快制定并实施新的回用水水质标准 目前建筑中水回用执行的是现行的生活杂用水水质标准。该标准中总大 天津大学硕：仁学位论文第二章高层建筑供水系统节水节能概述 肠茵群的要求与生活饮用水卫生标准相同，比发达国家的回用水标准及我国 适用于游泳区的3 类水质标准还严格。这样就导致两个问题：一是许多现有中水 工程根本达不到该标准；二是由于达标具有一定难度，限制了中水工程的推广和 普及。因此希望尽快制定该指标的适宜限值，并尽快颁布实施，以降低中水工程 的投资和处理成本。 4 ) 修改、完善、制定中水设施建设的有关行政规章和配套措施 为切实推进建筑中水设施的建设工作，建议在现有行政规章和措施的基础上 再增加以下内容：逐步规范中水设施的设计规模，建立中水设施的质量监控体系， 建筑给排水设计与中水设施建设相配套，制定配套的经济政策【8 l 。 2 1 5 充分利用市政管网压力，合理确定给水系统垂直分区 充分利用室外市政管网水压直接对高层建筑下面几层供水，对于节能和安全 供水都是有利的。它可以节省很大一部分提升上楼的能耗，因为高层建筑中用水 量大的部门，如洗衣房、浴室、餐厅等都是下面几层。 充分利用市政管网压力，用生活给水泵的功能，也是一种节能的给水方案， 高层建筑给水设计中常常分别设置生活给水泵和消防给水泵，其主要原因是两者 要求水压力相同。如果生活用水与消防用水量接近或生活给水泵选型能满足两者 水量要求，就能充分利用室外管网压力而采用一套加压系统。 高层建筑给水系统垂直分区的目的，是保证给水设备卫生器具的正常使用， 避免压力过高，多余的水压消耗在配水器材的局部损失上，造成不必要的能量浪 费，或者是配水器材供水大大超过额定流量而造成水量浪费。分区压力过高，又 会使给水器材出水量过猛。e 9 2 1 6 合理选择给水方式 分区原则确定以后，就要对给水方式进行选择。给水方式选择应以经济合理、 技术先进、供水安全可靠等为原则，目前我国高层建筑独立加压给水系统常用的 供水方式有下面三种八类，具体选择将在本文第四章详细论述。不同的给水方式 对于能量的利用是不相同的，在给水方式的选择上，在综合考虑其它因素的基础 上，应该注意对能量的利用。 ， 除此之外，为了达到节水节能目的，还应合理设置和使用水表，严格按照规 范要求选择和安装水表，限制水表使用年限，提高水表的准确度，水表前加过滤 器，发展使用i c 卡水表和远传水表。 同时还应推广使用节水器具，因而大力推广使用节水器具是实现建筑节水的 重要手段和途径。在不同场所推广使用不同类型的节水器具，在选择节水器具时， 天津大学硕士学位论文第二章高层建筑供水系统节水节能概述 除要考察其节水性能外，还要考虑价格因素和使用对象。 目前节水型水龙头大多采用陶瓷阀芯水龙头。这种水龙头与普通水龙头相 比，价格较便宜。因此，应在居民楼等建筑中大力推广这种节水龙头。充气水龙 头是在国外使用较广泛的节水龙头，节水龙头据报道可节水2 5 左右，应在我国 逐步推广使用。提高产品质量降低价格 建筑供水系统，是将城镇给水系统管网内水或自备水源给水管网内水引入和 送入建筑的各用水设备出的给水管道系统成为建筑给水系统，一个完善的建筑给 水系统常由引入管，水表节点，给水管道，贮水加压设备，给水附件，配水设施 等组成【1 1 1 。 目前我国节水器具普及率还不高，其原因一是价格较贵，如节水龙头价格是 同类普通水龙头的4 6 倍；二是市场上充斥着大量伪劣产品，质量得不到保证。 因此质量监督和物价部门应对节水器具的生产和销售进行严格管理，杜绝不合格 产品上市，同时降低成本和价格，以利于节水器具的推广使用【1 0 1 。 2 2 国内外法律法规方面的节水节能措施 2 2 1 开展“能源教育”，提高人们的节水节能意识 当前，为强调日益严重的水资源紧缺问题，使人们真正提高节水意识，世界 上很多国家采用各种方式宣传节约用水的重要性、迫切性，以提高国民节约用水 的自觉性。如日本东京，建立了一整套节水宣传体系，通过新闻、广播、报纸、 专门编制的宣传手册及组织市民参观城市供水设施等活动，教育群众，还将节约 用水内容编入教学课本。“6 1 ”儿童节被定为“节水日”。在这一天，以市长为首 的政府官员都到大街上，向市民宣传节约用水的重要性。以国际儿童节作为节水 日，培养儿童的节水意识是保证子孙后代不为水所困的大事。不少城市如福冈， 全市有9 0 的人知道“六一”是节水日，了解节约用水的意义。横滨市还摄制了“横 滨之水”、“水与生活”、“二百万市民之水”等宣传电影。美国洛杉矶市为了节 水，曾动员1 0 0 人作了1 8 8 次节水报告，并让七万名中学生先后看了有关节水方 面的电影；纽约市长在1 9 8 1 年水源紧张时发出号召：委派全市儿童都担任该市 的“副市长”监督他们的父母兄弟节约用水。新加坡的淡水主要从邻国进口，因此 他们在中小学课本上都设置了节水的内容和相关的节水知识。此外、新加坡还有 定期的“水危机演习”。全国停水一两天，让国民体会没水的滋味。 美国、意大利、日本、匈牙利、罗马尼亚、法国、荷兰等国家也都制定了水 法并建立了全国性或地区性水管理机构，以加强水资源的管理、保障水资源利用 天津大学硕士学位论文 第二章高层建筑供水系统节水节能概述 的可持续性【1 1 1 。 2 2 2 以法治水电，加强能源的管理 很多管理先进的国家都很重视“以法治水电”。英国早在1 9 4 4 年就颁布了水 资源保护法等法律并于六十年代建立了国家水资源委员会。原苏联早在1 9 1 9 年， 就成立了中央水资源保护委员会，1 9 6 0 年苏联部长会议通过了“有关调整苏联水 资源利用和加强保护”的决议并成立了水资源保护组织、制定了水域保护措施； 1 9 7 0 年1 0 月，苏联最高苏维埃审查和批准了“苏联和各加盟共和国水基本法”， 该法是保障水的合理利用和保护河流湖泊等不受污染的有效手段。 2 2 3 采用经济措施 当今世界许多国家已颁布了多种法规，严格实行限制供水，对违者进行不同 程度的罚款处理。以色列、意大利以及美国的加利福尼亚、佛罗里达、纽约等州 分别制定了法律，要求在新建住宅中安装的用水设施必须达到一定的效率标准方 可使用。另外，许多城市通过制订的水价政策来促进高效率用水，偿还工程投资 和支付维护管理费用。美国的一项研究认为：通过计量和安装节水装置，家庭用 水量可降低11 ，如果水价增加一倍，家庭用水可再降2 5 。国外比较流行的 是采用累进制水价和高峰用水价。日本东京采取了“抑制需要型”的收费方法，即 东京都内一般用户水费分为“基本水费”和“超量水费”两种。供水管在1 3 2 5 r a m 内，每月耗水量不超过1 0 m 3 时，只收“基本水费”8 0 0 1 3 2 0 日元；超过这一标准， 增收“超量水费”，按每1 0 m 3 为1 单位递增，超用水量越大，收费标准越高 1 2 1 。 2 3 国内设计工作存在的不足 2 3 1 系统设计方面 比较突出的不利于合理用水、节约用水的方面主要有： 1 ) 给水系统各层压力设计不合理，用水器具处于超压出流状态的现象普遍 存在。 2 ) 目前普遍采用的热水供应方式是居民自行安装热水器，存在热水管线较 长、浪费水的现象。在集中热水供应系统中，热水调温装置使用不便亦造成水的 浪费。 3 ) 在高层住宅给水设计中，镀锌给水钢管的使用，以及传统的水池水泵 水箱的二次供水方式在设计中考虑不周，都存在着对水质造成二次污染的隐患。 天津大学硕士学位论文第二章高层建筑供水系统节水节能概述 水质污染亦可导致水的浪费。 4 ) 在中水回用方面，住宅基本还处于空白状态，居民生活废水、清洗水池 和水箱的废水等基本没有复用措施。消防系统试水、消防储备更新水也被白白流 掉。 2 3 2 其它不足 若干年来，城市住宅中安装使用的卫生洁具，基本上是结构落后，质量较差 的老式产品。节水型卫生器具技术上与国外存在差距，定价较高，推广应用较为 困难，且大量不合格产品充斥市场并进入用户家庭，成为节水工作的隐患。水价 虽然几经调整，但目前的水价基本上还是属于福利型的，供水价格严重偏离价值， 不利于节水。对于计量用户水量的水表，管理比较薄弱，且老式水表存在着许多 缺点，已经满足不了人们的使用要求。此外，居民用水管理尚不够先进，节约用 水的宣传教育还不够深入人心。在北京住宅小区入户问卷调查中，当问到“你对 北京市水资源短缺状况是否了解”时，回答“不太了解”和“与己无关，不太关心” 的分别占1 5 和5 。可见，对广大居民进行节水宣传教育还存在着死角【1 3 1 。 2 4 本章小节 本章主要介绍了现阶段国内外节水节能的主要途径，从技术方面以及法律法 规方面分别阐述现状。技术方面主要有防止超压出流，防止二次污染，充分利用 市政管网压力等，同时还应加大宣传力度，并制定合理的法律法规。同时还提出 现阶段工作中的不足。 天津大学硕士学位论文第三章既有建筑防止超压出流技术研究 第三章既有建筑防止超压出流技术研究 建筑节水有三层含义：一是减少用水量，二是提高水的有效使用效率，三是防止 泄漏【1 4 】。通过之前分析，既有建筑节水仍然有很大空间。本章研究的重点主要在对 于生活用水来说，节水就是节能，可以减少加压设备的提升水量，从而降低了能耗。 现阶段的任务主要是变手工作业为规模经济，以强大的技术支持建筑节水节能改造。 既有建筑的节水节能研究主要是针对建于不同时期老式建筑，通常建筑年代早于 2 0 0 0 年，由于既有建筑的供水系统已经不需要选择供水方式以及设备，所以主要的 重点应聚焦在节水方面。在第二章中已经叙述了主要的建筑节水节能措施，本章将就 防止超压出流引起的隐性水量浪费做深入的研究【l6 j 。 3 1 超压出流概述 3 1 1 超压出流的概念 超压出流是指卫生器具的给水配件( 如水龙头，淋浴器等) 在较高水压条件下， 流出大于其额定流量的水量，超出额定流量的那部分流量未产生正常的使用效益，是 浪费的水量。由于这种水量浪费不易被人们察觉和认识，因此可称之为“隐形”水量浪 费。依照我国现行建筑给水排水设计规范的规定，高层建筑给水系统设计中，最低卫 生器具给水配件处的静水压力0 3 0 m p a 0 3 5 m p a 。显然，在同样的开启度下，同一给 水分区中，上层的给水龙头因压力较小出流量较少，而下层压力大出流量多。额定流 量是卫生器具给水配件出口在单位时间内流出的规定水量。流出水头是保证给水配件 流出额定流量，在给水配件前所需的静水压。超压出流是给水配件前的静水压大于流 出水头，其出水量大于额定流量的现象。该流量与额定流量的差值，为超压出流量。 如一个洗手盆水龙头在管径1 5 m m ，1 2 开启度时，额定流量为0 2 l s 。若在相同条 件下，因水压过高导致起出流量大于0 2 l s ，一般设计中通常加2 0 的流量以保证 供水的安全性，那么大于0 2 4 l s 的都属于超压出流。给水配件超压出流，不但会破 坏给水系统中水量的正常分配，同时因超压出流量未产生使用效益，为无效用水量， 即浪费的水量。因它在使用过程中流失，不易被人们察觉和认识，属“隐形 水量浪 费，因而至今未引起足够的重视。然而这种“隐形”水量浪费在各类建筑中不同程度的 天津大学硕士学位论文第三章既有建筑防止超压出流技术研究 存在，其浪费的水量也是十分可观的f 1 7 1 。 3 1 2 超压出流的危害 超压出流对用水工况的影响及造成的水量浪费尚未引起人们足够的重视，目前在 建筑给水排水设计规范中，仅对防止消防给水超压问题提出了明确的要求，而对防止 建筑给水超压出流问题还无具体规定，防止建筑给水超压措施的研究还不够深入。 据北京建筑工程学院“建筑节水课题组”在11 栋不同类项建筑的6 7 个配水点所作 的超压出流实测分析结果统计，有5 5 的普通水龙头和6 1 的陶瓷阀芯水龙头的流 量大于各自的额定流量，处于超压出流状态。这两种水龙头的最大出流量约为额定流 量的3 倍。由此可见，在我国既有建筑中，给水系统的超压出流现象是普遍存在而且 是比较严重的【1 8 】。 从理论计算公式计算也能得出超压出流的危害性。 根据能量守恒定律： 式中v _ _ 毓速，( 州s ) ； i 卜瑚程( 即压力) ，( m p a ) ； p 管道的横断面积，m 2 q - _ 琉量，( l s ) 。 喜所y 2 ：m g h 2 v = ( 2 9 h ) 2 q = s x 1 ， ( 3 1 ) 从上述计算公式可得出：扬程越大，流量就越大。因此，在设计中合理限定配水 点的水压是解决这个的关键所在。超压出流除了造成水量的大量浪费以外，还会带来 如下的危害： 1 ) 龙头开启时，水成射流喷溅，影响使用。 2 ) 水龙头开关时还易产生噪音和水击，由于压力波动，管道振动，容易引起管 道松动漏水，甚至损坏，造成水的浪费。 3 ) 阀门等五金配件容易磨损，缩短使用期限，同时增加了维修工作量。水龙头 天津大学硕士学位论文第三章既有建筑防止超压出流技术研究 处水压过高，水龙头的垫衬磨损较快，使用寿命缩短，造成大量漏水。 4 ) 如果不采取措施控制水龙头流量在额定范围以内，就会使管道水力计算与实 际情况不相符合。下层水压高，出水量大，水流阻力比计算值高，导致上层水压偏低， 其结果是下层供水有余而上层供水有可能中蝌r 7 1 。 由于超压出流造成的“隐形”水量浪费并未引起人们的足够重视，因此在我国现 行的规范只是对给水配件与入户支管( 第3 3 4 第3 3 5 ) 作一次规定，但这只是从防 止给水配件承压过高损坏的角度考虑的，并未从防止超压出流的节水角度考虑，因此 压力要求过于宽松，对