（环境工程专业论文）智能建筑水环境监控系统的研究.pdf

摘要 随着智能建筑的发展和更新，智能建筑的实现目标也从安全、高效、便捷拓展到绿 色、环保、健康和节能。为实现智能建筑的目标，从节约水资源、环保和健康用水的需 求出发，本文提出智能建筑水环境系统的概念，该系统的内容包括对传统的给水排水系 统、中水系统、直饮水系统及雨水系统的监控与管理，其意义在于拓宽了传统给水排水 的概念，将中水及雨水的回用和饮用水净化融入其中，通过采用智能化技术对水环境系 统实行监控和集成管理，保证设备正常运行，实现给排水管网合理调度，节约水资源， 保证用水安全与健康，并实现与其它智能化系统信息资源的共享和统一管理。本文重点 研究新兴的中水系统、直饮水系统及雨水系统监控及集成管理的实现。 首先，以目前国内外水资源现状以及水处理系统的发展水平及发展趋势为背景，对 研究智能建筑水环境监控系统的必要性和重要性作了详细分析。 其次，对建筑水环境系统进行分析，重点分析中水系统、直饮水系统以及雨水系统 的组成结构、工作原理及相关的处理技术。 第三，在水环境各子系统工艺流程的基础上，对各子系统进行监控需求分析，列出 相应点表，画出监控原理图，设计监控系统。 第四，以中水系统为例，利用协同s y n c h r o l b m s 软件将其集成到建筑设备管理系统 中，并以协同实时信息门户管理软件s y n c h r o r t p o r t a l 将其纳入智能建筑管理平台，实现 最终的集成管理。 最后总结论文完成的主要工作，并提出了可以进一步完善的方向。 本文的研究拓展了传统给排水系统的概念，丰富了建筑设备监控及管理系统的内 涵，为实现智能建筑环保、节能、健康的目标，提出了具体可行的方案，有较强的实用 价值。 关键字：智能建筑，水环境系统，中水系统，s y n c h r o l b m s a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n ta n du p d a t e do fi n t e l l i g e n tb u i l d i n g ，t h eg o a lo fi n t e l l i g e n tb u i l d i n g h a se x p a n d e df r o mt h es a f e ，e f f i c i e n t ，c o n v e n i e n c et ot h eg r e e n ，e n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ， h e a l t ha n de n e r g ys a v i n g i no r d e rt oa c h i e v et h eg o a l s ，t h ec o n c e p to ft h ei n t e l l i g e n tb u i l d i n g w a t e re n v i r o n m e n ts y s t e mi s g i v e n f o rc o n s e r v a t i o no fw a t e rr e s o u r c e s ，e n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o na n dh e a l t h ，t h es y s t e mc o n t r o la n dm a n a g et r a d i t i o n a lw a t e rs u p p l ya n dd r a i n a g e s y s t e m s ，r e c l a i m e dw a t e rs y s t e m s ，d r i n k i n gw a t e rs y s t e m sa n dr a i n w a t e rs y s t e m sa c c o r d i n g l y e x p a n d e d t h et r a d i t i o n a l c o n c e p to fw a t e rs u p p l ya n dd r a i n a g e b yu s i n gi n t e l l i g e n t t e c h n o l o g y , t oc o n t r o la n dm a n a g ew a t e re n v i r o n m e n ts y s t e m s ，r e a l i z ew a t e rs u p p l ya n d d r a i n a g en e t w o r ks a f e ，r e l i a b l eo p e r a t i o na n di n f o r m a t i o nr e s o u r c e ss h a r i n ga n d u n i f i e d m a n a g e m e n t t h i sp a p e rf o c u s e so nt h en e wr e c l a i m e dw a t e rs y s t e m ，d r i n k i n gw a t e rs y s t e m a n dr a i nw a t e r f i r s t l y , b a s e do nt h ec u r r e n ts t a t u so fw a t e rr e s o u r c e sa th o m ea n da b r o a d ，a sw e l la st h e d e v e l o p m e n tl e v e la n dt r e n do fw a t e rt r e a t m e n ts y s t e m s ，t h ei m p o r t a n c ea n dn e e df o rt h e r e s e a r c ho ni n t e l l i g e n tb u i l d i n gw a t e re n v i r o n m e n ta r ea n a l y s i s e d s e c o n d l y , t h es t r u c t u r e ，w o r k i n gp r i n c i p l ea n dt h er e l a t e dp r o c e s s i n gt e c h n o l o g yo f r e c l a i m e dw a t e rs y s t e m s ，d r i n k i n gw a t e rs y s t e m sa n dr a i n w a t e rs y s t e mi sa n a l y s i s e d t h i r d l y , b a s e do nt h e w a t e re n v i r o n m e n ts u b - s y s t e m s p r o c e s s ，a n a l y s e dt h e i rt h e m o n i t o r i n gn e e d ，l i s t e d t h e c o r r e s p o n d i n gp o i n t st a b l e ，d r a w e d s c h e m a t i c s m o n i t o r i n g ， d e s i g e dm o n i t o r i n gs y s t e m t h e n ，t a k i n gt h er e c l a i m e ds y s t e ma sa ne x a m p l e ，i ti sd i r e c t l yi n t e g r a t e di n t ot h eb m s s y s t e mu s i n gc o l l a b o r a t i v es o f t w a r es y n c h r o l b m s ，a n dt h er e c l a i m e ds y s t e mi si n c o r p o r a t e d w i t hi n t e l l i g e n t e di n t e g r a t i o ns y s t e mb yt h es o f t w a r eo fs y n c h r o r t p o r t a la n dt h eg o l eo f i n t e g r a t i o ni sf i n a l l ya c h i e v e d a tl a s t ，t h ef i n a ls u m m a r yo ft h ep a p e ri sg i v e na n dt h ef u r t h e ri m p r o v e m e n tp u tf o r w a r d t h er e s e a r c he x p a n d st h et r a d i t i o n a lc o n c e p to ft h es u p p l ya n dd r a i n a g es y s t e m s ， e n r i c h e st h ec o n t e n to fb m s ，a n dp u t sf o r w a r daf e a s i b l es c h e m eh a v i n gs t r o n gp r a c t i c a l v a l u ei n t e l l i g e n tb u i l d i n ge n v i r o n m e n t a lp r o t e c t i o n ，e n e r g ys a v i n ga n dh e a l t h yl i v i n g k e y w o r d s ：i n t e l l i g e n tb u i l d i n g ，w a t e re n v i r o n m e n ts y s t e m ，r e c l a i m e dw a t e rs y s t e m ， s y n c h r o l b m s 论文独创性声明 本人声明：本人所呈交的学位论文是在导师的指导下，独立进行研究 工作所取得的成果。除论文中已经注明引用的内容外，对论文的研究做出 重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本论文中不包含任 何未加明确注明的其他个人或集体己经公开发表的成果。 本声明的法律责任由本人承担。 论文作者签名：多乡备霞 岬年月；日 论文知识产权权属声明 本人在导师指导下所完成的论文及相关的职务作品，知识产权归属学 校。学校享有以任何方式发表、复制、公开阅览、借阅以及申请专利等权 利。本人离校后发表或使用学位论文或与该论文直接相关的学术论文或成 果时，署名单位仍然为长安大学。 ( 保密的论文在解密后应遵守此规定) 论文作者签名： 多五7 咎霞 导师签名： 如矿年月岁日 函叶年月3 日 长安大学硕士学位论文 第一章绪论 帚一早珀t 匕 1 1 课题研究的背景 1 1 1 国内外水资源现状 1 世界水资源的概况 水资源是指可直接被人类利用、能不断更新的天然淡水，主要指陆地上的地表水和 地下水的浅层部分。通常以淡水水体的年补给量作为水资源的定量指标，如地表水资源 量以河川年径流量表示，地下水资源用含水层补给量表示。联合国教科文组织和世界气 象组织对水资源的定义为：“作为水资源的水应当是可供利用或可能被利用，具有足够 数量和可用量，并适合于某地水需求而能长期供应的水源。 全球水的总储量为1 3 8 6 1 0 8 k m 3 ，但陆地、大气和生物体中只占到很少的一小部分，而可供人类使用的淡水资源占 的比例更少，约为2 5 3 ，而其中有8 7 储存于高山冰川、两极冰盖、冰冻地带和深度 7 5 0 m 以上的地下层，便于取用的河水、湖泊水及浅层地下水等淡水资源仅占地球总储量 的0 2 6 i 。 2 我国水资源的状况 中国是一个干旱缺水的国家，全国拥有水资源约为2 8 0 0 0 亿立方米，但人均占有水 资源量仅为2 2 2 0 立方米，只有世界平均水平的四分之一；平均每公顷占有水资源约2 9 万立方米，仅为世界平均的五分之四。同时，水资源在地区分布上极不均匀，约有8 0 以上分布在长江流域及其以南地区，与人口、耕地资源的分布不相匹配。南方水多、人 多、耕地少；北方水少、人多、耕地多。北方有9 个省、自治区、直辖市人均水资源占 有量少于5 0 0 立方米，常年干旱缺水，水资源的供需矛盾十分突出。黄河下游近年来每 年均断流1 0 0 天以上。水资源短缺已严重地制约着社会经济的发展。 我国的城市缺水现象更为严重，在3 0 0 多个大中城市中有1 8 0 个城市缺水，其中5 0 多个城市严重缺水。以北京为例，全市水资源人均占有量仅为全国人均占有量1 6 ，而 年用水量己达4 2 1 0 8 3 m ，每年大约缺水( 7 1 0 ) 1 0 8 m 3 。 与此同时，我国还是用水量最多的国家。据相关资料介绍，1 9 4 9 年我国总用水量 1 0 0 0 1 0 8 3 m ，2 0 0 0 年总用水量增加到5 4 9 8 1 0 8 m 3 ，人均综合用水量从不足2 0 0m 3 增加 到4 3 0 m 3 ，国内生产总值( 当年价) 万元用水量为6 1 0 1 0 8 m 3 。生活用水量占总用水量 1 0 5 ，其中城镇生活用水量占5 2 ，农村生活用水量占5 3 ；生产用水量占总用水量 的8 9 5 ，其中工业用水量占2 0 7 ，农业用水占量6 3 ，其他用水量占5 8 。 据上可知，水资源短缺是全球性问题，我国尤为严重，而造成水资源短缺的原因有 第一章绪论 多方面，有自然因素，如资源分布不均匀，也有人为因素，如人口的持续增加，资源管 理和利用不善等。随着世界人口的增长，也给城市增加了负担。城市人口越多，人均用 水量也越大，大量的人口集中在一个有限的区域里，造成水资源的相对不平衡，由于用 水量大，局部地区的水资源不能满足需求，从远处引水的成本高，世界上很多大城市不 得不主要依靠地下水。目前，全世界地下水资源年开采量达5 5 万立方米，地下水的使 用量超过天然补给量，造成地下水位下降，进而引起地面沉降，甚至塌陷2 1 。因此，水 资源短缺是其中一个较为突出和迫切的问题，有限的水资源和人口增长成了一对巨大的 矛盾。 另外，人类对水的伤害也很大，主要体现在污染和水的无计划滥用上，污染使得原 本紧缺的水更加困难，而无计划的滥用使大量的水没有得到充分的利用就流入污水管 道。综上所述，水资源利用量逐年增多，相应排放的废污水量也在逐年增长，但废污水 处理措施却跟不上，目前全国每年形成的生活污水达1 7 0 多亿吨，而对污水的处理能力 却与此不成比例。北京市大约每百万人1 ：3 一座污水处理厂【3 j ，全国人均数百万甚至上千 万人才拥有一座污水处理厂。因此，水污染的治理重点将从主要的江河湖泊及工业污水 处理，转向生活污水处理。 目前，各国政府一直认为，解决人类水资源危机主要有两种途径。一种是：人人节 约用水，计划用水，科学用水。另一种是：实行对水质的监控和水的回用1 4 j 。 1 1 2 国内外水处理系统的发展水平及发展趋势 水处理系统主要包括中水系统、直饮水系统以及雨水回收系统等，下面对这三个系 统国内外的发展情况做如下分析。 1 中水系统及其发展状况 “中水一词源于日本，也称中水道。它主要是指城市污水或生活污水经处理后达 到一定的水质标准，可在一定范围内重复使用的非饮用杂用水，其水质介于上水与下水 之间，是水资源有效利用的一种形式。 建筑中水指建筑物或建筑群的各种排水经处理回用建筑物内的杂用水系统。 中水系统是指中水的净化处理、集水、供水、计量、检测设施以及其他附属设施组 合在一起的结合体，是建筑或建筑小区的功能配套设施之一。 当今世界各国解决缺水问题，中水回用首选为可靠且重复利用的第二水源，再生回 用的途径有几十种，主要是农业灌溉、工业和生活回用及市政杂用、地下水回罐、补充 地表水等。 2 长安大学硕上学位论文 ( 1 ) 国外的应用情况 中水回用在国外已实施很久，回用规模很大，己显示出明显的经济效益。美国是世 界上采用污水再生利用最早的国家之一，1 9 7 9 年美国有3 5 7 个城市回用污水，有污水 回用点5 3 6 项，涉及城市回用、农业回用、娱乐回用、环境回用、工业回用等方面。在 美国的马里兰州的伯利恒钢铁厂每天将4 x1 0 5 m 3 污水回用于生产工艺及冷却系统，回用 水量最高达7 6 1 0 4m 3 d ；加利福尼亚州的唐特拉斯塔污水处理厂，回用水量为1 1 4 1 0 4m 3 d ，送至旧金山南部做工业用水；洛杉矶将2 0 1 0 4m 3 d 的城市污水经三级处理回 用于工业。 以色列是严重缺水国家，不过中水回用工程发展很早，到1 9 8 7 年，全国就有2 1 0 个市政回用工程，1 0 0 生活污水和7 2 的城市污水回用，回用方式有小型社区就地回 用、大中城市的区级回用，可用于农业、工业和饮用水。全部污水的9 0 收集排放、8 0 经过处理，有6 0 6 5 处理后的污水回用。 ( 2 ) 我国中水回用的情况 我国淡水资源很匮乏，排水设施和管理很不完善，但己认识到合理地利用中水资源， 不仅可缓解全球性的供水不足，而且可改善生态环境，实现水资源的可持续发展。近十 多年来，城市中水回用的重点，一直集中在占有较大比重的工业废水上，经过多年努力， 工业废水回用率已达7 0 以上，由于社会经济发展和人们环境意识的不断提高，中水回 用逐渐扩展到缺水城市的许多行业。 随着人们生活水平的提高，生活污水占城市的比率已由过去的3 0 提高到4 0 以 上，部分经济发达城市已接近6 0 ，而目前我国城市污水处理率不足2 0 。今后1 5 年， 我国人口将以每年1 2 0 0 万1 3 0 0 万左右的速度增长，几亿农民从农业生产转向非农业生 产，城市数量在2 0 1 0 年将超过1 0 0 0 座。随着城市数量的增多，城市密度的加大，生活 污水排放量将从1 9 9 2 年的1 8 0 x1 0 8 t 增加到2 0 1 0 年的5 6 0 1 0 8 t 。因而，生活污水的回 用问题已急需解决。 生活污水量大且相对稳定，易于收集，再生成本低，处理技术也比较成熟。尤其是 城市供水水价持续上涨，小区污水经过适当处理后，用于小区绿化、厕所座便器冲洗、 洗车和清洁等很好的社会效益和经济效益1 1 】。 中水回用减少了城市对自然水的需求量，削减了对水环境的污染负荷，减弱了对水 自然循环的干扰，是维护健康水循环不可缺少的措施。在缺水地区和干旱年份再生水的 应用更是解决水荒的有力可行之策，是保护水资源和使水资源“增值 的有效途径。 3 第一章绪论 2 国内外直饮水系统的发展状况 直饮水系统是指在居民小区或公共建筑内设净水站，以自来水为源水，经深度处理、 加工或净化，在原有的自来水系统外，再增设一条独立的优质供水管道，将净化后的优 质水直接输入至各家各户及用水点，供人们饮用。 自来水一直是城市居民饮水的主要来源。随着城市的工业化及经济的发展，自来水 取水水源已严重恶化，以及普遍的市政供水系统因长期使用及老化造成供水的污染，另 外，由于大量新型高层建筑小区的出现，原有市政供水系统水压也不能满足用户需求， 采用二次净水处理必然成为未来高尚住宅区供水发展的趋势。其优点是采用二次净水设 备对被管道污染的市政自来水重新净化，去除旧管道产生的铁、锰等有害离子，并去除 市政自来水在管道和储水池滞留产生的微生物等，实现小区近距离直饮水供水，解决传 统供水系统老化及供水距离过长造成供水质量的下降问题。这也是时代发展的必然趋 势。 在发达国家和城市，直饮水早已进入人们的生活小区。在美国、加拿大，其住宅小 区除了有自来水管道，另外还铺设有直接饮用水的专门管道，其最大特点是通过管道输 送纯净水，供人们饮用所需。在美国、日本等发达国家和地区有8 5 以上家庭选择在厨 房安装直饮机，供人们做饭及饮用。 1 9 9 7 年上海市锦华小区及深圳梅林一村管道直饮水的项目的建设，拉开了管道直饮 水工程的序幕，这个新生事物迄今己生存、发展十年。目前广州、深圳、东莞、西安、 石家庄、沈阳、哈尔滨、包头等城市均有多个分质供水项目，据不完全统计，全国现有 已建成的住宅小区分质供水项目约2 0 0 多个左右，总开通用户达8 1 0 万户左右。全国具 代表性的工程有：深圳梅林一村、大庆油田、北京奥运场馆等。正是这些推动着一个城 市分质供水工程乃至行业发展的旗帜项目，把一个起初不为人知的新生事物变成了城市 住宅建设项目中的品质标杆，也将成为人们健康生活的一种方式。 因此，在绿色生态住宅小区中，专门建设了管道直饮水系统，该系统把自来水经过 深处理后，达到国家规定的饮用净水水质标准，并用独立封闭的循环管网，为住户提供 直接饮用的饮水。直饮水系统于近几年出现，当前呈现出进一步扩大规模的发展趋势。 3 国内外雨水系统的发展状况 近十年来，越来越多的国家关注雨水利用，这个新兴的技术领域，并成立了国际雨 水集流系统协会( i w r a ) 。自联合国在夏威夷召开第一届国际雨水集流利用会议后，迄 今为止，已召开了十届。雨水的利用在发达国家已逐步进入到标准化和产业化的阶段【5 1 。 4 长安大学硕士学位论文 德国长期致力于雨水利用技术研究与开发，汉堡是最早( 1 9 8 8 年) 颁布住宅小区雨水 利用系统资助政策的城市。在2 0 世纪8 0 年代末德国就把雨水的管理与利用列为9 0 年 代污染控制的三大课题之一，修建了大量的雨水池来截留、处理或利用雨水，利用天然 地形地貌及人工设施来渗透雨水。目前已形成了完整的雨水收集、处理、控制和渗透等 技术及配套的法规体系。 日本在1 9 9 2 年颁布了“第二代城市排水总体规划”，要求新建、改建的大型住宅小 区必须设置雨水下渗设施。近年来，各种雨水入渗设施也随之得到快速发展，结合已有 的中水道工程，雨水利用工程也逐步规范化和标准化，如在住宅小区屋顶修建用雨水浇 灌的“空中花园”，设置雨水收集储藏装置与中水道工程共同发挥作用就是日本雨水利 用的特色。日本利用小区雨水作为生活用水的技术己经成熟，正大力实施雨水渗透以补 充地下水1 6 j 。 我国雨水利用的思想具有悠久的历史，但真正意义上的住宅小区雨水研究应用开始 于2 0 世纪8 0 年代末l 。 由于缺水形式严峻，北京住宅小区雨水利用技术研究的步伐较快。北京市政府6 6 号令( 2 0 0 0 年1 2 月1 日) 中明确要求开展住宅小区的雨水利用工程。北京建筑工程学院 和北京市城市节水办公室从1 9 9 8 年开始“北京市城区雨水利用技术研究及雨水渗透扩 大试验”项目研究，2 0 0 1 年4 月通过鉴定，开始在8 个城区以示范工程进行推广应用； 北京市节约用水若干规定中明确要求开展市区的雨水利用工程；在奥运场馆的建设 中将采纳雨水利用技术。北京市小区的雨水利用已进入示范与实践阶段，可望成为我国 生态小区雨水利用技术的龙头【8 】。上海、南京、大连等许多城市相继开展研究与应用。 因此，城市雨水利用具有广阔的发展空间，随着城市化水平和对城市生态环境要求 的提高，我国城市雨水利用技术也将实现标准化和产业化【9 】。 1 2 智能建筑水系统的发展状况 1 2 1 智能建筑的发展状况 智能建筑的概念最早出现在美国，1 9 8 4 年1 月美国康涅狄格州哈特福德市建成了世 界上第一座智能大厦叫时p l a c eb u i l d i n g 。该大楼采用计算机技术对楼内的空调、供 水、防盗、防火及供配电系统等进行自动化综合管理，并为大楼的用户提供语音、数据 等各类信息的服务，使用户真正感到舒适、方便和安全、随后日本、欧洲、新加坡等国 家的智能建筑相继发展。我国的智能建筑的建设起始于2 0 世纪9 0 年代初，随着国民经 济发展和科学技术进步，人们对建筑物的功能要求也越来越高，尤其是随着国民经济信 5 第一章绪论 息化的发展和互联网技术的应用，社会经济的各个环节都受益于信息网络。智能建筑作 为信息高速公路上的一个节点，日益受到人们的关注，并在我国快速发展【l 。 我国2 0 0 7 年7 月正式智能建筑设计标准( g b t 5 0 3 1 4 2 0 0 6 ) ，对智能建筑的定 义是：智能建筑是以建筑物为平台，兼备信息设施系统、信息化应用系统、建筑设备管 理系统、公共安全系统等，集结构、系统、服务、管理及其优化组合为一体，向人们提 供安全、高效、便捷、节能、环保、健康的建筑环境【1 l j 。 为了实现智能建筑安全、高效、节能、环保、健康的目标，智能建筑需要具有一定 的建筑环境，并设置相应的智能化系统。其建筑环境一方面要适应2 1 世纪绿色和环保 的时代主题，以绿色、环保、健康和节能为目标，实现人与自然和谐的可持续发展；另 一方面还要满足智能建筑特殊功能的要求，适应智能建筑动态发展的特点。因而只能建 筑的发展方向是将智能化技术与绿色建筑及生态建筑技术相结合，节能降耗、开发可再 生能源利用和水资源的利用。本文研究的智能建筑水环境系统，其中包括给水系统、排 水系统、中水系统、直饮水系统、雨水系统等。 1 2 2 智能建筑水系统的发展水平及趋势 随着我国加快建设节约型社会，在生产、建设、流通、消费各领域节约资源，提高 资源利用效率，节能环保成为各项工作首要考虑的问题。我国城市建设中，智能建筑、 智能住宅小区的建设如火如荼地进行，如何推动公共建筑、生活小区、住宅节水和中水 回用设施建设、推进污水处理、雨水收集、直饮水处理及再生利用变得非常重要。 “智能建筑”是一个动态的概念，随着相关技术的发展，其内涵在不断扩大，不断 用人的智慧增强功能的建筑，才能称之为智能建筑。智能建筑增加中水处理回用功能， 在用水相同的情况下，即可节水，又可减少污染，保护环境；智能建筑增加直饮水处理 系统，在保证人们身体健康下，也减少了自来水的二次污染；智能建筑雨水的收集及利 用，也能节水，减少污染，保护环境。智能建筑中水处理回用设施、直饮水处理设施及 雨水处理设施自动化系统，将成为楼宇设备自动化b a s 中的一部分f l 引。 目前，国内外专家研制了多种水处理设备，也都取得了一定的节水效果，但是，这 些系统都是一个独立的监测和控制系统，与建筑内其它的系统没有什么联系，难以统一 管理，如果我们将其监控纳入建筑设备监控系统之中，并通过建筑设备监控系统将其集 成至一个智能建筑管理平台上，进行统一的管理和监测，不但方便管理，而且节省很多 的人力和物力。 基于网络的监控系统是计算机技术与通信技术相结合的产物，它已成为计算机应用 6 长安大学硕t 学位论文 的一个重要领域。利用计算机网络可实现资源共享，数据传输，对测控对象实行集中监 控时具有方便，可靠，数据传输方式灵活等特点。系统监控的上位机可采用p c 机。下 位机用p l c 或d d c 对现场数据进行采集和控制【l3 1 。下位机系统将数据传送到上位机。 上位机负责对监测数据进行统计，预测和控制，然后将数据通过网络上传到建筑设备管 理中心实行集中管理。这种形式的监控系统具有传输数据形式灵活，控制方式多等特点， 故本文采用此种监控系统，来控制智能建筑中的水系统，并且把目前独立的水系统纳入 建筑设备监控系统中，这是现在及将来的一个发展趋势。 1 3 课题研究的目的及意义 针对水处理回用的广泛应用，出现了各种不同的水处理控制系统。目前，国内外的 水处理控制系统采用的均为大型水处理工厂的模式，他们一个共同的特点是占用面积 大，设备投资高，如美国l a k e w o o d 公司、台湾漳化公司生产的都为此类模式的水处 理系统。我国目前也采用此类模式，但我国的国情是区域分散、人口众多，用水点不集 中，因此我国在采用这种的水处理的模式的同时在智能建筑或智能化小区中，一其现污水 处理就地化、小区化，并将对水处理系统的监控纳入到建筑设备管理系统中，这就是本 文研究的目的，也是智能建筑发展的一个新的方向。 一般的智能建筑里只有给排水监控系统，通过对给排水系统监控，保证其可靠、节 能运行，满足人们的基本生活用水和排水，而本文在传统的智能化系统上增加中水、雨 水及直饮水监控系统，既可缓解当前水资源的紧缺，又丰富了智能建筑里智能化系统的 结构，具有重大社会效益和经济效益。对社会而言，可缓解城市生活供水的紧张，污水 回用又可以减轻市政下水系统的负担。对用户而言，将污水处理成生活杂用水，就近回 用，输送距离短，水量有保证，并且减少了供水和排污的费用。开辟再生污水水源，投 资及管理费是低于开发其它水源的。另外，直饮水的处理是人们对生活水平提高的一种 要求，特别是在经济快速发展的今天，维护自己的健康生活也是人们所希望的，所以增 加中水回用和直饮水处理是有很大意义的。另外，对小区的雨水也进行收集、处理及利 用，并且，把它们融入到建筑设备监控系统中，再集成到建筑设备综合管理系统中进行 集中管理，这是本文研究水处理系统的目的所在。 本文主要是研究智能建筑水处理系统，重点研究采用直接数字控制器进行监测与控 制给排水监控系统、中水监控系统、直饮水监控系统及雨水监控系统，并研究将它们与 智能建筑内其它的智能化系统集成到一个统一的平台，不仅能统一的管理，而且能信息 共享，更加有利于智能建筑内各个智能化子系统的统一规划、协调控制和集中管理，因 7 第一章绪论 此，本文研究的水环境水处理系统对智能建筑的发展具有很大的意义。 1 4 本章小结 本章首先介绍了目前国内水资源的状况，以及水处理系统发展趋势，并对中水回用 技术、雨水收集利用和直饮水的处理进行了简单的介绍，然后分析了智能建筑水系统的 发展，重点介绍了智能建筑里增加中水系统、雨水系统和直饮水系统在节水减排，保护 人们健康方向的积极作用，同时也丰富了智能建筑里智能化结构。最后说明了本文研究 的目的和意义。 8 长安人学硕j 二学位论文 第二章建筑水环境系统 2 1 建筑水环境系统的分析 建筑水环境系统主要包括给水子系统、排水子系统、中水子系统、直饮水子系统、 雨水子系统等，其中给排水子系统在建筑中已经很成熟，所以本章重点分析中水子系统、 直饮水子系统及雨水子系统在建筑中的应用。 中水处理系统主要包括污水的收集系统、污水处理系统、输配水系统和监测系统等。 污水处理系统是污水回用的关键，中水能否回用主要取决于水质是否达到相应的回用水 水质标准。回用水水质首先要满足卫生要求。主要指标有细菌总数、大肠杆菌群数、余 氯量、悬浮物、生物化学需氧量、化学需氧量；其次满足感官要求，其衡量指标有色度、 浊度、臭、味等；另外要求水质不会引起设备管道的严重腐蚀和结垢，主要指标有p h 值、浊度、溶解性物质和蒸发残渣等。 中水处理系统的水体来源主要是指城市污水，它是生活污水、工业废水、被污染的 雨水和排入城市排水管道的其他污染水的统称。生活污水是人类在日常生活中使用过 的，并为生活废料所污染的水。工业废水是在工矿企业生产活动中用过的水，工业废水 可分为生产污水和生产废水两类。生产污水是指在生产过程中所形成i 并被生产原料、 半成品或成品等废料所污染，此类污染只要由市政中水系统进行处理。生产废水是指在 生产过程中形成，但未直接参与生产工艺，未被生产原料，半成品或成品污染或只是温 度稍有上升的水。被污染的雨水，主要是指初期雨水，由于冲刷了地表上各种污物，所 以污染程度很高，必须由市政中水系统进行处理。城市污水、生活污水、生产污水或经 工业企业局部处理后的生产污水，往往都排入城市排水系统，故把生活污水和生产污水 的混合污水叫做城市污水。以建筑小区的污水为水源就构成了建筑中水系统。建筑中水 系统能做到就地回收、处理与利用，其管道短，投资小，较易建设，所以目前已经被接 受并被广泛的应用。 自来水的主要来源一直是城市居民饮用水。随着城市的经济及工业化的发展，自来 水取水水源已经严重的恶化；城市输水管网的二次污染也越来越严重。与此同时，人民 群众的健康意识也在不断的提高，人们对生活饮用水质量的要求也越来越高。在目前我 国的国情和经济状况下，对现有的供水设备、管网和制水工艺作全面的改造还是很不现 实，生活环境在今后数年内也不可能得到明显的改善。在这种条件下，建筑直饮水系统 便成为解决污染、提高生活饮用水水质的有效手段。建筑直饮水系统是以自来水或符合 9 第二章建筑水环境系统 生活饮用水的水源水质标准的水为原水，经深度净化后通过固定管道输送、供给用户直 接饮用的净水，直饮水处理系统于近几年出现，当前呈现出进一步扩大规模的发展趋势。 随着城市绿地系统的不断完善，城市绿地系统的用水需求也逐步扩大。目前中国绿 地系统用水主要是高标准的饮用水，将高标准的饮用水( 即自来水) 用于绿地系统灌溉， 这对于中国这样一个水资源缺乏的国家来说是一种浪费1 1 4 】。因此，采取雨水资源化的应 用，雨水资源化利用的研究与实践已逐渐成为缓解水资源紧缺的种重要途径之一。 下面分别介绍这三个子系统。 2 2 建筑中水回用系统 2 2 1 建筑中水水源与回用 建筑中水回用系统是指单体建筑、局部建筑群或小规模区域性的建筑小区各种排水 经适当处理，循环回用于原建筑作为杂用的供水系统。中水水源的选择应根据排水的水 质、水量和排水状况以及中水回用的要求来确定，应该首先选择那些水质充裕、供应稳 定、水质处理难度小、污染物浓度低、使用安全，且居民容易接受的排水作为中水水源。 通常按淋浴排水、盟洗排水、空调循环冷却系统排水、冷凝冷却水、游泳池排水、洗衣 排水、厨房排水、屋面雨水、锅炉房废水的顺序来加以选择。中水水源的排水状况及可 供选择的类型如表2 1 所示。 含有多种病菌病毒或其他有毒有害物质的排水严禁作为中水水源。中水系统的水源 多为几种组合，在国内外己建的中水设施中，以优质杂排水作为中水水源者占多数。所 谓优质杂排水是指污染程度低的排水，包括淋浴、盥洗、空调循环冷却系统、冷凝冷却 水、游泳池、洗衣等多种排水。几种中水水源污染物浓度如表2 2 所示，其中b o d 5 为 生化需氧量，c o d 盯为化学需氧量，s s 为悬浮固体。 回用水作为“第二次水源”有许多用途，可以用来冲洗厕所，冲洗车辆，喷洒道路； 可以作为消防用水、景观环境用水、空调系统补水、绿化用水、建筑施工用水等方面。 回用水的用途如表2 3 所示。表中给出的数据是日本东京都回水系统使用的数据，从这 组数据中可以看出回用水的大体使用方向。 中水原水经处理后，其水质应满足以下三个基本要求： ( 1 ) 卫生上安全可靠，没有有害物质； ( 2 ) 外观上没有不快的感觉； ( 3 ) 不对设备、管道等造成危害。 其中，有害物质的衡量指标有：大肠菌群数、细菌总数、余氯量、悬浮物量、生化 1 0 长安人学硕士学位论文 需氧量、化学需氧量等；外观上的衡量标准有：浊度、色度、臭气、表面活化剂、油脂 等；保护设备、管道，分别在p h 值、硬度、蒸发残留物、溶解性物质等方面达到一定 的标准【2 1 。 表2 1 建筑中水水源类型与水质状况 顺序水源类型水质状况 住宅卫生间或公共浴室中，盆浴和淋浴排放的废水，其有机物浓 1 淋浴排水 度、悬浮物浓度均较低，但皂液的含量较高 住宅洗手盆、洗脸盆和盥洗池排放的废水，其水质与淋浴排水相 2盥洗排水 似，但悬浮物浓度较高 空调循环 3 空调循环冷却系统所排的污水，污染较轻 系统排水 空调制冷系统中冷凝器的冷却水，其水温较高，基本上朱受有机 4 冷凝冷却水 物的污染，只是受冷却蒸发的影响，溶解性盐类浓缩后浓度增大 游泳池所排的污水和温流水，过滤器的冲洗排水等，其有机物和 5 游泳池排水 悬浮物的污染均较小 住宅洗衣、宾馆洗衣房所排放的废水，其水质与盥洗排水相似， 6 洗衣排水 但洗涤剂含量较高 住宅、食堂、餐厅、酒店内厨房排放的污水，其有机物浓度、浊 7厨房排水 度、油脂含量较高，悬浮物浓度也较高 各类建筑物屋面集流的雨水，水质浑浊、色度大，其污染物主要 8 屋面雨水来自屋面的沉积物和屋面材料本身的溶解物质以及降水本身带来的 污染 各种锅炉所排出的废水，其水温较高，一般情况下，污染较轻， 9 锅炉房废水 有时溶解性盐类浓缩后浓度较大 第二章建筑水环境系统 表2 2 各类建筑物几种中水水源污染物浓度( m g l ) 建筑类别 水源类型 b o d 5c o d 嚅 s s 淋浴排水 5 0 6 01 2 0 1 3 54 0 6 0 盥洗排水 6 0 7 09 0 1 2 01 0 0 - 1 5 0 住宅建筑洗农排水2 2 0 2 5 03 1 0 3 9 0 6 0 7 0 厨房排水5 0 0 6 5 09 0 0 1 2 0 0 2 2 0 2 8 0 综合排水2 3 0 3 0 04 5 5 6 0 0 1 5 5 1 8 0 淋浴排水 4 0 5 01 0 0 1 1 03 0 5 0 盥洗排水 5 0 6 08 0 , - 一1 0 08 0 1 0 0 宾馆、酒店建筑洗衣排水 1 8 0 2 2 02 7 0 3 3 0 5 0 6 0 厨房排水 4 0 0 5 5 08 0 0 1 1 0 01 8 0 2 2 0 综合排水 1 4 0 - - 1 7 52 9 5 3 8 09 5 1 2 0 盥洗排水9 0 - - - 1 1 0 1 0 0 1 4 0 9 0 - - 1 1 0 办公建筑 综合排水1 9 5 2 6 02 6 0 3 4 01 9 5 2 6 0 厨房排水 5 0 0 6 0 09 0 0 1 1 0 0 2 5 0 2 8 0 餐饮业、营业餐厅 综合排水1 9 0 5 9 0 8 9 0 1 0 7 5 2 5 5 2 8 5 淋浴排水4 5 5 51 1 0 - - 1 2 03 5 5 5 公共浴室 综合排水5 0 6 51 1 5 1 3 54 0 6 5 表2 3 回用水的用途 用水项目使用说明使用比例( ) 冲洗厕所用于厕所卫生洁具的冲洗9 0 6 补水作为空调系统冷却水的补水 3 0 冲洗车辆 各种车辆清洁冲洗用水 1 2 喷洒道路对道路进行冲洗和喷洒1 2 消防用水 指消火栓、消防火炮用水 2 4 小区或住宅绿化用水；观赏性喷泉水池用水； 景观与绿化 0 7 景观河道、景观湖泊用水 建筑施工施工现场清扫、浇洒、混凝土制备与养护 0 9 1 2 长安大学硕士学位论文 2 2 2 中水回用系统的组成 中水回用系统通常由三部分组成，即中水原水系统、中水供水系统和中水处理系统。 中水原水系统是收集、输送中水原水到水处理系统的管道系统和附属构建物；中水供水 系统是收集、输送中水到中水到中水用水设备的管道系统及附属构建物；中水处理系统 是把中水原水处理成为符合回用水水质标准的设备和装置【】5 】。 1 中水原水系统 生活排水分为生活废水和生活污水两类，生活废水主要是指污染程度比较高的生活 用水( 如冲厕废水、厨房废水等) ；而生活污水是指人们用过的生活排水，比生活废水 的污染程度要低( 如洗涤用水、淋浴用水等) 。以建筑、住宅和小区的生活排水作为中 水水源的原水系统，按生活废水和生活污水是否合在一套集流管内，而划分为合流式中 水原水系统和分流式中水原水系统，后者采用两套管道分别集流。 合流式系统管道分置简单、水量充足稳定，但原水水质差，中水处理工艺复杂，容 易对周围环境造成污染，有时用户不愿接受这种处理后的中水，可以用来绿化。 分流式系统原水水质较好，处理成本较低，用户易于接受，但由于增加了一套分流 排水管道，在建筑物内部占用的空间也较大，需要增加管道的投资费用，设计、安装也 比较复杂。分流式系统通常适用于集中盥洗设备的办公楼、教学楼、招待所、集体宿舍、 公共浴室、洗衣房、大型宾馆、饭店等，适用于有洗浴设备并且和厕所分开布置的住宅、 别墅等，这些建筑易于做到立管分流。 中水原水系统一般由建筑内部原水集流管道、小区原水集流管道、建筑内部通气管 道、清通设备、计量设备等组成。有的原水系统还设有原水提升泵和有压集流管道。中 水原水系统的组成如图2 1 所示。 至中水处理站 图2 1中水原水系统的组成 原水系统管道：用于汇集生活排水，为处理系统提供原水。建筑内部集流管道包括 器具集水管、集流横支管、集流立管、集流干管、出水管；小区集流管道包括小区接户 管、集流支管、集流干管。集流管道的管材主要有铸铁管、塑料管、混凝土管等。 1 3 第二章建筑水环境系统 建筑内部通气管道：建筑内部原水集流管道有水也有气，存在水气两相流的现象， 为了能够顺畅地将污水集流到室外，保障建筑物内部良好的卫生环境，把有毒有害气体 排出室外，增大集流管道的过水能力，要求设置通气管道；该管道还可引进新鲜空气， 防止管道腐蚀，减少集流时的管道噪声。 清通设备：供疏通污废水集流管道，保障集水畅通而设置的清扫口、检查口、检查 井等。 计量设备：计量原水瞬时流量、累计流量等。 提升泵及压力管：用于对汇集的原水进行加压提升。当集流管网的重力流管段不能 自流到住宅小区中水处理站时，需设置泵站提升；泵站至水处理设施间的集流污水管需 设计为压力管道。 2 中水供水系统 中水供水系统的功能是把处理合格的中水从小区的中水处理站送到各处的用水点， 并满足用水点对水压、水量、水质的要求。中水供水系统通常分生活杂用供水系统和消 防供水系统两类。在给水方式上有直接给水和加压给水等多种方式。 ( 1 ) 生活杂用中水供水系统 生活杂用中水供水系统为住宅建筑、大型公共建筑和住宅小区冲洗厕所、冲洗车辆、 浇洒道路、浇花浇树提供所需的用水。系统通常由小区和建筑内部供水管道、各类阀门、 计量仪表、增压和储水设备等部分组成，如图2 2 所示。 图2 2 生活杂用中水供水系统 在图2 2 中，小区中水供水管道用以连接小区中水处理站和各用户中水接户管，保 证小区各方面所需的中水。它由小区中水干管、小区中水支管和小区中水接户管组成。 在管道系统中还装有各类阀门。由于中水含有余氯和多种盐类，易产生生物和电化学腐 蚀，因此中水管道不能采用非镀锌的钢管，应选用耐腐承压的塑料管、复合管或玻璃钢 管。 建筑物内中水供水管道连接建筑物内中水用水设备与中水接户管之间的管道，保证 室内冲厕和清扫所需的中水，建筑物内的中水供水管道包括中水干管、中水立管和中水