资源目录
压缩包内文档预览：(预览前20页/共26页)
编号：6099445
类型：共享资源
大小：2.26MB
格式：RAR
上传时间：2017-11-16
上传人：闰***
认证信息
个人认证
冯**（实名认证）
河南
IP属地：河南
13
积分
- 关 键 词：
-
持续性
融入
建筑
排水系统
设计
- 资源描述：
-
将可持续性融入建筑给排水系统设计中,持续性,融入,建筑,排水系统,设计
- 内容简介：
-
将可持续性融入建筑给排水系统设计中L.B. Jack*, J.A. Swaffield苏格兰爱丁堡 Heriot-Watt 大学建筑环境学院 EH14 4AS，英国文章历史：2009 年 4 月 3 日在线提供关键词：水 引流 房屋 数值模拟 可持续发展摘要在解决建筑环境的可持续性问题时，重点往往是为了最大限度地减少能源消耗和材料使用。然而，经常被遗忘的是，在设计建筑物的水和废物管理系统时，可持续性解决方案的整合潜力。这样的系统的基本功能已经被清楚地认识到，但是传统的设计原则常常限制了提高性能的机会以及水和管道经济。在某种程度上，这并不令人惊讶，因为基本前提是对流量进行稳态分析是全世界使用的许多守则和指导方针的基础。但是，仿真方法的进步意味着，现在可以充分评估使用新技术和融合创新和更可持续设计方法所产生的系统性能。本文概述了通过赫瑞瓦特大学开发的一套数值模拟模型对建筑物的供排水系统进行了评估。这些模型通过应用特征有限差分技术，使用适当形式的圣维南方程，精确地预测了这种系统内的压力和流动状态。本文提供了三个不同的应用实例，每个实例的重点在于将可持续性嵌入到设计中。1.介绍在为建筑物提供供水和废物管理系统时，保证性能是至关重要的。主要职能包括：提供饮用水和基本卫生所需的饮用水;清除被废物污染的水;以及在排水管和污水管中存在的潜在有害瘴气与可居住空间之间提供物理屏障。任何冲击的雨水以及任何产生的废水都可以使建筑物得到最好的利用，这也是非常重要的，从而减少不必要的浪费，并限制下水道和排水网络收集系统的负荷。可持续发展应通过限制供水和消费以及通过减少材料使用，成本和环境影响来支持这些方面的设计理论。因此，建筑给水排水系统为可持续性解决方案的整合提供了许多机会，但是这些方案必须在不影响性能的前提下进行，因此必须充分理解系统在使用过程中的反应。水和废水系统的设计通常采用的方法是基于稳态原理的应用，以确定例如流量负荷或压力响应。虽然这样的方法以某种确定性的方式方便了系统规范化，但很少有机会评估系统的时间依赖性响应，可以轻松通知关键设计决策的信息。因此，下面的文字将说明如何理解系统的动态响应以及赫瑞瓦特一系列数值模拟模型的发展，从而促进建筑物给排水的有效和高效的设计和分析从而能够综合评估整合创新和可持续设计解决方案的潜力。值得指出的是，在本文中，“供水”一词将在建筑物内用水的情况下提出，间接地决定了大型网络的供水。Heriot-Watt 开发的每个组件模型都是利用特征方法技术。这种技术在 1900 年被 Massau 首先用于分析明渠流量，然后由 Lamoen 在 1947 年分析水锤，并将 St. Venant 连续性和动量方程的适当形式转化为一对总的差分方程可用有限差分法解决。这些方程被称为 C 和 C 特征，并且根据相邻上游和下游节点处的当前条件来定义未来一个时间步的节点处的条件。有限差分网格是利用独立变量距离 x 和时间 t 来定义的，它与因变量相联系， u 和 c-空气流体速度和传播波速度，u 和 h- 自由地表水的流体速度和深度。在系统边界上，将需要附加的方程来完成有限差分解。因此，在这些地点定义方程式，并酌情提供关于静态或动态行为的信息。这些边界条件方程的理论和经验定义已经成为赫瑞瓦特过去和现在研究的重点，并且促进了本文所提到的三个组件模型 - DRAINET，AIRNET 和 ROOFNET 的发展。这三个都是基于所描述的特征方法技术，并且已经成功地用于增强相关系统的设计方法。DRAINET 处理部分填充（即自由表面）管道流的瞬态分析，主要处理内部建筑物排水系统的性能。其应用最近已经扩展到包括局部外部排水系统，其中流态可能仍然以波衰减为特征。AIRNET 通过预测影响水基设备疏水阀密封完整性的压力和气流来检查排水通风系统的瞬态响应，而 ROOFNET 则评估常规和虹吸式雨水排水系统在建筑物中的性能。可以理解的是，在某种程度上，ROOFNET 和 DRAINET 可以共同操作以促进从屋顶表面到局部排水系统的雨水输送的预测。本文将通过举例说明如何使用这些模型组件来将可持续性整合和嵌入到建筑给排水系统的设计中。2.饮用水的使用和减少水的影响冲洗量可持续性的定义可能而且往往确实取决于所处的环境。对许多发达国家而言，可持续性的重点是减少或优化能源或材料的使用，而在其他地区，可持续性则更多的是关于稳定提供基本需求。在后一种情况下，反对联合国的千年发展目标，联合国水和卫生工作组的一个主要目标是在2015 年之前将“无法持续获得安全饮用水的人口比例减半”卫生“1。因此，在许多国家，建筑物的饮用水供应中很大一部分用于 w.c.潮红。与任何减少相关的直接成本节约仅仅由处理过程产生的冲洗量显然是显着的，而当供水系统和排水系统的管道尺寸减小所带来的间接节省时，则会进一步增加。建议引入任何重大的减少 w.c.冲洗量通常会受到关注，从卫生设备中清除废物和其他产品的效率以及通过相关排水网络的运输效率。在英国，早在 1900 年左右，冲洗量就达到了 40 升，但是在大幅减少到 9.1 升（2 加仑）之后，再花费数十年的时间才进一步大幅度减少。根据 2001年实施的法规2规定，安装时，最大冲水量为 6 升，冲水量减少量不超过最大值的三分之二，因此目标是生活水的三分之一以上似乎不成比例目前用于 wc 的供应冲洗3 。假设任何废物产品是有机废物或符合公认的冲洗标准，则重点转移到将废物输送到下游排水管或下水道的管道的性能。服务于卫生设备的管道中的流动状态本质上是不稳定的，并且在赫瑞瓦特（Heriot-Watt）和其他地方已经进行了大量的工作，目的是预测设计变化和 /或水消耗量变化对排水管携带不连续的固体。能够预测固体沉积的位置，并能够采取预防措施，显然避免了堵塞的倾向。下面的文字提供了一个简单的例子，说明当受到变量 w.c.时，管道的性能如何。排放量，可以使用 DRAINET 进行评估。在这种情况下，图 1 所示的连接到管 2 的器具的排出量在 9,6,4.5 和 3升之间变化。所选择的四个冲洗量中的每一个都使用图 1 中所示类型的轮廓来表示。在该例子中，固体离开器具的时间适当地变化，以确保在所有情况下，这在点之前在那里发生峰值流量放电。这是重要的，因为众所周知的是，除了排放曲线，固体参数和管道斜率，直径，粗糙度和“基础”流量之外，相对于总体冲洗持续时间的固体排放时间（即由此限定“尾部体积）对排水管的携带有重要的影响（早期的固体清除确保了更大的行驶距离）4。在这个模拟中，第二个 w.c.冲洗量为 3 升，下游 5 米处连接，但最初没有运行。所有的下游管道被指定为 100 毫米直径，设定在 100 的斜率。通过使用 DRAINET，可以模拟 w.c 的排放流的自由表面衰减。以及将发生离散固体沉积的位置。这需要包括预定义的边界条件方程，该边界条件方程将流动深度，流动速率和/或时间联系起来，并且确定物理系统的部件的位置处的条件，例如管道连接和液压跳跃。定义任何离散固体位置的流动条件的方程也需要有助于模拟（单个和多个）固体沉积。图 2 示出了对于 9 和 6l 的冲洗体积，固体的沉积点如何超出网络模型，即超过 9m，从而表明固体已经成功地被传送到合适的下游连接。冲洗量为 4.5 和 3 升，行程距离为 7.9 米和 5.9 米，因此在两种情况下都表示在管道 3 中的沉积物。这种情况通常被认为是通过增加冲洗量来补救系统故障，然而，通过将管道直径调节到 75mm，可以显示（图 2），排水管线可以延伸到超过9 米和 7.8 米（分别为 4.5 和 3 升）。可以理解的是，对于位于距离器具 9 米的下游连接点来说，从运输方面来看，从 3l 平齐的排放仍然不足。然而，通过在 30s（模拟）时间内模拟管道 1 的随后的 3l 冲洗（例如从邻近的房屋或房间排出），流动条件可以延长该固体的移动距离超出了最低要求。图 1. w.c. 水平轮廓和示意图显示双管连接图 2.由 DRAINET 预测的固体沉积的比较，由 w.c. 随着耗水量的增加而排放。这个例子说明了冲洗量的减少不需要伴随着网络排水管运行性能的降低。在这种情况下，主要通过减小管道直径来促进输送。类似的改进可以通过调整管道坡度或通过评估组合的或顺序的排放流量来实现。可以理解的是，尽管这里给出的例子是基于仅使用三根管子的，但是 DRAINET 显然能够模拟代表典型建筑物或小建筑群的任意数量的管道，因此可以容易地提供在实施节约用水政策或追求供排水系统设计的可持续性方面是最好的方法。3.保持可居住空间和排水管道之间的物理分隔应该理解，来自排出装置的任何不稳定的流动将自然地在管网内产生压力变化。当竖直管受到形成水环的排放流并且从系统通风口位置夹带相关的气流时，情况尤其如此。排水管网内的任何压力变化都会明显影响系统的整体响应，但最初压力波动的瞬时特性会引起潜水器密封水的消耗。典型地，水基疏水阀密封提供了适用于建筑物的管道系统中的可居住空间和 mi 气之间的物理屏障，并为下水道系统提供管道，因此重要的是任何压力变化都可能代替该水，从而危及屏障的完整性被最小化了。当来自一个或多个设备的排放流量发生较快变化时，通常在排水和通风管道内产生气压瞬变。图 3 说明了垂直或“烟囱”管道内环空的形成是如何引起的，尽管“无滑移”的原理是在大多数情况下从上层烟道底层抽取的气流。图 3 还显示了给定点的排放流量的变化如何通过空气压力的变化通过系统来传递，以及当通过上部堆垛端部提供通风时如何导致在所有连接的陷阱遇到“途中”的压力。Heriot-Watt 开发的数值模型 AIRNET 类似地使用特征方法技术来促进对整个系统压力和气流响应的预测。边界条件再次需要定义以便进行系统仿真，而赫瑞瓦特所做工作的一个重要组成部分集中在表征合适的理论和经验导出的描述性算法，这两种描述性算法代表了系统的驱动因素和组件5。该模型还包括图 4 所示的水 - 气界面模拟的先进方法，通过对无量纲速度差分项的积分，将模型从“单流量”模拟的约束中释放出来，以便分析多分支入口流量6。作为输入数据的系统规格的灵活性，再加上设备排放模式，从而允许预测瞬态气流和压力，以及封闭保持水平，从而为响应变化评估系统性能提供了重要的一步。倡导追求可持续发展。节约用水显然可以影响排水管道内的水流状况。通常，流量减少的效果的特征在于堆内的最终水流速度的总体降低，因此导致了空气夹带和系统压力的相应降低。然而，可以理解的是，减小体积的器具放电曲线仍然显着地依赖于时间，因此必须继续评估瞬时压力的影响，以确保陷阱密封完整性。图 3.堆积管中的环形流，其中排放流量的变化导致空气压力瞬变，由上部堆叠终端提供释放。图 4.控制设备如何提供有效通风的图示。模拟模型准确地预测系统压力的能力不仅通过使用低冲洗无线通信技术引入了显着降低水消耗的潜力，而且还提供了产生管道经济的设计方案的集成。管道成本降低的好处是显而易见的，当安装，维护和空间成本以及环境影响因素都被考虑在内时，这些成本得到进一步提高。对排水通风系统历史发展的简要回顾显示，在过去的一个世纪中，英国和欧洲的系统是如何从过于繁琐的双管道系统（包括四个垂直管道）通过单管道系统（有两条垂直管道），对于高达30 层左右的建筑物来说，单层系统（只有一条垂直下降管道）。在世界上的一些地区，由于主要关注产生过度压力偏移的可能性，所以避免了使用单堆叠系统，然而，能够理解本质上不稳定的流动条件的起源和本质表征这样的系统应该减轻这样的顾虑。使用数值模拟技术，不仅可以显示出单个堆栈可行，性能良好并且减少了对管道的需求，AIRNET 还有助于在预定义的条件下评估整个系统的性能和/或安装创新和可持续的设计解决方案。以下文字说明了 AIRNET 已被用于提高系统操作知识的三种情况。表 1 列出了 2003 年在香港淘大花园发生的 SARS 病毒传播所使用的 AIRNET 输入参数。在详细介绍爆发事件时，SARS 专家委员会报告了已经允许变干的水基疏水阀，因此引入了公寓的可居住空间和排水管道之间的联系7。活动结束后，AIRNET 被用来强调系统压力的正常变化，以及浴室换气扇（如淘大花园）引起的压力变化可能导致大量的空气流动，也许更重要的是混入潜在的污染空气，当一个或更多的建筑物陷阱海豹已经妥协8。表格 1用于模拟淘大花园（香港）排水系统的 AIRNET 输入参数系统类型 来自 w.c.的主栈和通风口管直径 100 毫米直径. 堆叠.直径 100 毫米. 通风楼层数 33通风 打开屋顶终端（堆栈和通风口）每层干阱 淋浴，水槽，地漏（浴室）干阱连接 w.c. 直接到主栈，地漏，淋浴，水槽 - 结合（浴室） 排放到堆栈干阱密封完整性 地漏（仅限）干燥应用环境条件 浴室负压（中等水平）由于抽风机适用流量条件 正常排放（中等高度）和附加活动（基准）避免需要穿透屋顶结构以容纳上部烟囱端部的好处是清楚的，并且有时通过使用进气阀（AAV）已经部分地实现了。这些阀门通过允许空气通过整体膜片进入网络来响应负压，而当它们受到正压时，它们关闭以防止恶臭和 mi 气的释放。使用 AIRNET 可以很容易地看到，在整个网络中分配 AAV（现在国家代码允许的情况下的正常做法） - 除了或者代替位于上部堆叠位置的AAV，可以提供更有效的负面通过拦截接近其原点的瞬变来缓解压力。这样就避免了图 3 所示的问题，当瞬变在整个网络中传播到更远的通风口位置时，潜在的密封圈完整性可能会丧失。对于正压力发生显着变化的系统，例如通过排放到收集罐或网络设计导致超额排放，Heriot-watt正在进行的研究与行业合作伙伴共同促进了开发的正气压衰减器（PAPA）。使用一个灵活的，容量可变的安全壳，其主要目的是降低因浪涌事件而产生的气流变化率，PAPA 为建筑物提供正面的电涌保护，因此可以进一步避免不必要的昂贵的通风管道，图 4。图 4 清楚地显示了 PAPA 如何能够容易地与进气阀结合使用以提供正压系统压力和负压系统的压力，从而保持水基捕集器密封的完整性，而不需要增加额外的通风管道。图 5 展示了如何将这一原理应用于更复杂的“密封”建筑物，即多个连接的集合，不需要屋顶穿透。例如在安全问题或建筑物的建筑设计受到突出管道的视觉影响的不利影响的情况下，可采用这种方法。使用AIRNET 作为设计分析工具，可以看出，对 AAV 进行适当的定位可以减轻负压（从安全的内部空间抽取空气，从而保护系统的密封），并且包含 PAPA 设备再加上通过交叉连接提供的多样性，可以减弱和减轻正压9。4.屋顶和“小规模”的局部排水在雨水输送和使用的范围内，赫瑞瓦特开展了大量的工作，导致了数值模拟模型 ROOFNET 的发展。该模型使用与上述类似的建模原理，并且能够评估常规（即重力驱动）和虹吸屋顶排水系统的性能。虹吸系统与常规系统的不同之处在于，当沟槽深度足够高时，通过使用挡板在排水沟和排水管出口之间建立虹吸作用。它们的流量较高，在高强度降雨事件中运行特别好。美学上，虹吸系统通常是首选，因为它们减少了特定建筑物所需的落水管的总数。系统启动是建立排水屋面所需的虹吸作用的关键。 Heriot-Watt 所进行的大部分研究都集中在适当的边界条件方程的理论和经验定义上，这些方程代表了这种过渡流态10。图 5.“密封”建筑物排水系统的 4 层叠加示例（没有提供本地通风口）。ROOFNET 模型还能够模拟来自“绿色”屋顶和可渗透固体结构的流动，并且可以与小型排水管道的 DRAINET 模型一起使用，其中自由表面衰减主导流动状况。可以理解的是，这些部件模型一起允许从降落到建筑物屋顶或本地表面的点到沟渠连接点和主要下水道的时间相关的降雨流量的检查。以一个屋顶面积为 1500 平方米的建筑物由八个雨水管道服务，并被 2000 平方米的透水和不透水地区等面积包围的情况为例，可以同时使用 ROOFNET 和 DRAINET 来评估重下游管道的降雨事件。 ROOFNET 可用于确定落水管外流和透水和不透水区域的流出。这又产生了 DRAINET 的流量输入数据。作为一个例子，图 6 显示了来自可渗透区域的径流，并说明了在高强度降雨事件（假设为 100 毫米/ 小时）期间，由于渗透发生在 9 和 73 秒之间有限的流量过了这段时间，相邻的排水沟就会翘起来。图 6. 1000 平方米的可渗透地区的降雨强度为 100 毫米/ 小时的预测径流量。图 7.示意图显示基于（组合）管道流的 DRAINET 模拟。通过模拟屋顶排水管道总数的流量，并将这些流量与建筑物排放的流量 - 时间曲线以及不透水和透水地面区域连接起来，然后可以使用 DRAINET 来确定下游（连接）管道在这种情况下，模型输出表明，在不透水区域的流量大约是来自透水层的流量的三倍，主导下游条件。排放物从建筑物流出，相对较低，间歇性，影响不大。DRAINET 还能够确定管道系统即将发生全内径流动情况的地点，从而就可能位于哪里（例如离线存储设施）形式的适应性提出建议，以最大程度地避免局部泛滥。以这种方式识别洪水的风险和可能的位置的能力，随着城市化的快速发展以及观测和预测的气候变化，变得越来越重要。5.总结评论本文简要概述了赫瑞瓦特大学进行的排水系统水流模拟的发展情况，不仅增强了对系统性能的了解，而且还便于及时探索一系列创新系统组件的适用性和可持续设计解决方案赫瑞 - 瓦特开发的每一个组件模型都采用了常用的方法，并给出了应用实例。使用 DRAINET 模拟自由表面流动和离散固体沉积的能力明显有助于评估卫生设备尤其是 wc 卫生设备的排放量减少的影响。不成比例的高饮用水消费者。这里给出的例子说明了这种减少不需要导致性能下降可通过替代设计措施（如减小管道直径或增加管道坡度）来增强运输。该模型模拟多层次，多设备网络的能力也得到了强调。通过对排水通风系统的瞬态压力和气流响应的评估，AIRNET 模型的应用使得 2003 年香港淘大花园 SARS 病毒传播途径（通过干阱）的确定成为可能。此外，在本文中已经展示了如何集成适当分布的压力控制装置，可以显着减少对复杂和昂贵的管道设计的需求。还讨论了“密封”建筑排水网络的可行性。介绍了屋顶排水系统性能的评估方法，并且已经显示了如何使用 ROOFNET 模型与 DRAINET 耦合来评估从屋顶或当地表面区域到相应的下水道连接点（如通过衰减流动状态的流行所确定的）。结果显示，在这个中间管网中，不透水表面的径流如何支配系统负荷，以及如何使用离线存储来避免水淹或收集水。因此，本文论证了排水设施的功效和效率如何不需要经过“过度设计”，即通过过度用水和/或繁琐的管道安装，以及建筑物排水系统如何不受限于某种确定性的稳态支撑许多国家守则的原则。这里讨论的模型的应用提供了一个关键的机会来评估系统的瞬态响应，并整合可持续解决方案，单独和集体对水消耗水平和与供排水相关的财务和环境成本产生显着的积极影响。参考1联合国水与卫生，健康，尊严与发展特别工作组：将采取什么措施了？ Earthscan 出版物; 2005 年。2供水（水配件）规定;法定文书第 1148 号。3 jShouler MC.用于可持续建筑的节水设备。CIBW62 建筑给排水国际研讨会上，布鲁塞尔：Conseil International du Batiment; 2005 年 9 月。4 McDougall JA，Swaffield JA.节水对建筑排水系统排水量的影响。建筑服务工程研究与技术2003; 24（4）：229-44。5 Swaffield JA.Campbell DP.。建筑排水和通风系统中气压传播的模拟。建筑与环境 1995; 30：115-27。6jack.LB.建筑排水通风系统中流体牵引力定义的发展。建筑服务工程研究与技术 2000; 20（4）：266-73。7香港特别行政区政府 - SARS 专家委员会。香港 SARS：从经验到行动; 2003。8jack.LB.排水设计与操作：SARS 的影响因素“社区”在爆发。在：土木工程师学会，市政工程师，卷：159; 2006 年 3 月。43-8。9 Swaffield JA。模拟密封的建筑排水和通风系统对气压瞬态传播的影响。在：CIBW62 建筑给排水国际研讨会上，布鲁塞尔：Conseil International du Batiment; 2005 年 9 月。10 Wright GB，Jack LB，Swaffield JA。极端事件下屋面排水系统的调查与数值模拟。建筑与环境 2006; 41（20）：1 26-35。Renewable Energy 34 (2009) 20612066Contents lists available at ScienceDirectRenewable Energyj o u r n a l h o m e p a g e : w w w . e l s ev i e r . c o m / l o c a t e / r e n e n eEmbedding sustainability in the design of water supply and drainage systems for buildingsL.B. Jack*, J.A. SwaffieldSchool of the Built Environment, HeriotWatt University, Edinburgh, Scotland EH14 4AS, UKa r t i c l e i n f oArticle history:Available online 3 April 2009Keywords:WaterDrainageBuildingsNumerical modellingSustainabilitya b s t r a c tIn addressing sustainability issues for the built environment, focus is often directed towards minimising energy consumption and material use. Often forgotten however, is the potential for the integration of sustainable solutions when designing water and waste management systems for buildings. The funda-mental functions of such systems are clearly recognised, but traditional design principles often constrain opportunities for performance enhancement and for water and pipework economies. To an extent, this is unsurprising, given the basic premise that steady-state analysis of flows underpins many of the codes and guidelines used worldwide. However, advances in simulation methods mean that system perfor-mance resulting from the use of new techniques and from the integration of innovative and more sustainable design approaches can now be fully assessed.This paper provides an overview of the water supply and drainage systems for buildings whose performance has been assessed through the development, at HeriotWatt University, of a suite of numerical simulation models. These models accurately predict, using appropriate forms of the St. Venant equations, the pressure and flow regime within such systems by applying the Method of Characteristics finite difference technique. The paper provides three different examples of application, where the focus of each is on embedding sustainability in design.2009 Published by Elsevier Ltd.1. IntroductionIn providing water supply and waste management systems for buildings, it is essential that performance is assured. Key functions encompass: the provision of potable water and that required for basic hygiene; the removal of water that has been contaminated with waste products; and the provision of a physical barrier between the potentially harmful miasma present in drain pipes and sewers and the habitable space. It is also important that the building uses to best benefit, any impinging rainwater as well as any resultant wastewater, thus reducing unnecessary wastage and limiting the loading on sewer and drainage networks and/or collection systems. Sustainability should underpin design theory in each of these aspects through limiting water supply and consumption, and through reducing material use, cost and envi-ronmental impact. Water supply and drainage systems for build-ings therefore provide a number of opportunities for the integration of sustainable solutions, however, these must be ach-ieved without compromising performance, and thus, the response of systems during use must be fully understood.* Corresponding author. Tel.: 44 (0)131 451 4646; fax 44 (0)131 451 4617.E-mail address: l.b.jackhw.ac.uk (L.B. Jack).0960-1481/$ see front matter 2009 Published by Elsevier Ltd. Often the approach adopted for the design of water and wastewater systems is based upon the application of steady-state principles in order to determine, for example, flow loading or pressure response. Although such methods facilitate system spec-ification in a somewhat deterministic fashion, they seldom provide the opportunity to assess the time-dependent response of systems information that can readily inform key design decisions. The following text will therefore illustrate how an understanding of the dynamic response of systems coupled with the development, at HeriotWatt, of a suite of numerical simulation models has facili-tated the effective and efficient design and analysis of water supply and drainage for buildings, thereby enabling a comprehensive assessment of the potential for integration of innovative and sustainable design solutions. It is worth noting at this point that, throughout this paper, the term water supply will be presented within the context of water use within the building that, indirectly, dictates supply from large scale networks.Each component model contributing to the suite developed at HeriotWatt utilises the Method of Characteristics technique. This technique was first used by Massau in 1900 to analyse open channel flow, and then by Lamoen in 1947 to analyse water hammer, and transforms the appropriate forms of the St. Venant equations of continuity and momentum into a pair of total differ-ential equations solvable by finite difference methods. These2062 L.B. Jack, J.A. Swaffield / Renewable Energy 34 (2009) 20612066equations are termed the C and C characteristics, and define the conditions at a node one time step in the future in terms of current conditions at adjacent upstream and downstream nodes. The finite difference grid is defined using the independent variables distance, x and time, t, linked with dependent variables, either u and c fluid velocity and propagation wave speed for air or u and h fluid velocity and depth for free surface water. It will be appre-ciated that at system boundaries, an additional equation is required to complete the finite difference solution. Equations are therefore defined at these locations, and provide information on the static or dynamic behaviour, as appropriate, of the boundary.The theoretical and empirical definition of these boundary condition equations has formed the focus of both past and present research at HeriotWatt, and has facilitated the development of the three component models referred to in this text DRAINET, AIRNET and ROOFNET. All three are based on the Method of Characteristics technique described, and each has been successfully used to enhance the design approach for relevant systems. DRAINET deals with the transient analysis of partially filled, i.e. free surface, pipe flow, predominantly addressing the performance of internal building drainage systems. Its application has recently been extended to encompass local external drainage systems where the flow regime may still be characterised by wave attenuation. AIRNET examines the transient response of drainage ventilation systems, by predicting the pressure and airflow that influences the integrity of the water-based appliance trap seal, whereas ROOFNET assesses the performance of both conventional and siphonic rainwater drainage systems for buildings. It will be appreciated that, to an extent, ROOFNET and DRAINET can be operated jointly to facilitate the prediction of rainwater conveyance from roof surfaces through to local drainage systems. This paper will illustrate, through the use of examples, how these model components may be applied to integrate and embed sustainability in the design of water supply and drainage systems for buildings.2. Potable water use and the impact of reducing w.c. flush volumesThe definition of sustainability may, and often does, differ depending upon the context within which it is set. For many developed countries, sustainability focuses on reducing or opti-mising the use of, for example, energy or materials, whereas in other regions, sustainability is more about the stable provision of basic needs. Within the latter context, and set against the UNs Millennium Development Goals, one key aim (conveyed in the UNs Task Force on Water and Sanitation) is to halve, by 2015, the proportion of people without sustainable access to safe drinking water and basic sanitation 1. It therefore seems counterintuitive that in many countries, a significant proportion of the potable water supply to buildings is used for w.c. flushing. The direct cost savings associated with any reduction in w.c. flush volume that arise from treatment processes alone are clearly significant, and when coupled with indirect savings facilitated by a reduction in pipe size for both supply and drainage systems, increase yet further.Proposals to introduce any significant reduction in w.c. flush volume however, are often met with concerns over the efficiency of the removal of waste and other products from sanitary appliances, and of their conveyance through associated drainage networks. In the UK, a flush volume of 40 l had been recognised as excessive as early as around 1900, however following a dramatic reduction to 9.1 l (2 gallons), it then took a number of decades before any further significant reductions were imposed. Statutory regulations, implemented by 2001 2, now stipulate, for installation, a maximum flush volume of 6 l and a reduced flush volume not greater than two thirds of the maximum, thereby targeting theseemingly disproportionate level of around one third of domestic water supply currently used for w.c. flushing 3.Assuming any waste products are either organic or that they comply with accepted flushability criteria, the focus therefore shifts to the performance of the pipework that conveys this waste to a downstream drain or sewer. The flow regime in the pipework serving the sanitary appliance is inherently unstea
- 温馨提示:
1: 本站所有资源如无特殊说明，都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
2: 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等，如果需要附件，请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
3.本站RAR压缩包中若带图纸，网页内容里面会有图纸预览，若没有图纸预览就没有图纸。
4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
5. 人人文库网仅提供信息存储空间，仅对用户上传内容的表现方式做保护处理，对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑，并不能对任何下载内容负责。
6. 下载文件中如有侵权或不适当内容，请与我们联系，我们立即纠正。
7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
人人文库网所有资源均是用户自行上传分享，仅供网友学习交流，未经上传用户书面授权，请勿作他用。
川公网安备: 51019002004831号