山东大学建筑设备论文建筑给排水系统中的节水攻略.docx

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山东大学建筑设备论文建筑给排水系统中的节水攻略

建筑给排水系统中的节水攻略

内容摘要：

面对越来越严重的水资源短缺问题，建筑行业当如何为节水作出该有的贡献成为建筑给排水工程师们的重要研究方向。

笔者在考察山东大学兴隆山校区给排水系统节水现状之后，在建筑给排水系统中的节水攻略方面作了深入探究，对部分国内外优秀节水建筑作了案例分析，目的为引起读者对建筑节水的高度重视，激发给排水工程师们对于建筑节水的创新热情。

关键字：

节水建筑给排水工程回用水雨水住宅产业化

Water-savingRaidersinBuildingWaterSupplyandDrainageSystem

Summary:

Inthefaceofmoreandmoreseriousshortageofwaterresources,theconstructionindustrywhenhowshouldhavecontributionforsavingwaterhasbecomeanimportantresearchdirectioninbuildingwatersupplyanddrainageengineers.Theauthorinexaminingxinglongmountaincampusofshandonguniversityafterwatersavingwatersupplyanddrainagesystempresentsituation,inbuildingwatersupplyanddrainagesystemofwaterconservationstrategyhasmadeafurtherexploration,theexcellentwater-savingbuildingsathomeandabroadtopartsofthecaseanalysis,aimstocausethereadertoattachgreatimportancetotheconstructionofwater-saving,arousetheenthusiasmforwatersupplyanddrainageengineersfortheinnovationoftheconstructionofwater-saving.

KeyWords:

WatersavingWaterReuseRainwater

BuildingWaterSupplyandDrainageSystem

1.我国水资源使用面临的局势与行业责任

1.1我国水资源使用面临的局势

或许读者对于我国面临的水资源供求形势并没有清晰的概念，但这却是每一位中国公民无法回避的现实问题：

㈠水资源短缺，供需矛盾突出。

我国是一个水资源短缺的国家，水资源总量28412亿立方米，人均占有水资源量不足2200平方米，约为世界平均水平的30％，且分布不均，黄河、淮河、海河、辽河等流域的人口、GDP和耕地面积分别占全国的38％、37％、41％，而其水资源量仅占全国的9％。

近20年受气候和人类活动的影响，北方地区水资源呈减少趋势，更加剧了供需矛盾。

㈡水资源开发潜力有限，开发难度越来越大。

全国水资源可利用量仅为8120亿立方米，仅相当于水资源总量的29％。

由于区域间水资源可利用程度差别很大，如海河现耗用的水量已达到其水资源可利用总量的121％，黄河也超过100％，辽河达94％，北方大部分地区已无进一步开发的潜力。

南方地区虽然尚有一定的开发潜力，但开发难度较大、成本较高。

新建供水工程涉及的移民、环境保护等问题也越来越复杂，供水工程建设的成本和难度越来越大。

㈢水资源利用方式粗放，用水效率低。

与国际先进水平相比，2005年我国每万美元GDP用水量为2500立方水，约为世界平均水平的3倍，是国际先进水平的5~10倍。

不止农田灌溉水有效利用系数仅为0.45，万元工业增加值用水量169平方米，约为发达国家的5~20倍，更需要引起重视的是：

城市供水管网漏损率达20％左右，部分城市甚至超过30％。

㈣部分区域水污染严重，水生态与环境形势严峻。

由于城市污水处理设施建设滞后，工业废水排放标率低，大量废污水未经处理直接排入江河湖库，许多河段远远超过水体的纳污能力，造成了严重的水污染。

[1]

1.2建筑行业对节水的责任重大

一般的，民用建筑包括：

住宅及其配套设施、宾（旅）馆、招待所；学校教学楼及其附属设施；医疗用房及其附属设施；办公楼、科研楼、综合楼的非生产用房部分；商店；文化馆、影剧场（院）、体育场（馆）、图书馆、展览馆、文体活动中心、车站候车室、码头候船室、机场候机楼、商业仓库、民用车库，及其它法律法规规定的建筑等。

可见，民用建筑是当之无愧的用水大户。

众所周知，民用建筑是大多数人生活学习工作的场所，人们在民用建筑里使用水资源保证正常的生活起居和功能运行：

个人卫生清洁用水、环境清洁用水、饮用水、景观水均来自于建筑给水系统。

与此同时，使用完毕的水资源又通过建筑排水系统排入城市地下污水管网，到达污水处理厂进行污水处理。

如果建筑行业能为节水作出努力，无疑会大大改善水资源使用现状，大程度减轻水资源利用压力，大力促进社会可持续发展。

2.山东大学兴隆山校区给排水系统节水调研

面对这样的水资源现状，笔者关切本专业在节水方面所做的工作，在山东大学兴隆山校区进行了一次给排水系统节水调研，关注建筑给排水工程的现行作业，从而反应国内给排水工程的普遍节水状况。

2.1教学群楼中水管网架设用于冲厕

2013年12月2日下午4时许，山东大学兴隆山校区教学群楼连接3号楼与2号楼的顶层天桥上有6名工人正进行着管道架设工作。

直径20mm左右的管道沿天桥一侧绵延向前，欲贯穿整个群楼顶层，气势甚是宏伟。

于工人悬吊管道于天桥休息之暇，笔者顺势上前询问管道之具体用途；答曰：

“中水！

”；于是注视管线走向均沿楼层洗手间，不禁对校方此举深感敬佩。

若早偌大校园冲厕、洗涮拖把、灌溉植被仍用自来水而不稍吝惜，在水资源日趋告急的今日实有“浪费”之嫌。

2.2通过井盖观察中水使用情况：

笔者走遍校园各处，经过污水井、雨水井、消防井数不胜数，却只发现了3处中水井。

由此可见，校园对于中水的利用率是极其低下的，校工们打开消防栓进行植被灌溉，这无疑是一大浪费。

2.3通过观察屋顶寻找雨水收集系统：

山东大学兴隆山校区的房顶没有雨水收集系统，平屋顶上设置了女儿墙，可看见暖气管道和水管顶端。

2.4通过观察雨水排水管道追踪雨水走向

雨水排水管道下面没有设置明沟，是雨水雪水随意流淌在地上，造成水资源浪费。

2.5通过观察散水追踪地表水去向

学校的散水直接和草坪相接，无水槽，不利于雨水收集。

2.6卫生洁具使用现状

笔者走遍学校图书馆，教学楼，讲学堂，实验楼，学生宿舍，观察水房中卫生洁具的用水来源，发现所有的用水，包括洗涮拖把，冲洗厕所用水全都是自来水，没有使用中水，还不幸地发现一些卫生洁具存在漏水现象，无疑不利于节水工作的开展。

2.7参观学校污水处理站

令人欣慰的是，我校区的污水处理站秩序井然，有专门工作人员在职值班看管，从生活区和学习区产生的污水经过处理站的多步骤处理后排入天工湖，为我们提供了一道美丽的风景。

污水处理系统虽然规模不大，却五脏俱全，能和济南光华第二水务处理厂相媲美。

2.8结论：

从以上调研可以看出，山东大学兴隆山校区的给排水系统中，有部分中水利用，虽目前占有比例不大却有不断走高的趋势；生活污水处理情况较为良好，处理后得到的中水绝大多数排入天工湖作为人工景点用水，作为其他用途较少。

除此之外，校区内再无任何新型水资源节能管理设备。

3.国内建筑给排水节水现状

3.1国内普通建筑节水总体现状

调查显示，目前我国大多数民用建筑的给排水系统是粗放式无分类的系统，这使水资源的再生利用受到极大的限制。

不改变传统的给排水系统而欲提高水资源利用率就成为了真正的纸上谈兵。

另外，建立水再生和回用系统是当务之急，如何设计出高效率的民用建筑污水处理系统成为工程师们的热门话题。

全国范围内具有水回用系统的民用建筑几乎无处可寻，具有雨水再次利用的民用建筑同样少之又少，这造成了大量可二次利用的水资源浪费，使水资源利用率低于世界平均水平。

3.2国内优秀节水建筑实例

但2008年北京奥运会主场馆“鸟巢”在节水方面为国内建筑作出极佳的榜样。

国家体育场（鸟巢）采用了先进的水处理技术，该系统利用地下积水池最高可每小时处理100吨雨水，并产生80吨可回用水，直接节约了体育场的常规用水消耗。

“鸟巢”雨洪综合利用工程的面积相当于六个足球场，整个系统的雨水收集面积达22公顷，年回收利用总量约6.7万立方米，设计日净产水量为2,000立方米。

遍布于场馆及周边绿地的收集引流系统可以将雨水汇集至6座地下蓄水池中，其最大储水能力高达12,000立方米。

据有关部门评估，北京年平均降水量为630毫米，城区每年的雨水利用潜力达到1亿立方米。

由此估算，“鸟巢”蓄水池每年可以填满16次。

经净化处理后的“雨水”可用于场馆绿化、赛场用水、空调冷却、道路和汽车清洗，以及洗手间冲洗等，且水质远高于国内中水回用标准。

“鸟巢”周边草木成荫——百余株常绿乔木、数千株落叶乔木和灌木、近8万平方米的草坪时常需要灌溉维护，既要为这些绿色植物“解渴”，实现和谐生态，又要兼顾水资源节约，这使奥运主会场的设计者们一度面临着前所未有的挑战，而雨洪综合利用工程则从根本上解决了这一难题。

系统配备了中控机房，借助先进的计算机系统来监测和控制雨水收集、处理及供水的各个环节——通过对雨水资源的有效收集、净化和回用，该系统每年节约的水资源足以注满一座9米高的足球场，因而可确保“鸟巢”70%的用水来自于回用水，其中23%则由雨洪综合利用工程提供。

回收后的水资源能否实现真正的“高效回用”，其关键在于净化。

“鸟巢”雨洪综合利用工程的核心净化技术应用了奥运全球合作伙伴美国GE公司的解决方案——纳滤膜技术。

简言之，系统收集的雨水将经过砂滤、超滤、纳滤三重净化步骤，方能投入回用——砂滤可去除水中的悬浮物、胶体等污染物；超滤则以小孔径膜技术滤去水中的细菌和大分子物质；纳滤则是用纳滤膜科技对双重净化过的水做进一步处理。

作为膜技术在中国大型公共建筑领域的首个应用案例，“鸟巢”雨洪综合利用工程无疑为国内城市未来的水资源回收利用工作提供了鉴益。

笔者盼望在不久的将来，更多的国内的民用建筑能具备一定的污水和雨洪处理系统，能增大水资源的利用率，有效缓解国内水资源使用压力。

4.国外建筑给排水节水系统

4.1国外建筑节水概况

欧美国家部分地区存在由于降雨量小造成的水资源不足的现状，给排水工程师对民用建筑设计出因地制宜的水净化再生系统，尽可能使用回用水充当非饮用水部分。

在澳大利亚的RouseHill、SydneyTarongaZooSpringfield和Peredenya等地区，以城市生活污水、灰水为主要回用水源的回用水被用于冲厕（ByronShireCouncil,2005）.在悉尼回用水被用于消防、建筑施工和景观用水等非饮用水用途。

在日本地区，超过50％的回用水用于增加河流流量。

温度较高的回用水还有一个特殊的应用----融雪。

冲厕也是一种主要的回用水利用方式，在2001年占回用水利用总量的3％。

主要回用水源是城市生活污水、灰水、雨水。

在西班牙的Portbou小镇，经过三级处理的回用水用于景观灌溉、道路清洗和消防。

当地城府正在拓展回用水的用途，回用水管网延伸到新建码头，将回用水用于清理船只。

英国在城市回用水示范工程中，灰水的回用比“黑水”更加广泛。

在英国的MillenniumDome,回用水示范工程利用灰水回用冲厕。

4.2案例介绍

下面，请读者与笔者一同关注其他国家在民用建筑回用水方面的应用，从中获取对我国民用建筑给排水系统改进的建设性意见。

4.2.1回用水

4.2.1.1应用实例一：

高层建筑回用水冲厕系统

在现已实现运行的民用建筑回用水系统中，冲厕是回用水的第一大去向。

回用水冲厕系统可以建立在商业高层建筑、公共建筑、居民建筑和公园公厕。

冲厕系统可以是城市回用水中心式管网系统的一部分，也可以是小型原位处理回用水系统的一部分。

回用水冲厕，可以使用与饮用水相同的固定设施。

（左图：

用于高层商业建筑冲厕的灰水处理和循环系统）

在日本东京，灰水处理与循环系统为高层商业建筑提供冲厕回用水。

在该系统中，“黑水”不被回用，直接排放到污水管网中。

（灰水：

是除厕所排放的废水和粪尿外的来自家用浴缸、淋浴、洗手池和厨房洗涤槽等的家庭生活污水。

黑水:

包含人体排泄物的居民住宅厕所废水。

）

在日本人口密度较高的大城市，大型原位回用水处理系统也常为冲厕提供用水。

1996年，大约有2100个建筑使用原位水回用系统或者与区域回用水管网相连接，而且使用回用水的建筑数量在不断稳步增长。

（右图：

高层建筑双泵式冲厕系统简图）

4.2.1.2回用水基础设施

如果这些回用水要供给民用建筑的适宜用水装置，就必须有相应的回用水系统的基础设施，以实现民用建筑饮用水和非饮用水的分流。

这些基础设施包括：

㈠双分布系统

在较广阔的范围内传输回用水，则必须兴建饮用水和回用水双分布系统。

回用水的需求量必须足够大，以权衡建设回用水设施的必要性。

在原有管网的基础上建设与维修双分布系统，在回用水源与回用水利用地较近的情况下是可行的；反之则成本较高，可行性较低。

㈡储水系统

建立短期储水池可以应对回用水需求的日变化，同时也增强了回用水供给的稳定性。

建立较大容积的长期的蓄水池则可以解决回用水需求的季节变化。

[2]

4.2.2雨水

4.2.2.1案例分析二：

在柏林伯茨坦地区有关水的系统设计（整体规划图如下）

这个项目能挑战生态环境所面临的问题。

设计者实现用雨水冲刷卫生间和灌溉绿色植物。

同时，用存储在地下蓄水池里的雨水来满足包括广场狭窄的水池和南部水区的用水系统。

4.2.2.2案例分析三：

悉尼附近科加拉的新中心

科加拉是悉尼附近的小城市，市中心正在发展图书馆周围的环境，左图的设计意味着：

年降雨量的85％被存储在地下的蓄水池中，与来自新的市政广场的严重污染的水和来自屋顶相对干净的水分开，2/3的水用于卫生间的冲刷和新型的车辆冲洗，1/3的水用于浇灌植物区以及建造人工水道，剩下的15％用于房顶花园和露台。

这样，相对传统观念的用水制度，科加拉总共节省了17％的水消耗，也满足了高峰用水的需要。

[3]

4.2.2.3案例四：

芝加哥市政厅的绿色屋顶

楼顶具有密封带、排水层安装工程。

供给植物的水来自从建在市政厅楼顶上的阁楼上流下来的雨水。

雨水被储存在几个小储水池中，需要的时候，就被抽到植物中去，如果缺水，就可以动用市政供应水。

4.2.2.3案例五.赫坦的巴库姆河流域居民区的街道案例六.奥斯菲尔德恩校园里的雨水渠道

街道中间铺筑面的排水沟以及阶梯伸缩缝都能将水通到附近的绿化区

5.总结：

相比之下，在建筑给排水节水方面，许多国家为我们做出了很好的榜样，特别是在回用水、雨水收集、水资源再利用方面，有很多我们需要学习的地方。

如何把建筑给排水做细是摆在工程师面前的首要问题。

或许老城区给排水系统改建存在一定阻力，但在住宅产业化的趋势下，如何优化设计新型产业化节水给排水系统是国内建筑行业在近期就要面对的重大课题。

地球任何一项资源都是有限的，人类正在面临前所未未有的挑战。

当出现在节水公益广告上的画面在现实中上演时，再急于寻求节水攻略就无力回天了。

所以，建筑给排水节水项目势在必行，每一位建筑工作者都有责任为此付出自己的一份力量。

现今国内的建筑给排水系统最大的缺点是过于粗放，基本上没有考虑建筑的节水需要，更无须考察给普通建筑“量身定做”的给排水系统了。

或许读者会考虑造价问题，殊不知一旦住宅的节水系统形成了产业，并不会大幅度提高房屋造价，反而会在长期运营过程中在节约水资源的同时减少维护成本，可谓“一举两得”。

其次，进一步加强国民的节水意识同样不可或缺。

如果我国给排水节水系统未能在近期推广，惟有普通民众在日常生活生产中更多进行人工回用水和人工雨水收集等节水措施为节约水资源、降低生活能耗添砖加瓦。

建筑给排水节水攻略没有固定的形式或设备，针对不同的建筑，可以根据其建筑形式、用途、规模、周边环境等因素进行合理的设计，目的是为了人类社会的可持续发展。

甚至在一些国家，水邻系统已经在许多城市和乡镇出现，人们联合负责设计和维持自己周围的环境。

每个家庭都谨慎而经济地用水，与河流集水区连接起来的市区投资机构提供当地的水邻系统，处理剩余的水，将其重复使用。

对水管理的责任完全与供给和处理机构分开，这更适合其在经济上的生存。

笔者认为这是由于理解和远见使一些城市取得了今天这样的成绩，为全球节水作出了巨大贡献。

这实在给国人一个见证，见证在国内设计出节水建筑，对水资源进行优化管理也是同样极其有前景的，而这样美好展望的实现一部分寄托在建筑给排水工程师们的身上，而另一部分在于作为普通市民的你我，人人成为“给水专家”，对水资源给予关注。

这不仅是当地政府和国家的责任，也是每一个公民的职责。

参考文献

[1]《节水型社会建设标准指南》编写组..节水型社会建设标准指南北京中国水利水电出版社2007

[2]文湘华王建龙等译水回用问题、技术与实践北京清华大学出版社2011

[3]赫伯特•德莱赛特尔迪特尔•格劳卡尔•路德维格德国生态水景设计沈阳辽宁科学技术出版社2003