建筑給水系統節水節能存在的問題及應對措施

魏天云　劉德明

(1.福建船政交通職業學院 道路工程系，福建 福州 350007；2.福州大學 土木工程學院，福建 福州 350108)

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建筑給水系統節水節能存在的問題及應對措施

魏天云1劉德明2

(1.福建船政交通職業學院 道路工程系，福建 福州 350007；2.福州大學 土木工程學院，福建 福州 350108)

現有建筑生活給水系統存在諸多問題，造成水資源和能量的極大浪費。對比分析國內外節水節能技術的研究現狀，指出開展節水節能技術的必要性以及今后的發展方向。

節水；節能；水資源；可再生能源

目前，隨著經濟的快速發展，城市人口不斷增加，住宅的需求量也在不斷增長。城市化進程的日益推進，需要消耗大量的水資源，有些水資源利用還遭到嚴重破壞。據統計，我國人均水資源占有量在世界上比較低，而建筑生活的用水量和耗能量占據較大比重[1—5]。建筑生活給水系統對于水資源的利用起著關鍵的作用。城市用水的緊張狀況日益嚴峻，為緩解這一狀況，必須加強節約建筑用水的研究。由于建筑生活用水需要從水廠輸送與提升，這一過程需要消耗大量的電能，它的大小與給水高度、輸水量的大小和水壓的損失有著密切的關系，即用水的過程也是耗能的過程，節約用水也就相當于節能[6—9]。因此，優化建筑給水過程必須從節水和節能兩個方面進行考慮。

居民用水安全以及人們生活的需要是傳統給排水設計的兩個主要衡量指標。隨著城市化發展的不斷推進，人口激增，水資源日趨緊張，再加上政府對水資源的合理開發提出了更高的要求，建筑供水系統研究的重要性逐步得到認識，尤其是如何合理利用和優化建筑給水系統越來越受到重視，有必要開展建筑住宅給水系統的研究，做到節水節能，合理有效地利用水資源，調整居民的用水結構，提高用水品質，避免利用水資源的過程破壞了生態環境[10—12]?，F代的建筑住宅給水系統的發展必須要做到節水、節能、經濟三個方面的相互協調，使其能夠可持續發展。要開展建筑住宅給水系統利用的優化與創新，必須對目前建筑住宅給水系統存在的問題，以及未來給水系統的發展趨勢有一個清晰的認識。

1　現有給水系統存在的問題

目前雖已開展節水、節能等新型技術的研究，并且還考慮其他不可再生資源的利用，但是世界各地的建筑住宅給水系統的發展還存在一定的問題。

1.1水資源短缺問題

根據有關報道，我國人口在2030年前后會超過16億。隨著城市化進程的不斷加快，加上我國的水資源分布不均，從地區上看，東部和西部用水較大，中部較少，城市供水短缺現象越來越嚴重。我國大約有六分之一的城市屬于嚴重缺水，三分之二的城市有不同程度的缺水，年總缺水量大約60億立方米。缺水問題對人類的正常生活和經濟帶來了巨大的影響，節約用水已經得到大眾的普遍認可，國家也已將節約用水上升到基本國策。

1.2用水浪費問題

在建筑給水系統中，特別是目前水資源短缺的情況下，還出現嚴重的用水浪費現象。居民日常用水習慣、不合理的建筑住宅給水系統設計以及由于各種原因造成的管道滲漏現象都會導致用水浪費。這更加容易導致建筑住宅的供水不均以及水量短缺情況的出現，因此，如何高效地利用水資源是必須首要考慮的問題[13—14]。

(1)生活用水浪費。

依據用水量的大小，可將用水的時間段劃分為短期用水和長期用水兩種情況。上班人員在工作日早晨7 點左右的用水屬于短期用水，這段時間主要用來洗漱。國外針對一些地區的建筑住宅居民用水統計表明，用水量的高峰期出現的時間較短，它是平均用水量或者長期用水量的3—10倍左右。在這段時間里面極易出現由于用水習慣而導致的水量浪費現象，這其中用于洗浴的用水量占的比重最大，接下來是洗滌用水、廚房用水以及沖廁用水等。

1)洗滌、洗浴、洗漱用水。

①有很多人習慣開著水龍頭洗手，即使在涂洗手液或者肥皂的過程中，也讓水龍頭水長流，而不關閉，從而導致水量的浪費。

②頻繁洗澡或者洗澡時間過長。由于各國人民生活習慣不同，對衛生要求不一樣，以及氣候條件不同，人們洗浴的用水量差異較大。在我國，南方人洗澡次數超過北方人，用水量偏多。尤其是在夏天。據統計，超過8%的城市居民每天洗澡次數達到或超過3次，時間在30分鐘以上；在冬天時，有部分居民每周洗澡超過5次，時間都在40分鐘以上。這種洗浴方式耗費了較多的水資源和電能。

③有些用水器具質量不過關或者其結構設計方面不盡合理，很難同時達到節水與節能的目的。如在洗滌、洗浴等過程中，用水次數較多，且所使用的用水器具出水量偏大，使用時間較長，這些都會加劇水量浪費現象的發生。

2)沖廁用水。

帶有水箱并采用浮球閥來控制水量進出的大便器仍然在我國的一些年代較久的建筑或者是一些老城區使用。這種控制閥及其配件在長時間高頻率的使用過程中，會導致損壞、出現漏水等現象，且這些現象很難察覺。若沒有及時發現修理，會引起水箱長流水，造成不必要的水量浪費。因此，國家政策已規定建筑住宅必須采用6L的座便器。目前，新建的住宅已經淘汰9L的座便器。

3)廚房用水。

廚房用水浪費主要表現在兩個方面：一個是廚房水龍頭超壓出水或者是閥門漏水；另一個是由于部分人在清洗器具或者果蔬時，沒有用漂洗的方式，致使水流常開而引起水量的浪費。

(2)超壓出流。

如果供水系統的水壓超過了其工作壓力的范圍，會對設備、管道、相關配件及其附件造成破壞，從而使供水系統難以正常運行。特別在高層建筑住宅中，當給水系統的配水管出水前的靜水壓大于額定流出水頭時會產生超壓現象，影響供水系統的正常運行。

1)產生超壓的原因。

在供水過程中，用戶集中用水的高峰期較短，在非用水高峰期，更容易出現超壓出流現象。這種情況會影響用水設備的正常運行，并且會使配水點與設備連接的接口處發生漏水。

如果建筑住宅供水的分區不夠合理，配水支管就容易出現過高的水壓，進而形成超壓現象。為了確保建筑給水系統最不利配水點出水穩定，必須進行合理的供水分區設計，特別是在高層建筑給水系統中更加重要。如果出水水壓直接按上部的配水點進行設計，那么在同個分區內，處于較低樓層的配水點處的出水壓力就會比較大，尤其是樓層的層數越多，那么在越低的樓層其水壓就越大，極易超過水壓極限而發生超壓現象。

2)超壓出流的影響。

若發生超壓出流現象，則水龍頭剛開啟時會使水流噴濺出來，形成噪音，同時，水壓對衛生器具及其管件的沖擊，會影響衛生器具的使用壽命，引起管件的滲流，造成不必要的水流量損失[15]。

(3)管道滲漏。

管道漏水現象發生得很嚴重。通常，建筑住宅內部的漏損量不太容易進行統計。一般情況下，單位長度的供水管道的漏失率控制在3.2m3/(km·h)左右。高層建筑數量的不斷增加，建筑住宅內部的漏損現象發生的概率也會隨著一起升高。相關部門的統計分析顯示，大小為15mm口徑的水龍頭，其滴漏量大約為3.6L/h，如果20個水龍頭出現漏水現象，漏水量為1 728L/d，因此，由于管道的滲漏引起的水量流失非常嚴重。管道漏損，水量流失，既損耗了給水系統的能耗，又降低了水資源的利用率，還會導致供水成本上升，影響供水價格的制定，最終使供水價格上漲。

1.3能量浪費問題

由以上用水浪費分析可知，除給水系統發生的管道的滲漏以及超壓出流現象等會引起能源的損耗外，供水設備或者用水設備也會導致能量耗損，主要是由于給水方式和給水設備選擇的不合理。熱水供應系統的設計以及供熱設備的選取也會造成能量耗損。

如果建筑供水系統的分區設計不合理，則供水設備難以一直處于高效運行狀態，會引起水泵選型不當，導致水利用率降低，不但使動能白白耗費，還會導致水壓不穩，縮短管道及其配件的壽命，增加了管道設備的成本，無形中也浪費了大量的不可再生資源。同時由于分區不合理，導致市政管網的可用水沒有有效利用，使已有的壓力能量白白浪費，還會引起一層或者二層的用戶用水水壓過大，引起超壓現象。

據有關資料統計，淋浴用水量已經占到住宅的用水量的30%，建筑熱水供應已經成為建筑給水系統的重要組成部分。因此，為了有效地節水以及節省熱能，必須合理設計熱水供應系統，并加強優化管理。

國際上，一般規定熱水供應系統5—10s就必須要有適合溫度的熱水出來。目前在我國使用的多種熱水供應系統，剛開始使用的時候，出水溫度較低，不符合用水溫度的要求，需要等待較長時間才能獲得適當溫度的熱水，被放掉的部分低溫水，其熱量被白白地浪費了，沒有將熱能有效利用。特別是在我國的一些北方嚴寒地區，由于供熱管道設計不合理，集中供熱系統的循環方式選用不恰當，熱水系統管線布置不合理、太長等，造成出熱水的時間要等待15—30min，極大地浪費了水資源和能源。

2　國內外節水節能發展概況

2.1國外節水節能發展概況

(1)通過價格機制調節用水并加強用水管理。

通過水價的浮動來調節生產、生活用水，達到高效用水的目的。根據美國做的調查發現：如果將節水設備或者計量設備設置在住戶水龍頭旁，可節約用水11%；如果將水價翻一翻，可節約用水36%。國外水費的計價一般分高峰水價和累進制水價，控制居民用水浪費的習慣，提高用水效率。

(2)推廣節水型器具的應用。

根據調查研究發現：大約有80%的家庭用水用于沖廁、洗衣、做飯以及洗澡方面，而洗浴和沖廁的用水量占到家庭用水的一半左右。因而有必要開展節水器具的研究及其推廣應用，它是城市節水的重點[16]。國外很早就重視這方面的研究開發，如美國加州于1985年就要求用戶設置節水設備。

(3)熱水系統采用熱泵技術。

國外較早開展熱泵技術的研究，正常的生活用水水溫可以由串級熱泵或者輔助熱源來實現，在陰雨天氣下，空氣源熱泵開始工作，保證全天候都有熱水供應。歐美等發達國家研究推廣熱泵熱水器已經很多年，其應用現在已經相當普遍。

(4)重視太陽能等可再生能源技術的開發與應用。

國外在太陽能等可再生能源技術的開發與應用方面投資非常巨大，如2001 年日本投入資源能源廳預算的 40%用于新能源和建筑節能的開發；2005年，美國政府更是投入19 740萬美元用于新能源的研究；2004年，德國政府也以每年6 000多萬歐元用于研究地熱以及太陽能等可再生資源。

2.2國內節水節能發展概況

(1)借鑒國外水費的階梯式計價，促進合理用水。

我國的部分城市用水量大且缺水較嚴重的，已經開始實行累進加價計收水費。如廣東省從2008年3月1日起就頒布文件，正式規定各類城市的用水定額。黑龍江省也從2004年5月起實行用水配額管理，對于超出部分加倍收費。北京市規定各單位用水指標超過20%的，按兩倍水費的價格征收。由此來杜絕不必要的用水浪費，促進合理高效利用水資源。

(2)加大新能源開發力度，以利于建筑節水節能的可持續發展。

我國于1977年開始建成第一棟太陽房，由此開始不斷加大太陽能、地熱能、生物能等可再生資源的開發利用。我國可利用的水資源已經開發得差不多了，再加上能源使用的浪費，水資源與能源的供需矛盾越來越突出，因此，國家已經將可再生能源的開發應用擺在更加突出重要的位置。

3　給水系統節水節能措施

針對建筑供水系統在發展中出現的水資源浪費以及能源耗散的問題，并通過國內外節水節能技術研究調研，進行節水節能措施的優化分析，可以考慮從以下四個方面尋找解決問題的方法：

(1)針對建筑住宅供水系統水泵的應用情況，分析工頻泵和變頻泵的特點，并比較給水流量調節的兩種方法，總結變頻泵的應用場合。傳統給水系統是按照最不利點來計算水量和電能，容易造成浪費問題，而變頻調速泵可避免此類問題，具有廣闊的應用前景。

(2)分析目前高層建筑常用的給水方式，比較各自的特點，進而研究高層建筑給水系統節能的途徑，最終優化出最佳的供水方式。為避免超壓出水，可考慮采用豎向分區。居民區、高層辦公樓以及大型商業區在不同時段的用水量具有不均勻性的特點，應綜合考慮采用不同的供水方式。

(3)調研國內外節水用水器具的使用現狀，分析常見的節水用水器具特點及其應用場合，并比較用戶采用節水器具與未采用節水器具的用水量的差別，積極推廣使用節水用水器具，避免水資源的浪費，促進水資源的高效利用。

(4)對比分析給水管材的特點，探討給水管材的影響因素，總結給水管材選用原則，并應用模糊綜合評價法來選擇最優模式的管材，確保提供潔凈的水資源并避免水資源的浪費。

4　結論

隨著我國城市化進程的加快，城市住宅用水量越來越大，水資源日益緊缺，能源消耗越來越嚴重，有必要將供水系統的節水和節能結合起來一起考慮，不能只參照某一方面，照搬國外的技術，而忽略了我國的國情和資源條件，否則難以達到預期效果。因此，需要開展節水和節能技術的研究，以提高水資源的高效利用，并且有利于降低能耗。

[1]蔣興林，王莉蕓.多重約束下的建筑節水思考[J].中國資源綜合利用，2010，(9)：61—63.

[2]魏天云.建筑給排水設計中的節水節能分析[J].福建建材,2013,(12):64—66.

[3]魏天云.超高層住宅建筑給排水優化設計及應用[J].福建建材,2013,(12):21—23.

[4]魏天云.氣體滅火系統的方案比選與應用研究[J].安陽工學院學報,2014,13(2):59—62.

[5]史智國，陳俐俐.淺談建筑給排水工程中節能節水技術的應用[J].山西建筑，2011，(10)：193—194.

[6]郭偉，陳曦.中國建筑節能技術標準體系現狀研究[J].建筑節能，2013,(9)：61—65.

[7]魏天云.同層排水技術在現代建筑住宅工程中的應用[J].四川理工學院學報,2014,27(1):56—59.

[8]魏天云，吳梅容，曾惠珍.建筑供水系統管材選擇的思考及建議[J].福建建材,2015,(12):34—35.

[9]黃文忠.建筑給排水節能節水的幾點設計思路[J].福建建筑，2008，(12)：32—33.

[10]黃文忠.建筑雨水利用系統的設計[J].福建建設科技，2009，(2)：17—21.

[11]劉德明.住宅套內給水排水管道水力計算探討[J].給水排水，2007，(12)：124—127.

[12]魏天云，劉德明.節水用水器具的節水效益分析與工程應用[J].安陽工學院學報，2016，15(2)：54—56.

[13]魏天云.節水用水器具選擇的思考與建議[J].福建建設科技，2016，(3)：73—74.

[14]郭琦睿.基于節水節能的建筑給水系統優化技術研究[D].西安：西安建筑科技大學，2011.

[15]魏天云，劉德明.基于模糊綜合評價法的給水管材優化選擇[J].安陽師范學院學報，2016，(2)：146—148.

[16]何強，徐海燕，王祥勇，等.節約型校園建設節水技術措施[J].給水排水，2011，(5)：146—151.

責任編輯：盧宏業

10.3969/j.issn.1674-6341.2016.05.014

2016-08-04

福建省教育廳科技項目(JA15655)(JB12356)資助

魏天云(1979—)，女，碩士，副教授，高級工程師。研究方向：市政工程與給排水技術。

TU892

A

1674-6341(2016)05-0032-03