高层建筑给排水节能节水的实现
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摘要：随着经济的快速发展和科学水平的不断提高，高层建筑的高度和层数也在不断增加，高层建筑有别于低层建筑，具有层数多、高度大、振动源多、用水要求高、排水量大等特点。进入21世纪，高层建筑向着层数更多、设备更完善的方向发展，其所需要的总耗能量也在不断增加。这就给建筑给水排水设计提出了更高的要求。本文对此进行了探讨。
关键词：高层建筑；节能；分区
一、前言
从目前高层建筑给排水设计来看，其能量损失现象依然比较严峻。一是超压出流现象普遍存在。给水配件前的压力大于最低工作压力，给水配件在单位时间内的出水量超过额定流量的现象，称超压出流现象。该流量与额定流量的差值，为超压出流量。为了满足最不利点水头的要求，超压出流现象必然存在。超压出流现象不但会破坏给水系统中水量的正常分配，因超压出流的水未产生任何效益，即为无效水量。而且当水压过大时，水龙头启闭时易产生水击及管道振动，使得阀门和给水龙头等磨损较快，缩短使用寿命，并可能引起管道连接处松动漏水，加剧了水的浪费。在高层建筑中，高区的供水还必须由水泵提供，提升这部分无效水量又直接造成了电能的浪费。二是给排水管道及附件的损坏现象普遍存在。给排水管道的老化及生锈，阀门、水表、龙头等的破损导致水量的损耗。给水管道在管子接缝处及法兰、阀门连接处都会有不同程度的漏水现象。尤其埋于地下的管道破裂漏水更不易被发现，造成极大的水资源浪费；其次是给水附件的不合理选择，造成实际出流量远大于需要的用水量，造成水量的浪费。三是加压贮水系统选择不合理。当前，很多高层建筑的消防加压系统一般都是各号楼单独设置,这就造成工程建设和设备投资及运转费用过高,并且多座贮水池的大消防贮水及定期换水也造成了严重的水电资源的浪费。再加上一些设计人员只求符合设计规范，没有考虑到设备及管道的投资以及后期运转上的资源消耗。比如给水方式选择的不合理，给水分区的不合理，以及选择水泵机组的不合理都造成了不同程度资源的浪费。
1、将高层建筑给水系统进行分区
高层建筑物高度高，仅靠室外管网的供水压力，通常是无法满足较高楼层用水点的水压要求的，工程中需要采用增压设备辅助供水，以产生更大的水压。如果给水系统不进行竖向分区，则底层卫生器具将承受相当大的静水压力，从而会带来一系列的问题：一是下层给水龙头流量过大，水流呈喷溅状，不仅造成浪费，而且影响使用；二是上层给水龙头流量过小，甚至出现负压抽吸现象，造成回流污染；三是下层管网由于承受压力巨大，关阀时易产生水锤，轻则产生噪音和振动，重则使管网遭受破坏；四是下层阀件容易磨损，造成渗漏。如果使管材和设备在这种高压力下工作，还会造成管材和设备的损坏。实践证明，对高层建筑实行分区供水，不仅是解决上述问题的有效方法，也是最为合理的方法。但是，分区压力值也要选择合理，分区压力值过高，仍会产生以上弊端；分区压力值过低，又会使分区数量增多，增加给水设备、管道的工程造价及维修管理工作等。因此，高层建筑给水系统竖向分区应根据使用要求、管材质量、卫生器具配件所能承受的工作压力，结合建筑层数合理划分。
2、分建生活、消防水池（箱）
高层建筑如果合建贮水池(箱)，对生活用水来说，水质更新时间长。特别对于高层建筑地下合建贮水池(箱)，按规定需要贮存室内、室外消防用水，而生活用水往往占总贮水量不足20%，更新水的时间过长，远远超过24h，使水中余氯不足，造成细菌及藻类繁殖。所以，为保证水质，必须二次加氯，使运行费用增加，管理麻烦。此外，合建贮水池也给定期检查试运行消防泵带来困难。特别是消防管路同时连接多幢楼的水箱时，因每幢楼用水不均匀，造成水位缓慢变化，水位在达到平衡的过程中，水流无法使止回阀严密关闭，造成渗漏而污染水质。只有独立设计生活贮水池和消防贮水池，才能从根本上消除对生活用水的水质污染；即使在试运行消防泵时，只要把排水直接放回消防贮水池中，既能保证生活贮水池的清洁又节约用水。分建水池便于水池在地下室中的布置，设计具有更大的灵活性。分建贮水池，总的贮水容积数并没有随池数增加而变化。许多工程因受地形限制，地下室形状极不规则。设备用房均布置在形状不规则、不影响停车车位的地方。如果采用生活、消防合建贮水池要使池底、池壁、池顶均达到生活用水贮水池标准非常困难。采用分建生活、消防贮水池后，只需找出一块面积很小、上部条件较好的位置布置生活水池，其余部分用作消防贮水池，同时利用地下室的底板、侧壁、顶板作为消防水池的围护结构，虽然管线布置相对复杂了一些，但综合考虑后仍降低了造价，充分利用了地下室空间，经济效益相当可观。
3、利用无负压给水方式
无负压给水设备是在传统变频调速给水设备的基础上研制和发展起来的，主要由稳流补偿器、真空抑制器、水泵、控制柜、控制仪表、管道、阀门等组成。无负压变频恒压供水系统的水泵是直接连接在市政管网上，充分利用市政管网余压，节能效果好，不需要建造蓄水池，直接与市政管网连接，没有水质的二次污染。无负压变频恒压供水有着水泵-水箱联合供水和普通变频恒压供水不可比拟的优势，有很大的节能潜力，在人们对水质要求越来越高，并且更加注重节能的社会，是未来高层建筑供水方式的发展方向。无负压变频恒压供水是在变频恒压供水设备上发展起来的，它主要由无负压调节罐、水泵、气压罐、智能控制系统等组成。就它的工作原理介绍如下：自来水管网的水直接进入调节罐，罐内的空气从真空消除器内排出，待水充满后，真空消除器自动关闭。当自来水能够满足用水压力及水量要求时，设备通过旁通止回阀向用水管网直接供水；当自来水管网的压力不能满足用水要求时，系统通过压力传感器（或压力控制器、电接点压表）给出起泵信号起动水泵运行。水泵供水时，若自来水管网的水量大于水泵流量，系统保持正常供水；用水高峰期时，若自来水管网水量小于水泵流量时，调节罐内的水作为补充水源仍能正常供水，此时，空气由真空消除器进入调节罐，消除了自来水管网的负压，用水高峰期过后，系统恢复正常的状态。若自来水管网停水而导致调节罐内的水位不断下降，液位探测器给出水泵停机信号以保护水泵机组。真空消除器是本设备的核心，依靠它消除管网中负压，从而不影响周围用水，保护管网与设备，达到市政供水的要求。作为一种新型的供水方式，无负压变频恒压供水方式有它独到的特点和优势：水质安全、卫生；充分利用原有管网的压力节能；设备管理方便、简单；投资少、运行成本低；施工周期短，安装简单；占地面积小，检修方便。
4、充分利用太阳能资源
太阳能作为清洁能源，取之不尽，用之不竭，是节能的重要的途径。而今太阳能对于供水最有效的利用就是太阳能热水器，太阳能热水器是由集热器、储水箱、给水箱、循环管、循环泵、配水管等组成。我国大部分地区均处北纬40度以北，日照时间较长，均适合推广太阳能热水器。例如笔者曾接触到一个高层住宅小区工程，该工程合理地把太阳能运用到了高层住宅建筑供水中，在此小区中，通过利用太阳能，用户平均每日节约电量达7度之多，小区全年同比节约用电237万度，相当于年节约标准煤近1000吨。
三、结语
如何有效提高高层建筑给排水系统能量利用率，减少无效能耗，以及减少经济方面的投入，成为了高层建筑给水设计的重点和难点。因此，在建筑给水系统的设计中如何做到系统优化、节水节能，减少不必要的水资源浪费，又能节约资金投入的成本，是建筑给水工作中有待解决的问题。