建筑節(jié)水措施探討

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摘要： 從建筑給水系統(tǒng)的設計﹑建筑中水回用﹑節(jié)水器具的合理配置等角度，研究探討了建筑節(jié)水應采取的技術對策。
關鍵詞： 隱形水量浪費 超壓出流 廢水利用

　　Discussion on Architecture Water Saving Measure

　　Zhang Bingbing Pan Junjie Zhang Xiangzhong

　?。–ivil Engineering and Architecture College，Fuzhou University Fuzhou Fujian 350002）

　　Abstract: From such angels as follows, design of architecture water supply system, reuse of architecture draining water and reasonable disposition of water saving bathroom fixture, much discussion were carried out on architecture water saving measure.

　　Keywords: latent water wasting, exceed flowing owing to extra pressure, exploitation of waste water

　　0. 前言

　　水是關系到人類生存發(fā)展，具有戰(zhàn)略意義的資源。聯合國的一項名為“綜合評估世界淡水資源”的最新研究指出：目前，世界上約有三分之一的人生活在淡水資源缺乏的環(huán)境中，而如果人們繼續(xù)像現在這樣節(jié)制不力用水的話，則三十年后貧水人口數將可能達到三分之二。地球上有百分之九十七的水屬于不可飲用的水，而余下的百分之三的水資源中又有三分之二在冰川雪原。直接供人們使用，人們可利用的江，河，湖泊及地下水的總量僅占地球中水量中極微小的比例。

　　當前我國日益嚴重的水資源短缺和水環(huán)境污染情況，不僅困擾國計民生，并已成為制約社會經濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素。據水利部統(tǒng)計：90年代以來，我國城市缺水范圍不斷擴大，缺水程度不斷加劇，全國670座建制城市中有400 座不同程度的缺水，110座嚴重缺水。正常年份全國城市缺水60億萬m3。2000年由于我國北方地區(qū)春、夏連旱，嚴重影響了城市供水。據國家防總辦公室統(tǒng)計，今夏已有100多個縣級以上城市被迫限時限量供水。據不完全統(tǒng)計，我國由于缺水所造成的經濟損失每年都達到數百億之巨。面對缺水的現狀，節(jié)約用水已成為我國的基本國策。

　　1. 水量浪費的隱患

　　如何實施節(jié)水的國策是值得我們每一個人認真思考并予以重視的問題。筆者主要從建筑節(jié)水的角度分析和統(tǒng)計，水量的浪費主要有以下幾個方面：

　　1.1． 傳統(tǒng)衛(wèi)生器具的使用

　　筆者對家庭便器沖水量的調查（見表一）顯示，在約四分之一左右的家庭中現在還在使用9L的座便器。據統(tǒng)計，便器沖洗用水約占居民生活用水的30％～40％，如果能以6L水系統(tǒng)代替現在使用的9L水及以上的便器，按每戶3口，平均每天使用12次計算，每戶年節(jié)約用水31噸。以近年全國年竣工4億m2城鎮(zhèn)住宅計，每年共需配置800萬個坐便器，每年將節(jié)約用水量1.05萬噸，節(jié)省供水設施投資和污水處理投資19億元。若將現有坐便器系統(tǒng)一億套有計劃地進行改造，一年可節(jié)水31億噸， 其經濟效益和社會效益將十分巨大

　　表一家庭便器沖水量調查結果

　　 沖水量（L） 　　 9L（含9/6L） 　　 6L 　　 6/3L 　　 3L（含3/1L） 　　 數量（臺） 　　 50 　　 138 　　 22 　　 7 　　 百分比 　　 23.1 % 　　 63.9 % 　　 10.2 % 　　 2.8 %

　　從本課題組對陶瓷閥芯水龍頭﹑90°啟閉普通水龍頭和普通鑄鐵水龍頭在各種不同靜壓下的出流量（見表二）試驗，可以看出，在相同靜壓條件下節(jié)水型水龍頭（陶瓷閥芯水龍頭）的出流量約為90°啟閉普通水龍頭的1/2，為普通鑄鐵水龍頭的1/3。實測試驗表明，陶瓷閥芯水龍頭和普通水龍頭在全開狀態(tài)下，前者的出流量約后者出流量的1/3~1/2，即在同一壓力下，節(jié)水龍頭具有較好的節(jié)水效果，節(jié)水量從3％～50％不等，且在靜壓越高，普通水龍頭出水量越大的地方，節(jié)水龍頭的節(jié)水量也越大。

　　表二 各種水龍頭不同靜壓下的出流量

　　 靜壓P(Mpa) 　　 0.05 　　 0.10 　　 0.20 　　 0.30 　　 0.40 　　 0.50 　　 0.60 　　 陶瓷閥芯水龍頭 　　 0.0713 　　 0.0902 　　 0.1154 　　 0.1354 　　 0.1514 　　 0.1613 　　 0.1743 　　 90°啟閉普通水龍頭 　　 0.1361 　　 0.1897 　　 0.2459 　　 0.2933 　　 0.3298 　　 0.3660 　　 0.4044 　　 普通鑄鐵水龍頭 　　 0.2136 　　 0.2645 　　 0.3288 　　 0.3838 　　 0.4466 　　 0.4968 　　 0.5320

　　注：表中流量單位為L/s，試水管徑15mm。

　　1.2． 超壓出流

　　衛(wèi)生器具給水額定流量是為滿足使用要求，衛(wèi)生器具給水配件出口在單位時間內流出的規(guī)定出水量。流出水頭是保證給水配件流出額定流量，在閥前所需的靜水壓。給水配件閥前壓力大于流出水頭，給水配件在單位時間內的出水量超過額定流量的現象，稱為超壓出流現象，該流量與額定流量的差值為超壓出流量。給水配件超壓出流，不但會破壞給水系統(tǒng)中水量的正常分配，對用水工況產生不良的影響，同時因超壓出流量未產生使用效益，為無效用水量，即浪費的水量。因它在使用過程中流失，不易被人們察覺和認識，屬“隱形”水量浪費，至今未引起足夠的重視。然而這種“隱形”水量浪費在各類建筑中不同程度的存在，其浪費的水量絕不亞于“顯形”的漏水量。據實測，口徑15mm水龍頭每小時的滴漏量為3.6L，則20個水龍頭一天的滴漏量為1728L。而測得某大學學生樓的樓首層衛(wèi)生間口徑15mm螺旋升降水龍頭和陶瓷閥芯水龍頭半開時的出水量（以0.16L/s作為半開時的額定值）分別達0.42L/s和0.21L/s^[3]，則理論無效水量分別為0.22 L/s和0.05 L/s，同樣以20個龍頭計，若每個龍頭每天平均使用15min，則每天的理論無效用水量，前者為3960L大于20個同類龍頭的滴漏水量，后者為900L，也相當于一天10個龍頭連續(xù)滴漏的水量。我國的建筑量大、面廣，若以其中配水龍頭每年超壓出流量累計，將是一個驚人的數據。

　　1.3． 衛(wèi)生器具的滲漏

　　根據對217個座便器的滲漏情況進行的調查，發(fā)現其中197個不同程度的存在著滲漏現象，更有甚者存在滴漏的現象，嚴重浪費了大量的水。如平均以一個便器一天滲漏0.5L水計算，則全國現有一億個便器一天就能浪費5萬噸水，這相當于一個中小型水廠的產量。

　　2. 建議采取的一些措施

　　 建筑節(jié)水有三層含義：一是減少用水量，二是提高水的有效適用效率，三是防止泄漏。針對水資源的浪費隱患，提出以下解決辦法供商討。

　　2.1． 大力推廣節(jié)水型器具

　　 配水裝置和衛(wèi)生設備是水的最終使用單元，它們節(jié)水性能的好壞直接影響著建筑節(jié)水工作的成效，大力推廣使用節(jié)水器具是實現建筑節(jié)水的重要手段和途徑。國家于2003年頒布的《6L水便器配套系統(tǒng)》中規(guī)定：6L座便器系統(tǒng)是一個在功能上有如下要求的配套系統(tǒng)：1.每次沖洗用水量小于或等于6L水；2.便器的內表面必須被全面沖洗，不得留有痕跡；3.要將糞便及手紙沖離便器，并通過排污橫管(≤5m)沖到排污立管中；4.防臭存水彎中的水封水必須被置換。由此可見，節(jié)水型器具徹底解決了節(jié)水和管道堵塞的問題。如以6L水便器系統(tǒng)代替現在已有的9L水及以上的便器，以現有坐便器系統(tǒng)一億套計算，一年可節(jié)水31億噸， 其經濟效益和社會效益將十分巨大。目前，歐美國家已強制執(zhí)行“6L水標準”^[9]。針對我國嚴重的缺水形勢，我國也要逐步推廣此標準，直至強制執(zhí)行。

　　據本課題組所做的超壓出流試驗表明，陶瓷閥芯節(jié)水龍頭和普通水龍頭在全開狀態(tài)下，前者的出流量約后者出流量的1/3~1/2，即在同一壓力下，節(jié)水龍頭具有較好的節(jié)水效果，節(jié)水量從3％～50％不等，大部分在20％～30％之間。且在靜壓越高，普通水龍頭出水量越大的地方，節(jié)水龍頭的節(jié)水量也越大。

　　因此，建議在建筑中（尤其在水壓超標的配水點）安裝使用節(jié)水型器具，減少水量的浪費。

　　2.2． 合理限定配水點的水壓

　　由于超壓出流造成的隱形水量浪費并未引起人們的足夠重視，因此在我國現行的《建筑給水排水設計規(guī)范》GB50015-2003中雖對給水配件和入戶支管的最大壓力做出了一定的限制性規(guī)定，但這只是從防止給水配件承壓過高會導致損壞的角度考慮的，并未從防止超壓出流的角度考慮，因此壓力要求過于寬松，對限制超壓出流基本沒有作用。筆者認為，應根據建筑給水系統(tǒng)超壓出流的實際情況，對給水系統(tǒng)的壓力作出限定。

　　筆者結合現在普遍存在的兩衛(wèi)一廚住宅（見下圖）簡單計算了住戶進戶管處所需的給水壓力。住戶進戶管處的給水壓力由公式H=H₁+H₂+H₃+H₄來計算^[4]

　　式中 H―――住戶進戶管處所需的水壓，kpa

　　 H₁―――引入管起點至配水最不利點位置高度所要求的靜水壓，kpa

　　 H₂―――引入管起點至配水最不利點的給水管路即計算管路的沿程與局部水頭損失之和，kpa

　　 H₃―――水流通過水表時的水頭損失，kpa

　　 H₄―――配水最不利點所需的流出水頭，kpa

　　圖中各管段的水力計算如下：

　　根據建筑給水排水設計規(guī)范GB50015－2003，對于普通住宅類建筑，按公式計算最大用水時衛(wèi)生器具給水當量平均出流概率：

　　式中 U₀――生活給水管道的最大時衛(wèi)生器具給水當量平均出流概率（％）；

　　 q₀――最高用水日的用水定額（L/人·d）；

　　 m――每戶用水人數；

　　 K_h――小時變化系數；

　　 N_g――－每戶設置的衛(wèi)生器具給水當量數；

　　 T――用水時數（h）；

　　

　　 對于如上圖所示的普通Ⅱ型住宅，取q₂=250 L/人·d；m=3.5人；K_h=2.5；T=24h。上圖中N_g=6，則最大用水時衛(wèi)生器具給水當量平均出流概率為：

　　取U₀=2.1% 用內插法查給水管段秒設計流量表得各管段的設計秒流量如下：

　　給水管網水力計算表

　　 管段編號 　　 當量總數Ng 　　 設計秒流量 qg (L/s) 　　 管徑DN (mm) 　　 流速 　　V　　(m/s) 　　 每米沿程水頭損失　　i 　　(kpa/m) 　　 管段　　長度　　L 　　(m) 　　 管段沿程水頭損失h_y=i*L (kpa) 　　 管段沿程水頭損失累計　　∑h_{y 　　(kpa)} 　　 0～1 　　 1 　　 0.20 　　 15 　　 1.17 　　 3.540 　　 5.50 　　 19.47 　　 19.47 　　 1～2 　　 1.75 　　 0.27 　　 20 　　 0.84 　　 1.270 　　 1.20 　　 1.52 　　 20.99 　　 2～3 　　 4.25 　　 0.42 　　 25 　　 0.79 　　 0.822 　　 1.40 　　 1.15 　　 22.14 　　 3～4 　　 5 　　 0.46 　　 25 　　 0.87 　　 0.972 　　 2.40 　　 2.33 　　 24.48 　　 4～5 　　 6 　　 0.50 　　 25 　　 0.94 　　 1.130 　　 1.00 　　 1.13 　　 25.61

　　注：計算所用管材為鍍鋅鋼管

　　由上圖和管段的水力計算結果知，該住宅的配水最不利點為陽臺的洗衣機水龍頭，則H₁=12-3=9kpa（陽臺洗衣機水龍頭標高為1.2m，入戶管標高為0.3m）；取管段的局部水頭損失為沿程水頭損失的30％，則H₂=1.3×25.61=33.29kpa；

　　水表安裝再管段4－5上，由q_4-5=0.50L/s=1.8m³/h,選20mm口徑的水表，其公稱流量2.5m³/h>q_4-5= 1.8m³/h,最大流量為5m³/h，所以水表的水頭損失為

　　

　　根據《建筑給水排水設計規(guī)范》GB50015-2003，取家用洗衣機水嘴的流出水頭為50kpa.

　　則住戶進戶管處的給水壓力為H=H₁+H₂+H₃+H₄=9+33.29+12.96+50=105.25kpa

　　同理，對于單衛(wèi)，經計算，住戶進戶管處的給水壓力為H=94.6kpa

　　結合計算和各種其它的影響因素如各戶的管道布置形式不同等，并考慮預留一定的富余水壓，我們認為家庭入戶管（或公共建筑配水橫支管）的工作壓力限值應為0.15Mpa，工作壓力大于上述限定時，應采取減壓措施：在需要減壓的各層設置不同孔徑的減壓孔板，以消耗過剩的壓力；或在需要減壓的各個入戶支管上設置減壓閥。

　　2.3． 規(guī)范建材行業(yè)

　　由于現在建材行業(yè)還不夠規(guī)范，尤其是作坊類小廠不按國家標準使用材料，往往偷工減料，比如水箱中進出水口的密封圈按國家標準應該用硅膠，他們卻用再生膠或一些膠的廢料來代替；本來水箱中的五金件應該用黃銅，可是那些不規(guī)范的廠家為了降低成本，在黃銅中滲入氧化鋁，這樣就造成了五金件的耐硬度不能滿足實際要求，如果長期在水中沖泡，出水口的邊緣就會沖出許多細小的溝壑，這樣就算再用力擠壓密封閥也是無濟于事，必須重新更換新的五金器件。再則，我國的五金件在加工上也存在著質量差，精度低的問題，如有氣孔、加工不平、可見度、光潔度、平整度不能達到要求，這都會影響閥座與閥蓋的密封性。因此，要想節(jié)水，要先從建材抓起。材料﹑加工質量過關了，才可能出現真正節(jié)水的衛(wèi)生器具。

　　2.4． 專業(yè)安裝衛(wèi)生器具

　　座便器的節(jié)水性能關鍵在于整個沖洗系統(tǒng)協(xié)調設計及安裝。要想控制節(jié)水座便器的節(jié)水效果，只有廠家將座便器水箱以及水箱配件（給水閥，連接管，進水閥，排水閥，操縱機構）在產品出廠前組裝好，進行完整的銷售。座便器的使用功能，質量及售后技術服務的責任才能明確。只有配套供應市場，才能達到節(jié)水效果。這樣做可以避免由于非專業(yè)人員誤操作安裝造成的座便器漏水，以及由此產生的質量糾紛問題。

　　2.5． 廢水利用

　　目前，我國大部分城市的沖廁用水都是用自來水，這不僅浪費了大量的水資源，也增加了給水廠和污水處理廠的負擔。為此，可以大力發(fā)展中水設施。中水設施是指將民用建筑物或建筑小區(qū)內使用后的各種排水如優(yōu)質雜排水，冷卻水及雨水等經過適當處理后，回用于建筑物或建筑小區(qū)內，作為雜用水的供水設施。據息，現在全國已經建立了多處中水設施，僅北京就有1000多處，但現有的中水設施大多建于賓館，高校，其水源基本也僅為浴室的洗浴廢水。為了加強中水設施的建設，北京市2001年6月發(fā)布了關于加強中水設施建設管理的的通告^[5]（以下簡稱“通告”）為大力發(fā)展建筑中水設施奠定了基礎，但要真正使這一工作更加深入和普及，還應采取以下措施：

　　2.5.1 盡快制定并實施新的回用水水質標準

　　目前建筑中中水回用執(zhí)行的是現行的《生活雜用水水質標準》，該標準中總大腸菌群的要求與《生活飲用水衛(wèi)生標準》相同，比發(fā)達國家及我國適用于游泳區(qū)的Ⅲ類水質標準還嚴格。這樣就導致兩個問題：一是許多現有中水工程根本達不到該標準；二是由于達標具有一定的難度，限制了中水工程的推廣和普及。因此希望盡快制定該標準的適宜限值，并盡快頒布實施，以降低中水工程的投資和處理成本。

　　2.5.2 規(guī)范中水設施的設計規(guī)模

　　 通告對需設置中水設施的建筑和小區(qū)規(guī)模全部有了量化要求，但并未對中水設施的規(guī)模進行限定，這樣就可能出現建筑面積相同而中水設施規(guī)模差異很大的現象，因此應逐步規(guī)范中水設施的設計規(guī)模，其大小應按照建筑或小區(qū)的優(yōu)質雜排水量的百分數來確定。

　　2.5.3 推廣計算，管理，經濟綜合優(yōu)化的新處理工藝

　　建筑中水處理技術不但要求處理效果穩(wěn)定可靠，運行管理簡單方便，還應在經濟上具有一定優(yōu)勢。在北京﹑上海等一些大城市，用地非常緊張，節(jié)省占地面積就意味著節(jié)省工程投資。因此應綜合各種因素，推廣技術﹑管理﹑投資﹑處理成本及占地等方面綜合優(yōu)化的新的中水處理工藝，如一體式膜處理反應器。

　　2.5.4 在家庭中推廣小型的廢水處理裝置

　　在家庭中推廣各種小型的廢水處理裝置，如廢水處理凈化槽，將上層住宅的洗浴和廚房的優(yōu)質廢水經過簡單的處理，供下層住宅沖廁使用。這對改造現有未設置中水設施的建筑可以取得很好的效果。

　　2.5.5 充分利用雨水

　　 現在我國的大多數建筑都將屋頂的雨水直接排入市政雨水管道，這不僅增加了市政雨水管道的承受能力，加大了管徑﹑增加了造價，同時也是一種對水資源的浪費。筆者認為，可以由管道把屋面排下的雨水引入設在地下的雨水沉砂槽，然后將經沉積的雨水流入蓄水槽，由水泵送入雜用水蓄水池，最后提升到中水管道，供沖洗廁所或小區(qū)的綠化等使用。

　　3． 結語

　　建筑節(jié)水工作涉及到建筑給水排水系統(tǒng)的各個環(huán)節(jié)，建筑節(jié)水各方面的措施是相互聯系、相互制約、相輔相成的，必須把建筑節(jié)水工作作為一個系統(tǒng)來抓。首先應從給水系統(tǒng)的設計上限制超壓出流的產生；其次對已使用過的廢水進行處理回用；同時還應合理配置節(jié)水器具等硬件設施。只有這樣才能獲得最大的節(jié)水效果。

　　參考文獻：

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　　2．趙文耕. 住宅用節(jié)水器具簡介[J].給水排水, 2005,37(2)48-51

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