建筑节水措施探讨

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摘要： 从建筑给水系统的设计﹑建筑中水回用﹑节水器具的合理配置等角度，研究探讨了建筑节水应采取的技术对策。
关键词： 隐形水量浪费 超压出流 废水利用

　　Discussion on Architecture Water Saving Measure

　　Zhang Bingbing Pan Junjie Zhang Xiangzhong

　　（Civil 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

　　水是关系到人类生存发展，具有战略意义的资源。联合国的一项名为“综合评估世界淡水资源”的最新研究指出：目前，世界上约有三分之一的人生活在淡水资源缺乏的环境中，而如果人们继续像现在这样节制不力用水的话，则三十年后贫水人口数将可能达到三分之二。地球上有百分之九十七的水属于不可饮用的水，而余下的百分之三的水资源中又有三分之二在冰川雪原。直接供人们使用，人们可利用的江，河，湖泊及地下水的总量仅占地球中水量中极微小的比例。

　　当前我国日益严重的水资源短缺和水环境污染情况，不仅困扰国计民生，并已成为制约社会经济可持续发展的重要因素。据水利部统计：90年代以来，我国城市缺水范围不断扩大，缺水程度不断加剧，全国670座建制城市中有400 座不同程度的缺水，110座严重缺水。正常年份全国城市缺水60亿万m3。2000年由于我国北方地区春、夏连旱，严重影响了城市供水。据国家防总办公室统计，今夏已有100多个县级以上城市被迫限时限量供水。据不完全统计，我国由于缺水所造成的经济损失每年都达到数百亿之巨。面对缺水的现状，节约用水已成为我国的基本国策。

　　1. 水量浪费的隐患

　　如何实施节水的国策是值得我们每一个人认真思考并予以重视的问题。笔者主要从建筑节水的角度分析和统计，水量的浪费主要有以下几个方面：

　　1.1． 传统卫生器具的使用

　　笔者对家庭便器冲水量的调查（见表一）显示，在约四分之一左右的家庭中现在还在使用9L的座便器。据统计，便器冲洗用水约占居民生活用水的30％～40％，如果能以6L水系统代替现在使用的9L水及以上的便器，按每户3口，平均每天使用12次计算，每户年节约用水31吨。以近年全国年竣工4亿m2城镇住宅计，每年共需配置800万个坐便器，每年将节约用水量1.05万吨，节省供水设施投资和污水处理投资19亿元。若将现有坐便器系统一亿套有计划地进行改造，一年可节水31亿吨， 其经济效益和社会效益将十分巨大

　　表一家庭便器冲水量调查结果

　　 冲水量（L） 　　 9L（含9/6L） 　　 6L 　　 6/3L 　　 3L（含3/1L） 　　 数量（台） 　　 50 　　 138 　　 22 　　 7 　　 百分比 　　 23.1 % 　　 63.9 % 　　 10.2 % 　　 2.8 %

　　从本课题组对陶瓷阀芯水龙头﹑90°启闭普通水龙头和普通铸铁水龙头在各种不同静压下的出流量（见表二）试验，可以看出，在相同静压条件下节水型水龙头（陶瓷阀芯水龙头）的出流量约为90°启闭普通水龙头的1/2，为普通铸铁水龙头的1/3。实测试验表明，陶瓷阀芯水龙头和普通水龙头在全开状态下，前者的出流量约后者出流量的1/3~1/2，即在同一压力下，节水龙头具有较好的节水效果，节水量从3％～50％不等，且在静压越高，普通水龙头出水量越大的地方，节水龙头的节水量也越大。

　　表二 各种水龙头不同静压下的出流量

　　 静压P(Mpa) 　　 0.05 　　 0.10 　　 0.20 　　 0.30 　　 0.40 　　 0.50 　　 0.60 　　 陶瓷阀芯水龙头 　　 0.0713 　　 0.0902 　　 0.1154 　　 0.1354 　　 0.1514 　　 0.1613 　　 0.1743 　　 90°启闭普通水龙头 　　 0.1361 　　 0.1897 　　 0.2459 　　 0.2933 　　 0.3298 　　 0.3660 　　 0.4044 　　 普通铸铁水龙头 　　 0.2136 　　 0.2645 　　 0.3288 　　 0.3838 　　 0.4466 　　 0.4968 　　 0.5320

　　注：表中流量单位为L/s，试水管径15mm。

　　1.2． 超压出流

　　卫生器具给水额定流量是为满足使用要求，卫生器具给水配件出口在单位时间内流出的规定出水量。流出水头是保证给水配件流出额定流量，在阀前所需的静水压。给水配件阀前压力大于流出水头，给水配件在单位时间内的出水量超过额定流量的现象，称为超压出流现象，该流量与额定流量的差值为超压出流量。给水配件超压出流，不但会破坏给水系统中水量的正常分配，对用水工况产生不良的影响，同时因超压出流量未产生使用效益，为无效用水量，即浪费的水量。因它在使用过程中流失，不易被人们察觉和认识，属“隐形”水量浪费，至今未引起足够的重视。然而这种“隐形”水量浪费在各类建筑中不同程度的存在，其浪费的水量绝不亚于“显形”的漏水量。据实测，口径15mm水龙头每小时的滴漏量为3.6L，则20个水龙头一天的滴漏量为1728L。而测得某大学学生楼的楼首层卫生间口径15mm螺旋升降水龙头和陶瓷阀芯水龙头半开时的出水量（以0.16L/s作为半开时的额定值）分别达0.42L/s和0.21L/s^[3]，则理论无效水量分别为0.22 L/s和0.05 L/s，同样以20个龙头计，若每个龙头每天平均使用15min，则每天的理论无效用水量，前者为3960L大于20个同类龙头的滴漏水量，后者为900L，也相当于一天10个龙头连续滴漏的水量。我国的建筑量大、面广，若以其中配水龙头每年超压出流量累计，将是一个惊人的数据。

　　1.3． 卫生器具的渗漏

　　根据对217个座便器的渗漏情况进行的调查，发现其中197个不同程度的存在着渗漏现象，更有甚者存在滴漏的现象，严重浪费了大量的水。如平均以一个便器一天渗漏0.5L水计算，则全国现有一亿个便器一天就能浪费5万吨水，这相当于一个中小型水厂的产量。

　　2. 建议采取的一些措施

　　 建筑节水有三层含义：一是减少用水量，二是提高水的有效适用效率，三是防止泄漏。针对水资源的浪费隐患，提出以下解决办法供商讨。

　　2.1． 大力推广节水型器具

　　 配水装置和卫生设备是水的最终使用单元，它们节水性能的好坏直接影响着建筑节水工作的成效，大力推广使用节水器具是实现建筑节水的重要手段和途径。国家于2003年颁布的《6L水便器配套系统》中规定：6L座便器系统是一个在功能上有如下要求的配套系统：1.每次冲洗用水量小于或等于6L水；2.便器的内表面必须被全面冲洗，不得留有痕迹；3.要将粪便及手纸冲离便器，并通过排污横管(≤5m)冲到排污立管中；4.防臭存水弯中的水封水必须被置换。由此可见，节水型器具彻底解决了节水和管道堵塞的问题。如以6L水便器系统代替现在已有的9L水及以上的便器，以现有坐便器系统一亿套计算，一年可节水31亿吨， 其经济效益和社会效益将十分巨大。目前，欧美国家已强制执行“6L水标准”^[9]。针对我国严重的缺水形势，我国也要逐步推广此标准，直至强制执行。

　　据本课题组所做的超压出流试验表明，陶瓷阀芯节水龙头和普通水龙头在全开状态下，前者的出流量约后者出流量的1/3~1/2，即在同一压力下，节水龙头具有较好的节水效果，节水量从3％～50％不等，大部分在20％～30％之间。且在静压越高，普通水龙头出水量越大的地方，节水龙头的节水量也越大。

　　因此，建议在建筑中（尤其在水压超标的配水点）安装使用节水型器具，减少水量的浪费。

　　2.2． 合理限定配水点的水压

　　由于超压出流造成的隐形水量浪费并未引起人们的足够重视，因此在我国现行的《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003中虽对给水配件和入户支管的最大压力做出了一定的限制性规定，但这只是从防止给水配件承压过高会导致损坏的角度考虑的，并未从防止超压出流的角度考虑，因此压力要求过于宽松，对限制超压出流基本没有作用。笔者认为，应根据建筑给水系统超压出流的实际情况，对给水系统的压力作出限定。

　　笔者结合现在普遍存在的两卫一厨住宅（见下图）简单计算了住户进户管处所需的给水压力。住户进户管处的给水压力由公式H=H₁+H₂+H₃+H₄来计算^[4]

　　式中 H―――住户进户管处所需的水压，kpa

　　 H₁―――引入管起点至配水最不利点位置高度所要求的静水压，kpa

　　 H₂―――引入管起点至配水最不利点的给水管路即计算管路的沿程与局部水头损失之和，kpa

　　 H₃―――水流通过水表时的水头损失，kpa

　　 H₄―――配水最不利点所需的流出水头，kpa

　　图中各管段的水力计算如下：

　　根据建筑给水排水设计规范GB50015－2003，对于普通住宅类建筑，按公式计算最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率：

　　式中 U₀――生活给水管道的最大时卫生器具给水当量平均出流概率（％）；

　　 q₀――最高用水日的用水定额（L/人·d）；

　　 m――每户用水人数；

　　 K_h――小时变化系数；

　　 N_g――－每户设置的卫生器具给水当量数；

　　 T――用水时数（h）；

　　

　　 对于如上图所示的普通Ⅱ型住宅，取q₂=250 L/人·d；m=3.5人；K_h=2.5；T=24h。上图中N_g=6，则最大用水时卫生器具给水当量平均出流概率为：

　　取U₀=2.1% 用内插法查给水管段秒设计流量表得各管段的设计秒流量如下：

　　给水管网水力计算表

　　 管段编号 　　 当量总数Ng 　　 设计秒流量 qg (L/s) 　　 管径DN (mm) 　　 流速 　　V　　(m/s) 　　 每米沿程水头损失　　i 　　(kpa/m) 　　 管段　　长度　　L 　　(m) 　　 管段沿程水头损失h_y=i*L (kpa) 　　 管段沿程水头损失累计　　∑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：计算所用管材为镀锌钢管

　　由上图和管段的水力计算结果知，该住宅的配水最不利点为阳台的洗衣机水龙头，则H₁=12-3=9kpa（阳台洗衣机水龙头标高为1.2m，入户管标高为0.3m）；取管段的局部水头损失为沿程水头损失的30％，则H₂=1.3×25.61=33.29kpa；

　　水表安装再管段4－5上，由q_4-5=0.50L/s=1.8m³/h,选20mm口径的水表，其公称流量2.5m³/h>q_4-5= 1.8m³/h,最大流量为5m³/h，所以水表的水头损失为

　　

　　根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003，取家用洗衣机水嘴的流出水头为50kpa.

　　则住户进户管处的给水压力为H=H₁+H₂+H₃+H₄=9+33.29+12.96+50=105.25kpa

　　同理，对于单卫，经计算，住户进户管处的给水压力为H=94.6kpa

　　结合计算和各种其它的影响因素如各户的管道布置形式不同等，并考虑预留一定的富余水压，我们认为家庭入户管（或公共建筑配水横支管）的工作压力限值应为0.15Mpa，工作压力大于上述限定时，应采取减压措施：在需要减压的各层设置不同孔径的减压孔板，以消耗过剩的压力；或在需要减压的各个入户支管上设置减压阀。

　　2.3． 规范建材行业

　　由于现在建材行业还不够规范，尤其是作坊类小厂不按国家标准使用材料，往往偷工减料，比如水箱中进出水口的密封圈按国家标准应该用硅胶，他们却用再生胶或一些胶的废料来代替；本来水箱中的五金件应该用黄铜，可是那些不规范的厂家为了降低成本，在黄铜中渗入氧化铝，这样就造成了五金件的耐硬度不能满足实际要求，如果长期在水中冲泡，出水口的边缘就会冲出许多细小的沟壑，这样就算再用力挤压密封阀也是无济于事，必须重新更换新的五金器件。再则，我国的五金件在加工上也存在着质量差，精度低的问题，如有气孔、加工不平、可见度、光洁度、平整度不能达到要求，这都会影响阀座与阀盖的密封性。因此，要想节水，要先从建材抓起。材料﹑加工质量过关了，才可能出现真正节水的卫生器具。

　　2.4． 专业安装卫生器具

　　座便器的节水性能关键在于整个冲洗系统协调设计及安装。要想控制节水座便器的节水效果，只有厂家将座便器水箱以及水箱配件（给水阀，连接管，进水阀，排水阀，操纵机构）在产品出厂前组装好，进行完整的销售。座便器的使用功能，质量及售后技术服务的责任才能明确。只有配套供应市场，才能达到节水效果。这样做可以避免由于非专业人员误操作安装造成的座便器漏水，以及由此产生的质量纠纷问题。

　　2.5． 废水利用

　　目前，我国大部分城市的冲厕用水都是用自来水，这不仅浪费了大量的水资源，也增加了给水厂和污水处理厂的负担。为此，可以大力发展中水设施。中水设施是指将民用建筑物或建筑小区内使用后的各种排水如优质杂排水，冷却水及雨水等经过适当处理后，回用于建筑物或建筑小区内，作为杂用水的供水设施。据息，现在全国已经建立了多处中水设施，仅北京就有1000多处，但现有的中水设施大多建于宾馆，高校，其水源基本也仅为浴室的洗浴废水。为了加强中水设施的建设，北京市2001年6月发布了关于加强中水设施建设管理的的通告^[5]（以下简称“通告”）为大力发展建筑中水设施奠定了基础，但要真正使这一工作更加深入和普及，还应采取以下措施：

　　2.5.1 尽快制定并实施新的回用水水质标准

　　目前建筑中中水回用执行的是现行的《生活杂用水水质标准》，该标准中总大肠菌群的要求与《生活饮用水卫生标准》相同，比发达国家及我国适用于游泳区的Ⅲ类水质标准还严格。这样就导致两个问题：一是许多现有中水工程根本达不到该标准；二是由于达标具有一定的难度，限制了中水工程的推广和普及。因此希望尽快制定该标准的适宜限值，并尽快颁布实施，以降低中水工程的投资和处理成本。

　　2.5.2 规范中水设施的设计规模

　　 通告对需设置中水设施的建筑和小区规模全部有了量化要求，但并未对中水设施的规模进行限定，这样就可能出现建筑面积相同而中水设施规模差异很大的现象，因此应逐步规范中水设施的设计规模，其大小应按照建筑或小区的优质杂排水量的百分数来确定。

　　2.5.3 推广计算，管理，经济综合优化的新处理工艺

　　建筑中水处理技术不但要求处理效果稳定可靠，运行管理简单方便，还应在经济上具有一定优势。在北京﹑上海等一些大城市，用地非常紧张，节省占地面积就意味着节省工程投资。因此应综合各种因素，推广技术﹑管理﹑投资﹑处理成本及占地等方面综合优化的新的中水处理工艺，如一体式膜处理反应器。

　　2.5.4 在家庭中推广小型的废水处理装置

　　在家庭中推广各种小型的废水处理装置，如废水处理净化槽，将上层住宅的洗浴和厨房的优质废水经过简单的处理，供下层住宅冲厕使用。这对改造现有未设置中水设施的建筑可以取得很好的效果。

　　2.5.5 充分利用雨水

　　 现在我国的大多数建筑都将屋顶的雨水直接排入市政雨水管道，这不仅增加了市政雨水管道的承受能力，加大了管径﹑增加了造价，同时也是一种对水资源的浪费。笔者认为，可以由管道把屋面排下的雨水引入设在地下的雨水沉砂槽，然后将经沉积的雨水流入蓄水槽，由水泵送入杂用水蓄水池，最后提升到中水管道，供冲洗厕所或小区的绿化等使用。

　　3． 结语

　　建筑节水工作涉及到建筑给水排水系统的各个环节，建筑节水各方面的措施是相互联系、相互制约、相辅相成的，必须把建筑节水工作作为一个系统来抓。首先应从给水系统的设计上限制超压出流的产生；其次对已使用过的废水进行处理回用；同时还应合理配置节水器具等硬件设施。只有这样才能获得最大的节水效果。

　　参考文献：

　　1．付婉霞,曾雪华. 建筑节水的技术对策分析[J].给水排水, 2003,29(2):47-53

　　2．赵文耕. 住宅用节水器具简介[J].给水排水, 2005,37(2)48-51

　　3．付婉霞,刘剑琼,王玉明. 建筑给水系统超压出流现状及防治对策[J].给水排水, 2002,28(10):48-51

　　4．(GB50015－2003)建筑给水排水设计规范[S]. 北京:中国计划出版社,2003