近几年,住建部全面推进建筑节能和推广绿色建筑,绿色建筑日益普及。绿色建筑是在全寿命期内,最大限度地节约资源(节能、节地、节水、节材)、保护环境、减少污染,为人们提供健康、适用和高效的使用空间,与自然和谐共生的建筑。绿色建筑的室内布局尽量减少使用合成材料,充分利用阳光,节省能源,为居住者创造一种接近自然的感觉。以人、建筑和自然环境的协调发展为目标,在利用天然条件和人工手段创造良好、健康的居住环境的同时,尽可能地控制和减少对自然环境的使用和破坏,充分体现向大自然的索取和回报之间的平衡。

　　 本文结合已通过审批的二星级绿色建筑设计案例,较全面地介绍二星级绿色建筑给水排水专业应有的设计内容。由于该工程地处闹市,用地面积紧张,室外无景观水体且绿地和屋面面积有限,设计雨水回收利用系统和太阳能热水系统规模均较小,较难实现很高的经济效益,因此仅介绍绿色建筑的设计要点供同类工程参考。

　　 本建筑位于武汉市中南路(见图1),总建筑面积为6.8万m²,地下3层,地上22层,总高度约为99.3m,用地面积8 824 m²,建筑占地面积2 700m²,绿地面积3 400m²,建筑密度为30.6%,绿地率为38.5%。

　　 根据《绿色建筑评价标准 》(GB/T 50378-2014,以下简称 “绿建标准”),绿色建筑的达标内容有控制项和评分项,控制项为绿色建筑的必备条件;评分项是确定星级的判断标准,绿色建筑分为一、二、三星级,每类指标的评分项得分不应小于40 分,当总得分分别达到50 分、60 分、80 分时,绿色建筑的等级分别为一星级、二星级、三星级。

　　 受结构形式、室外环境和室内用水条件限制,并综合考虑投资成本,对照“绿建标准”相应条款,给排水专业确定设计达标内容如下。

　　 节水与水资源利用章节全部为给排水专业设计内容,其中3个控制项为:制定水资源利用方案,统筹利用各种水资源;设置合理、完善、安全的给排水系统;采用节水器具,以上内容本工程均能达标。评分项达标内容和得分详见表1。

　　 本项目节水与水资源利用指标总得分超过60分,达到二星级绿色建筑的标准。

　　 本工程顶层淋浴间和5层食堂有热水需求,其余部分无热水需求,设计采用太阳能作为热源,在现有屋面条件下布置集热器,产生的热水量不低于建筑生活热水量的21%,可满足“绿建标准”5.2.16条要求,得4分。

　　 (1)管材及阀门。本工程室内给水管、热水管采用薄壁不锈钢管及管件,采用承插式氩弧焊连接;室外给水采用钢丝网骨架聚乙烯复合管,电热熔连接。上述管道承压能力强,接口牢固,管道内壁光滑、阻力小,可有效防止漏损和对供水产生二次污染。阀门要求采用性能高、零泄漏阀门。

　　 (2)所有水池和水箱设置超高或溢流水位报警和自动切断功能,防止进水管阀门故障时水池和水箱长时间溢流排水。

　　 (1)合理分区,充分利用市政管网压力。本工程地下3层,地上22层,建筑高度约99.3m。市政管网供水压力为0.18 MPa,地下3层~地上1层为Ⅰ区,充分利用市政供水压力,由城市管网直接供水,2层以上采用加压供水,2~11层由变频供水设备供水;12~22 层采用水泵- 水箱联合供水的供水方式。这样就能保证减压分区不多于1区,避免串联减压造成的能源浪费。根据《建筑给水排水设计规范》(GB 50045-2003,2009 年版)3.3.5 条规定的系统分区压力控制要求,其中12~17层为减压阀供水,保证每区供水压力不大于0.30 MPa,在入户管表前设支管减压阀,控制出水点压力不大于0.2 MPa,可以大大节约用水。

　　 (2)控制冷热水压力平衡。顶层淋浴房和5层厨房热水系统分设太阳能热水供应系统,两个系统均采用立管和支管循环形式,保证用水点出水温度达到使用温度40 ℃时的放水时间不超过10s,避免了热水使用前需要放掉大量冷水的不节水现象。供水系统设置热水机械循环泵,冷、热水呈同程布置保证最不利用水点冷热水压差不大于0.02MPa,保证用户随时能取用合适温度的热水,用水舒适同时又节水。

　　 本项目在以下位置设置水表:(1) 市政进水管;(2)生活给水高低区加压水泵出水管、冷却循环水补水泵出水管;(3)5 层厨房冷水总水管、热水总管;(4)顶层淋浴冷水总水管、热水总管处;(5)室外绿化供水总管(雨水回用出水管);(6)雨水回用清水池补水管;(7)各层卫生间、水吧支管。

　　 市政进水总管和各系统水泵出水总管上的水表采用远传水表,将所有数据输入大楼内BAS系统,以达到漏水探查和监控的目的,实现智能管理,有利于及时查漏,节约用水。

　　 用水器具是给水系统的终端,向用户完成最终配水。节水器具的选用是节水节能的一个重要环节。作为绿色建筑,所有用水器具应满足CJ164《节水型生活器具》及GB 18870《节水型产品技术条件与管理通则》的要求,根据建筑内设置洁具类型对洁具作出以下节水设计要求:(1)洗脸盆等卫生器具采用陶瓷片等密封性能良好的耐用水嘴;(2)坐式大便器采用两档冲洗水箱;(3)蹲式大便器采用脚踏式延时自闭冲洗阀;(4)洗脸盆、小便器采用感应水嘴或冲洗阀;(5)水嘴和淋浴器设置限流配件。所有用水器具的用水效率均应满足国家规定的用水效率限定值及用水等级。

　　 综合考虑水源、维护管理、气候、地形、植物种类等各因素,室外绿化喷灌采用地上式自动喷灌方式。喷灌控制系统是由电磁阀、有线控制器、ET系统组成。共分3组轮灌区,控制器编定程序,指定每个灌区的开启时间点以及喷灌持续时间,实现自动轮灌的效果,同时通过气候传感器组探测到喷灌区空气温度、湿度、阳光等,调节优化轮灌效果。

　　 根据室外绿化布置,分为3组喷头,绿地喷头工作压力为0.275MPa,每一组采用电磁阀控制,根据每组喷头额定流量和喷头数量,3组电磁阀出流量分别为5.0m³/h、6.2m³/h、4.7m³/h。

　　 根据《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》(2009年版)表14.3.1~1,本工程所在地土壤为粘土,允许灌水强度为10 mm/h,实际喷水强度为(5+6.2+4.7)/3.4=4.67(mm/h),满足 “绿建标准”要求。

　　 (1)本工程生活给水分成高低两个区进行加压供水,高区为泵、箱供水方式,低区为变频供水。另外,空调冷却水补水系统由独立泵组加压补水,补水泵为变频控制。

　　 水泵选型保证在高效区运行,并选择Q -H特性曲线为随流量增大其扬程逐渐下降的水泵,这样的水泵工作稳定,并联工作可靠。

　　 (2)冷却塔采用超低噪音冷却塔,该冷却塔冷效高、飘水少、噪声低,循环冷却水系统设置旁流式水处理器。

　　 (3)5层厨房隔油装置选用成套隔油器,该产品具有加热功能,可以保持油脂的流动性,有利于油、水分离。独立排渣筒和集油桶方便废油废渣的清除,减少维护管理过程中的冲洗用水量,是一种节能节水的隔油装置。

　　 武汉市雨量充沛,多年平均年降雨量1 256mm,降雨多集中在4~8月。1年一遇日降雨量为61.3mm。

　　 根据以上降雨量资料可见,武汉市降雨充沛,且全年都有降雨,3~10 月降雨量都在70 mm以上,分布较为均匀,降雨量最大的月份集中在每年4、5、6、8月,这与本建筑用水量分布正好吻合。另外,《民用建筑节水设计标准》(GB 50555-2010,以下简称“节水标准”)5.2.2条:雨水收集回用系统宜用于年降雨量大于400 mm的地区,常年降雨量超过800mm的城市应优先采用屋面雨水收集回用方式。根据武汉市年降雨条件,本工程设计雨水收集回用系统,收集对象为屋面雨水,将可以实现较高的利用效率。

　　 降雨的随机性很大,回收水源不稳定,雨水储蓄和设备经常闲置,因此尽可能简化处理工艺,以便满足雨水利用的季节性,节省投资和运行费用。考虑武汉市环境质量较差,回用水用于绿化浇洒和道路冲洗,喷洒水可能直接接触人体,综上所述水处理工艺流程见图2。

　　 本工程可利用屋面总汇水面积为2 500m²,雨水径流量按武汉市1 年一遇重现期降雨计算,见式(1)。

　　 式中W_s———雨水径流总量,m³;

　　 h_y———设计日降水量,mm;1年一遇重现期降雨量为61.3mm。

　　 ψ_c———暴雨径流系数(屋面按0.90);

　　 δ———初期雨水弃流厚度,取3mm;

　　 F———汇水面积,取2 500m²。

　　 则可回用的雨水径流总量为W_s=0.90×(61.3-3)×2 500/1 000=131.2(m³)。

　　 一个既定汇水面的全年雨水回用量受诸多工程设计参数的影响,如回用管网的用水规模、雨水蓄水池容积、实际的汇水面积等,这些参数中只要有一个匹配得不好,设计取值相对偏小,则全年回用水量就随之减小。如一个项目的回用管网的用水量相对偏小,但汇水面积和蓄水池取值很大,在雨季收集的雨水不能及时耗用,蓄水池无法储蓄下一场降雨的雨水径流,则雨水回用量就会因雨水用户(管网)的规模偏小而减少。而蓄水池的有效容积过小,则会导致汇水面积偏小,每一场降雨径流都不可能完全利用,全年雨水回用量当然会减小。因此《建筑与小区雨水利用工程技术规范》(GB 50400-2006)7.1.2 条规定 “回用系统的最高日设计用水量不宜小于集水面日雨水设计径流总量的40%”,《全国民用建筑工程设计技术措施给水排水》(2009版)规定:当最大日用水量不足雨水径流总量的40% 时,雨水储存量可按回用系统的日用水量的3 倍取值。 因此,根据实际工程经验雨水储存量可按回用系统的日用水量的3~5倍取值。

　　 本工程日用水量为8.4m³,不足雨水径流量的40%,因此,按日用水量的3~5倍确定蓄水池的容积,在室外设有效容积40m³的钢筋混凝土蓄水池1座。

　　 蓄水构筑物在发生超过设计能力降雨、连续降雨或某种故障状态时,池内水位可能迅速超过溢流水位发生溢流,溢流形式可采用重力溢流或抽升溢流,设备抽升溢流时排水设备的排水能力应按不低于50年的降雨重现期设计,设备投资大且存在后期运行费。工程设计中经常将机房和水池设于地下水泵房内,这样对后期管理要求很高,管理不到位将可能产生地下室被淹的安全隐患。最安全的措施是将蓄水池、弃流设施设于室外,与地下室空间完全隔开,使雨水完全不进入地下室。

　　 本工程在室外设地下式钢筋混凝土蓄水池1座,有效容积40m³,并且设有重力流溢流管,水池顶部检修人孔设在室外较隐蔽处,此种设计方式既安全又节约,后期管理方便。蓄水池底部设有沉淀区,能够较好地将雨水中的固体颗粒沉淀于池底,通过池内设置的潜水泵定期抽排清除。水处理机房和蓄水池布置见图3。

　　 根据“节水标准”表3.1.6,武汉地区按暖季型草坪,一级养护,取灌水定额0.28m³/(m²·a),绿化浇洒年用水量为952 m³;道路冲洗用水定额0.50L/(m²·次),年冲洗次数按30次计算,年冲洗用水量为47.4m³。根据“节水标准”公式5.2.4雨水回收水量平衡分析见表2。

　　 室外钢筋混凝土蓄水池,收集屋面雨水进行资源化回收利用。当降水不满足用水水量要求时,开启市政补水管电磁阀补充自来水。

　　 用水安全保障措施包括:水质安全保障、水量安全保障、卫生安全保障;在水处理、储存、输配等环节中采取安全防护和监(检)测控制措施。本工程在雨水回用系统中采取了以下安全保障措施:

　　 (1)再生水管道和阀门井均标有“非饮用水”字样,室外自动喷灌取水阀,设置带锁装置,雨水收集水池、阀门、水表、给水栓、取水口均有明显的“非饮用水”字样。

　　 (2)雨水储存池和清水池设有液位自动控制装置和计量水表,能自动控制水处理设备和补水装置的启停,清水池补水管上设有倒流防止器,避免回流污染生活饮用水源。

　　 (3)雨水处理消毒剂选用浓度为10%次氯酸钠溶液,工程配备相应水质取样、化验等检测设施,定期检测pH、余氯量等指标,使经处理后的雨水满足城镇杂用水水质控制指标,不对人体健康和周围环境产生影响。

　　 (4)再生水管道与给水管、排水管道平行敷设时,水平净距不小于0.5 m;交叉埋设时,再生水管道在给水管的下面,在排水管的上面,净距不小于0.5m,避免在输水过程中回用水污染饮用水。

　　 本项目的职工食堂和顶楼卫生间的淋浴间(专供职工运动后淋浴用)设有生活热水,热水的年需求量为8 249m³(60 ℃)。采用太阳能供热,考虑全年阴雨和冬天不能利用太阳能时间为6个月,设计太阳能热水系统年产热水(60 ℃)量为1 732.29m³,太阳能系统可提供21%的生活热水。

　　 本工程根据食堂和淋浴用水的用水特点和位置,分为2个系统进行设计,已经有很多文章对太阳能热水系统设计进行过探讨,本文在此不再过多阐述。

　　 目前,绿色建筑给水排水专业设计的关键环节是非传统水源利用,需要在方案规划阶段充分了解项目所在地的市政给排水条件、水资源状况、气候特点,结合区域的客观环境对水环境进行系统规划,确定非传统水源利用方式,编制水量计算和水量平衡表,制定水系统规划方案,提高水资源循环利用率,减少市政供水量和污水排放量。