上海市绿色办公建筑运行水耗基准值分析
0 引言
建筑中的水耗是指保证建筑正常运行、建筑用户正常生产生活所消耗的总水量。绿色建筑的推广是解决水资源浪费的有效措施之一,《绿色建筑评价标准》(GB/T 50378-2019)对总用水量提出控制要求的同时也注重于相关技术和策略的应用。建筑设计阶段的给水量是根据各用水点的用水规模和《建筑给水排水设计规范》(GB 50015-2003,2009年版)中的用水定额进行计算,绿色建筑则参考《民用建筑节水设计标准》(GB 50555-2010)中的用水定额核算用水量。建筑运行阶段的实际水耗为建筑使用中的实际用水计量数据,该数值的水平情况没有相关系统性统计分析,设计值和实际值往往存在差异。目前绿色建筑认证中运行标识项目只占总项目数量的6%
目前建筑领域十分关注运行能耗,多个省市已经建立了能耗监测平台,但对于建筑运行期水耗的关注度很低。主要原因一方面是水费价格远低于电费和燃气费,经济敏感度较低;另一方面是水表安装情况并没有达到分级、分项设置,且能耗监测平台中对水耗也没有强制要求,导致水耗数据空白。
1 建筑运行水耗水平
用水定额是最严格水资源管理制度核心内容之一,也是衡量用水合理性的重要标准。为了实现水资源的合理利用和严格管理,缓解水资源供需矛盾,1999年水利部下发了《关于加强用水定额编制和管理的通知》等文件,首次在全国范围开展各行业用水定额编制和管理工作。2001年水利部又发布了《关于抓紧完成用水定额编制工作的通知》,要求各地加快用水定额编制工作,各省市区随后陆续制定了用水定额标准及规定
天津大学2010年统计了位于天津、贵阳和广州市的11栋办公建筑平均水耗量为1.222m3/(m2·年),并根据统计学原理t检验法估计,在置信度为90%时,中国办公建筑的平均用水量在0.967~1.478m3/(m2·年)
国外在研究水资源短缺问题时,多数国家和地区采取水权管理制度、用水配额或用水限额、水价调节政策相结合的手段,来管理水资源和提高用水效率。国外主要从基础性、政策性、用水效率3个方面研究水资源的管理。美国LEED认证、英国BREE-AM认证、日本CASBEE认证、澳大利亚Green Star认证等绿色建筑标准中都对节水提出了提高性要求。这些建筑评价体系均包含有节约自来水用水量、进行污废水处理利用和节水景观设计3项内容,这是建筑节水的主要措施。澳大利亚环境有关部门对公共建筑用水情况进行了统计分析,统计对象为132座办公建筑,办公建筑的平均用水量为1.125m3/(m2·年),其中用水量最少为0.5m3/(m2·年),英国办公建筑平均用水量为1.08m3/(m2·年),其中用水量最少为0.92m3/(m2·年),通过建筑间用水量的比较可以看出,大部分办公建筑仍存在30%~40%的节水潜力

图3 多地绿色公共建筑年度运行水耗数据
Fig.3 Annual operating water consumption of public buildings in different cities
2 绿色建筑运行水耗现状分析
本次研究收集了上海、成都、苏州、天津等地30栋绿色公共建筑的运行水耗水平,对比情况如图3所示。统计建筑类型主要为办公建筑,包括少量学校和展示中心,这些建筑均获得绿色建筑二星级或三星级标识。完整1年水耗统计结果显示单位建筑面积的年用水量在0.130~2.644m3/(m2·年),具有很大的波动性。其中70%以上的调研绿色公共建筑单位建筑面积的年用水量在1.0m3/(m2·年)以下,低于北京、天津、贵阳和广州市等地调研的办公建筑水耗1.222m3/(m2·年),说明绿色建筑整体水耗低于普通公共建筑,具有一定的节水效果。调研数据结果清晰的显示建筑的水耗水平和建筑功能、人员数量以及节水设备措施等关联性大于建筑面积,且初步判断建筑水耗地域性差异较小。
普通办公建筑主要用水点包括卫生用水(即办公用水)、冷却用水、食堂用水、杂用水以及渗漏水。超压出流、渗漏、用水器具节水等级低等是耗水的主要原因
截至2018年底,上海市累计绿色建筑运行评价标识项目29个,建筑面积196万m2
3 上海绿色建筑水耗基准值研究
3.1 研究方法
根据上述项目运行水耗数据调研,本次研究对象为运行阶段的绿色办公建筑。除去渗漏、超压出流、不节水的用水器具等影响因素外,办公建筑中的办公用水、食堂用水量主要影响因素为使用人数,相关影响因素包括运行时间、节水器具等级、访客数量、访问时间等。
建筑总水量主要由办公、食堂、室外杂用、空调用水构成,各分项用水量计算方法为使用人数或单位数×用水定额×年用水天数

式中Q———办公建筑年用水总量,m3/年;
A———办公用水定额,L/(人·d);
B———食堂用水定额,L/(人·次);
C———室外杂用水,m3/年;
D———空调用水,m3/d;
m———建筑常驻人数,人;
n———食堂用餐人数,人;
t1———办公运行天数,d;
t2———食堂运行天数,d;
t3———冷却塔运行天数,d;
α———办公用水量修正因子;
β———食堂用水量修正因子。
3.2 办公用水
通过各项目物业人员提供的信息,影响办公用水的因素主要为访客、节水器具两大方面,自持办公与出租办公也会存在部分差异。物业反馈的情况和文献调研结果基本一致。调研项目办公水耗情况如图6所示,由图6可以看出,在访客量较少的情况下,对于办公用水的总量影响不是很大,但当访客人数变多及访问时间增长时,水量则明显升高;而在相同条件下,采用一级节水器具的建筑办公用水量低于采用二级节水器具的建筑。设置《民用建筑节水设计标准》(GB 50555-2010)中办公用水定额上限与下限的平均值作为基准数值,令调研项目的水耗数据与基准值进行对比,比值在0.7~1.9,如表2所示。在人数固定的情况下,若采用不同节水等级的用水器具,节水等级越高水耗越小。食堂用水量同理,主要影响因素在于用水器具的等级及人数,建筑使用人数中还分为常驻用户和访客,大量的访客同样会影响水耗。
办公用水主要为盥洗用水、冲厕用水及饮用水,参考LEED V4标准中“室内用水减量”条文的计算公式:每个器具类型的每日用水量=器具冲洗速度或流速×使用持续时间×用户×每人每日使用次数
对于修正因子α,设α=w1×w2×w3,其中:w1为访客参数(由访客时长及访客人数比例查表得出),w2为节水器具等级参数,w3为办公类型参数。对于访客时长及访客人数比例构成的访客参数因子,结合实际项目调研数据采用线性插值法得出相应系数表格,见表3。
对访客人数比例低于0.1或访问时间低于2h的项目的办公用水量进行控制变量法分析,在节水器具等级、办公功能类型相同的情况下,访客比例低于0.1且访问时间低于2h的办公用水量约在22.5L/(人·d),则访客比例及访客时长的影响存在下限值,与《民用建筑节水设计标准》(GB 50555-2010)中办公用水定额上限与下限的平均值32.5L/(人·d)对比后比值约为0.7,因此将α的下限定为0.7。《建筑给水排水设计规范》(GB 50015-2009)中对于办公用水的上限为50L/(人·d),考虑到设计中会增加10%未预见用水量的情况,将用水上限定为55L/(人·d),即α上限定为1.7,超出范围则建议对建筑用水进行排查或整改。
则排除访客人数及时长过低和过高的情况,结合数据分析结果,绿色建筑办公水耗的影响因素α变化范围设置为0.7~1.7,查表核算结果若不在此范围内,建议采用限值。
3.3 餐饮用水
调研项目中有6个设置了食堂,由图7可见,食堂采用自助餐形式时,用水量大于同样条件下采用套餐项目时;与办公相同,高等级节水器具同样能够减少食堂用水量。基准数值同样参考《民用建筑节水设计标准》(GB 50555-2010)中食堂用水上限与下限的平均值。调研项目的水耗数据与基准值进行对比,比值在1.0~1.4,如表4所示。
调研办公建筑类型分为自持办公和出租办公,根据项目数据,采用控制变量法对2种类型的用水平均值进行计算,套餐与自助餐用水的比值约0.7。
对于修正因子β,设β=v1×v2×w2,其中:v1为访客用餐次数(由访客比例及食堂供餐次数查表得出),v2为供餐类型参数,w2为节水器具等级参数。对于访客时长及供餐次数构成的访客用餐次数因子,结合实际项目调研数据采用线性插值法得出相应系数表格,见表5。
由于调研项目食堂用水量普遍偏高,但并不能确定其他项目餐饮用水的情况,因此将下限值按《民用建筑节水设计标准》(GB 50555-2010)中食堂用水下限值15L/(人·餐)考虑,则β下限定为0.9。上限考虑同办公用水,不超过设计标准的10%,即1.5,超出范围则建议对建筑用水进行排查或整改。
食堂的影响因子主要为访客人数比例、供餐形式、供餐次数以及节水器具情况。排除访客人数及供餐次数过低和过高的情况,结合数据分析结果,绿色建筑食堂水耗的影响因素β变化范围设置为0.9~1.5,查表核算结果若不在此范围内,建议采用限值。
3.4 其他用水
调研中发现绿色建筑的绿化灌溉、道路浇洒、车库用水、空调系统用水等计量数据不完整,其中绿化灌溉用水差异极大。绿化灌溉用水量主要由气候和绿化养护方式决定,如浇灌频次、时长及绿化生长要求等,导致不同项目该部分水耗数据有很大的离散性,不具有对比意义。因此绿化灌溉用水采用《民用建筑节水设计标准》(GB 50555-2010)中的定额计算方法,即C=绿化面积×节水定额。
与各项目绿化灌溉水耗离散性巨大的情况相反,D所对应的建筑空调用水量(特指冷却塔补水量)比较固定,耗水量与机组设计及运行时间相关,因此空调用水量采用《民用建筑节水设计标准》(GB50555-2010)中的计算方法,即:D=冷却塔循环水量×(1%~2%)×日运行时间。
3.5 基准值结果
结合调研的分析结果及相关标准中的定额,得出上海市绿色办公建筑水耗基准值公式见式(2):

式中Q———办公建筑年用水总量,m3/年;
A———办公用水,定值32.5L/(人·d);
B———食堂用水,定值17.5L/(人·次);
C———室外杂用水,m3/年;C=绿化面积×节水定额;
D———空调用水,m3/d;D=冷却塔循环水量×(1%~2%)×日运行时间;
m———常驻建筑人数,人;
n———食堂用餐人数,人;
t1———办公运行天数,d;
t2———食堂运行天数,d;
t3———冷却塔运行天数,d;
α———α=w1×w2×w3(0.7≤α≤1.7),w1:访客参数(查表3),w2:节水器具等级参数,一级节水器具取0.8,二级节水器具取1;w3:办公类型参数,自用办公取0.9,出租办公取1;
β———β=v1×v2×w2,(0.9≤β≤1.5),v1:访客用餐次数(查表5);v2:供餐类型参数,套餐取0.7,自助餐取1;w2:节水器具等级参数,一级节水器具取0.8,二级节水器具取1。
3.6 实际案例验算
以上制定的绿色办公建筑水耗基准值方法,适用于上海地区绿色办公类建筑,此水耗基准值为绿色办公建筑的平均水耗水平。根据得出的基准值计算公式,对于另外2个项目案例进行验算,并与实际水耗水平进行比对,具体信息如表6所示。
项目K中,基于水耗基准值方法核算,建筑年总用水量=9 609.59m3/年,办公用水单位水耗=32.83L/(人·d),餐饮用水单位水耗=19.60L/(人·次)。
建筑实际年总用水量10 157m3/年,办公用水单位水耗为33.6L/(人·d),餐饮用水单位水耗为20.3L/(人·次)。
项目L中,基于水耗基准值方法核算,建筑年总用水量=29 685.90m3/年,办公用水单位水耗=35.10L/(人·d),餐饮用水单位水耗=19.60L/(人·次)。
建筑实际年总用水量27 759m3/年,办公用水单位水耗为37.7L/(人·d),餐饮用水单位水耗为19.2L/(人·次)。
根据2个项目的验算结果可得出,水耗基准值方法核算的数值与实际运行值的差距在±0.1范围内,数值具有可参考性。通过计算可以得出,项目K的年用水总量高于基准值,但办公、食堂用水计算低于基准值,则室外杂用水部分用水存在改进空间;项目L虽然总量满足基准值,但办公用水高于基准值,则可以关注该部分的用水情况,制定节水策略。
4 结语
本文调研了绿色办公建筑运行阶段的水耗研究现状,该领域目前数据研究较少。通过本次研究,绿色建筑的单位建筑面积水耗也存在较大的差异性,但整体用水量略低于普通建筑,体现了绿色节水设计和技术的性能。本次方法主要考虑人和节水设备对于建筑的影响,对于气候对于建筑的影响未考虑其中,在不考虑气候和冷热源的条件下,存在可复制性。
通过对上海市10栋绿色办公建筑的分项计量水耗数据的深入分析,将办公用水、餐饮用水和其他用水的计量数据进行了评估,并和建筑节水标准进行了对比,同时对节水器具使用情况、人员数量、访客人数比例以及访问时间、餐饮形式等影响因素对建筑水耗的影响情况进行了分析,初步形成了一种绿色办公建筑水耗基准值的核算方法,并建立了初步的修正因子索引表,以便绿色办公建筑形成适合自身特点的合理水耗基准值,物业及业主单位可以此为依据判断建筑的节水空间。
最后通过2个实际案例的验算,将基准值核算出的水耗数据和建筑运行水耗进行了比对,该方法一定程度上体现了建筑的水耗水平和节水情况。
作者图片

参考文献
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