摘要:随着城市人口的不断增加，水资源短缺情况将会更为严峻。作为房屋建筑的重要部分，给水系统的节能设计势在必行。本文阐述了给水系统节能设计中几种有效的节能措施，确保达到节水、节能的效果，可供相关设计人员参考。
关键词:房屋建筑,二次供水,给水系统,节能设计,供水设备
众所周知，水是关系到人类生存发展、具有战略意义的资源。当前我国日益严重的水资源短缺和水环境污染，已成为危及社会可持续发展的一个重大问题。因此，如何节水节能是摆在人们眼前的难题。近几年，给水系统的节水节能是时代的基本趋势，本文基于考虑节水、节能的效果，主要就房屋建筑给水系统的几种有效节能设计措施进行探讨。
1建筑给水中节能设计
1.1利用市政自来水管网压力直接供水
市政自来水的管网压力一般控制在0.5～0.6MPa，基本能保证最不利点用户接管处的供水压力(服务水头)不小于0.28MPa[《城市给水工程规划规范》(GB50282—1998)4.0.5条]。因此，低层或多层建筑给水系统应充分利用市政自来水管网压力直接供水;对采用二次加压供水的建筑，在市政自来水管网压力范围内的底部几层，也应利用市政自来水管网压力直接供水。节约或减少用水能源费用的支出和供水设备的投资。我国现行的设计规范如《住宅建筑规范》(GB50368—2005)对建筑给水系统应充分利用市政自来水管网压力直接供水作了明确规定。
1.1.1现状及问题
目前大多数多层建筑及采用二次供水建筑的低区给水系统是利用市政自来水管网压力直接供水的。但对二次供水建筑的高区给水系统，其储水池(箱)大多设置在建筑物的地下室或首层，因而未能利用市政自来水管网压力。
另外，由于市政供水设施的供水能力有限或不完善，在用水高峰时，不能保证用户接管处的供水压力(0.28MPa)，因而不能保证低区用户用水水压、水量要求。于是，一些设计人员在二次供水建筑低区给水系统的设计中，不利用市政自来水管网压力直接供水而采用加压供水系统，从而使市政自来水管网压力在大多时候浪费了。
1.1.2解决方案
(1)二次供水建筑高区给水系统如何利用市政自来水管网压力，建议采用以下方案：
①对市政供水设施完善，供水能力能得到保证的市政管网，宜和当地城市供水部门协调，优先采用管网叠压供水设备，直接从市政供水管中吸水加压向高区给水系统供水。这样给水系统就最大限度地利用了市政自来水管网压力，降低供水设备能耗。
②设置高位水箱，将市政自来水压力的能量储存在高位水箱中，高区供水设备从高位水箱中吸水加压向高区给水系统供水，即：市政供水管→高位水箱→高区供水设备→高区管网，这样既不会影响市政供水的安全，又有效地利用了市政自来水压力，降低了高区供水设备电机功率，从而达到节能目的。
③对分区数量较少且各分区用水量相对较小的高区给水系统，可考虑采用水泵分时段直接从市政供水管中抽水至高位水箱，由高位水箱直接向高区给水系统供水，即：市政供水管→高区供水泵→高位水箱→高区管网。
(2)对市政供水设施不完善的市政管网，二次供水建筑低区的给水系统建议采用利用城市自来水供水压力和二次加压供水设备联合供水方式，即：市政供水管→电接点压力表→单向阀→低区管网+二次供水设备(上区)→电接点压力表→单向阀→电动阀→低区管网。当市政自来水管网压力低于低区给水系统要求时，电动阀开启，由二次加压供水设备向低区管网供水;当市政自来水管网压力达到低区给水系统供水压力要求时，电动阀关闭，由市政自来水压力直接供水。
1.2选择合理的分区供水系统，选用节能型供水设备
分区给水系统设计主要应考虑分区数量、分区形式及供水设备选用三方面问题。
1.2.1分区数量的确定
从理论上计算，分区数量越多，能量节约越多。但分区数量过多，势必造成机房占地面积大，管道、设备等一次性投资增加，设备、管道的日常维护管理费用多等缺点，且在实际工程中无可操作性。应按《建筑给水排水设计规范》(GB 50015—2003，2009年版，以下简称“规范”)3.3.5条规定确定合理的分区数量。建筑高度在100m以下的高层建筑，其分区数量宜控制在2～3个区，不宜超过4个区。
1.2.2分区形式的选择
分区形式有两种，即并联分区和串联分区。从理论上计算，无论是采用并联分区或串联分区，分区后节约的供水能量相同，所不同的是机房占地面积、管道和设备等一次性投资及设备和管道的日常维护管理费用。根据“规范”3.3.6条，建筑高度在100m以下的高层建筑宜采用并联分区，100m以上的高层建筑宜采用串联分区。
1.2.3供水设备选用
对并联分区的供水设备应优先采用变频调速供水设备或气压给水设备等节能型供水设备;对串联分区的供水设备应优先采用变频调速泵。除对水压稳定有特别要求的场所外，无论是采用并联分区或串联分区的供水系统，不宜设置屋顶水箱或中间水箱，以保证各分区给水系统充分达到最佳节能效果。
1.3控制供水管网的水头损失
控制并减少管网的水头损失，可实现节能。在设计中，优化管网布置，必要时适度放大最不利管路管径(但其流速不宜小于当地经济流速)，可减少管路的水头损失，从而达到节能效果。
2 建筑给水中节水设计
2.1控制用户用水点的工作压力(即水压)
控制给水系统用户用水点的压力，可达到节水的目的。要达到对给水系统用户用水点工作压力(即水压)的控制，就应了解建筑物使用的用水设施卫生器具的给水配件要求的工作压力，“规范”3.1.14条表3.1.14规定了建筑物中经常使用的主要卫生器具给水配件要求的最低工作压力。
“规范”之所以要规定卫生器具给水配件的最低工作压力要求，笔者理解为给水配件的工作压力在达到上述最低工作压力要求时，可满足人们对卫生器具用水流量的使用要求，因此，可将上述最低工作压力定义为其要求的最低额定工作压力。不同的卫生器具，其给水配件要求的额定工作压力不尽相同。
在给水系统设计中，大多是将有不同额定工作压力要求的给水配件设置在同一给水管上，而在计算系统水压时，是以最高额定工作压力的某给水配件为依据，这样使额定工作压力较低的给水配件就得到了较高的工作压力。如在同一给水管上设有大便器的延时自闭式冲洗阀、洗脸盆的水嘴、淋浴器混合水嘴等给水配件。延时自闭式冲洗阀要求的额定工作压力为0.1～0.15MPa，此时淋浴器混合水嘴的工作压力也可能将达到0.1～0.15MPa。
当淋浴器混合水嘴在其额定工作压力为0.05MPa时，其混合水嘴的出水流量Q1=0.011 8 K(L/S)(K为水嘴流量特性系数);当淋浴器混合水嘴的工作压力为0.1～0.15MPa，其水嘴的出水流量为：Q2=0.0167K～0.0204K(L/S);Q2/Q1=1.41～1.73，即淋浴器混合水嘴在其工作压力为0.1～0.15MPa时的出水流量比在0.05MPa时的出水流量多41%～73%。显然造成水的浪费。
在给水系统设计中，可考虑将额定工作压力最高的给水配件和有受水容器的给水配件设置在同一根给水支管上;将其他额定工作压力较小、无受水容器(如淋浴器)且额定工作压力相同或相近的给水配件设置在另一根给水支管上，并在其给水支管起端设置减压稳压阀，使其水压达到或接近额定工作压力要求。当然也可在额定工作压力较小且无受水容器的给水配件前分别设置减压稳压阀，使其水压达到额定工作压力要求。
另外，在分区给水系统设计中，供水水压的计算是以满足该区最不利管路的最不利点处卫生器具的给水配件要求的额定工作压力为依据，显然，同一分区中其他管路上特别是底下几层的卫生器具的部分给水配件的工作压力肯定大大超过其额定工作压力，出水流量也将大大超过其额定工作压力下的出水流量，造成用水大量浪费。“规范”3.3.5条规定，压力大于0.35MPa的入户管宜设减压阀减压。根据上述分析计算，此条规定设置减压阀的压力偏大，如住宅建筑入户管压力一般在0.1～0.2MPa即可满足卫生器具的用水水压要求，因此建议对入户管设置减压阀的压力值适当降低，对无受水容器给水配件的工作压力超过其额定工作压力1倍以上时，宜考虑在其给水支管起端均设置减压稳压阀。
2.2选用节水型产品
选用节水型产品是建筑给水系统设计中最有效的节水措施之一。我国现行《住宅建筑规范》规定：卫生器具和配件应采用节水型产品，不得使用一次冲水量大于6L的坐便器。
此外，根据不同用水场所和用水特点应采用合适的节水型产品，如在公共建筑卫生间，洗脸盆宜采用感应龙头，小便器宜采用感应冲洗阀等节水型产品，既可防止交叉传染，又可达到节水效果。
2.3计量及给水系统的监控
(1)对给水系统实行监控，可达到节水的目的。通过对给水系统中水泵的运行、关键控制阀门(如减压阀)、大型用水设备、水池(箱)水位等实行监控，在保证系统安全、正常运行的同时，可防止上述给水设施事故时造成用水浪费。如通过对水池(箱)水位的监控，当水池(箱)水位超过其溢流水位时发出报警信号，同时关闭进水阀门，防止因进水阀门未及时关闭或进水阀门损坏时使水池(箱)中的水长时间溢流而造成用水浪费。
(2)按用途设置用水计量水表。水务行政部门或用水单位制订和实行用水定额制度及合理的分级水价，实行节水奖励、浪费惩罚，达到节水目的。
3结束语
总之，给水系统的节能设计潜力很大，广大给水系统设计工作者在设计中应精心考虑，反复衡量，从可靠性、经济性以及节能性等方面进行综合考虑，并结合建筑的实际情况，运用科学的设计方法，改善给水系统的节能效果，创造出更多的节能环保精品。