節(jié)水理論與技術(shù)教程

1、 節(jié)水理論與技術(shù) 主講：劉 烜前言： 水是關(guān)系到人類生存發(fā)展，具有戰(zhàn)略意義的資源。聯(lián)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(xiàn)在這樣節(jié)制不力用水的話，則三十年后貧水人口數(shù)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(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展的重要因素。據(jù)水利部統(tǒng)計：90年代以來，我國城市缺水范

2、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(jù)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(jù)不完全統(tǒng)計，我國由于缺水所造成的經(jīng)濟損失每年都達到數(shù)百億之巨。面對缺水的現(xiàn)狀，節(jié)約用水已成為我國的基本國策。 從建筑給水系統(tǒng)的設(shè)計建筑中水回用節(jié)水器具的合理配置等角度，研究探討建筑節(jié)水應(yīng)采取的技術(shù)及對策。 表一家庭便器沖水量調(diào)查結(jié)果沖水量（L） 9L（含9/6L） 6L 6/3L 3L（含3/1L） 數(shù)量（臺） 50 138 22 7

3、百分比 23.1 % 63.9 % 10.2 % 2.8 % 1.1傳統(tǒng)衛(wèi)生器具的使用 對家庭便器沖水量的調(diào)查（見表一）顯示，在約四分之一左右的家庭中現(xiàn)在還在使用9L的座便器。據(jù)統(tǒng)計，便器沖洗用水約占居民生活用水的3040，如果能以6L水系統(tǒng)代替現(xiàn)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(shè)施投資和污水處理投資19億元。若將現(xiàn)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(jīng)濟效益和社會效益將十分巨大。表二 各種水龍頭不同靜壓下的出流量

4、 注：表中流量單位為L/s，試水管徑15mm。 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 0.3660.4044 普通鑄鐵水龍頭 0.2136 0.2645 0.3288 0.3838 0.4466 0.4968 0.5320 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

5、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1/31/2，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350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。 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(nèi)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(nèi)的出水量超過額定流量的現(xiàn)象，稱為超壓出流現(xiàn)象，該流量與額定流量的

6、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(chǎn)生不良的影響，同時因超壓出流量未產(chǎn)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(jù)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(xué)學(xué)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/s3，則理

7、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(shù)據(jù)。1.3衛(wèi)生器具的滲漏 根據(jù)對217個座便器的滲漏情況進行的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其中197個不同程度的存在著滲漏現(xiàn)象，更有甚者存在滴漏的現(xiàn)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(xiàn)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(chǎn)量。2. 建議采取的一些措施 建筑

8、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(shè)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(xiàn)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(nèi)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

9、道堵塞的問題。如以6L水便器系統(tǒng)代替現(xiàn)在已有的9L水及以上的便器，以現(xiàn)有坐便器系統(tǒng)一億套計算，一年可節(jié)水31億噸， 其經(jīng)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(jù)專業(yè)研究員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1/31/2，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350不等，大部分在2030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

10、。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(xiàn)行的建筑給水排水設(shè)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(dǎo)致?lián)p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。據(jù)此認為，應(yīng)根據(jù)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。 專業(yè)研究員結(jié)合現(xiàn)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 公式中H住戶進戶管處所需的水壓,kp

11、aH1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，kpaH3水流通過水表時的水頭損失，kpaH4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(jù)建筑給水排水設(shè)計規(guī)范GB500152003，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(shù)； Kh小時變化系數(shù)；Ng每戶設(shè)置的衛(wèi)生器具給水當量數(shù)； T用水時數(shù)（h）； 對于如上圖所示的普通型住宅，取q2=250

12、L/人d；m=3.5人；Kh=2.5；T=24h。上圖中Ng=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(nèi)插法查給水管段秒設(shè)計流量表得各管段的設(shè)計秒流量如下：給水管網(wǎng)水力計算表 注：計算所用管材為鍍鋅鋼管管段編號 當量總數(shù)Ng 設(shè)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hy=i*L(kpa) 管段沿程水頭損失累計hy(kpa) 01 10.20151.173.545.5019.4719.4712 1.750.27200.841.271.201.5220.9923 4.250.42

13、250.790.8221.401.1522.1434 50.46250.870.9722.402.3324.4834 60.50250.941.1301.001.1325.61 由上圖和管段的水力計算結(jié)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=1.325.61=33.29kpa 水表安裝再管段45上， 由 q4-5=0.50L/s=1.8m3/h,選20mm口徑的水表，其公稱流量2.5m3/hq4-5= 1.8m3/h,最大流量為5m3/h，所以水表的水頭

14、損失為 根據(jù)建筑給水排水設(shè)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(jīng)計算，住戶進戶管處的給水壓力為H=94.6kpa 結(jié)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(yù)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(yīng)為0.15Mpa，工作壓力大于上述限定時，應(yīng)采取減壓措施：在需要減壓的各層設(shè)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(shè)置減壓閥。 2.3 規(guī)范建材行業(yè)由于現(xiàn)在建

15、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(yīng)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(yīng)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(zhì)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(zhì)量過關(guān)了，才可

16、能出現(xiàn)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(guān)鍵在于整個沖洗系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)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(gòu)）在產(chǎn)品出廠前組裝好，進行完整的銷售。座便器的使用功能，質(zhì)量及售后技術(shù)服務(wù)的責任才能明確。只有配套供應(yīng)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(chǎn)生的質(zhì)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(shè)施。中水設(shè)施是指將民用建筑物或建筑小區(qū)

17、內(nèi)使用后的各種排水如優(yōu)質(zhì)雜排水，冷卻水及雨水等經(jīng)過適當處理后，回用于建筑物或建筑小區(qū)內(nèi)，作為雜用水的供水設(shè)施。據(jù)息，現(xiàn)在全國已經(jīng)建立了多處中水設(shè)施，僅北京就有1000多處，但現(xiàn)有的中水設(shè)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(shè)施的建設(shè)，北京市2001年6月發(fā)布了關(guān)于加強中水設(shè)施建設(shè)管理的的通告5（以下簡稱“通告”）為大力發(fā)展建筑中水設(shè)施奠定了基礎(chǔ)，但要真正使這一工作更加深入和普及，還應(yīng)采取以下措施：2.5.1 盡快制定并實施新的回用水水質(zhì)標準目前建筑中中水回用執(zhí)行的是現(xiàn)行的生活雜用水水質(zhì)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

18、泳區(qū)的類水質(zhì)標準還嚴格。這樣就導(dǎo)致兩個問題：一是許多現(xiàn)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(shè)施的設(shè)計規(guī)模 通告對需設(shè)置中水設(shè)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(shè)施的規(guī)模進行限定，這樣就可能出現(xiàn)建筑面積相同而中水設(shè)施規(guī)模差異很大的現(xiàn)象，因此應(yīng)逐步規(guī)范中水設(shè)施的設(shè)計規(guī)模，其大小應(yīng)按照建筑或小區(qū)的優(yōu)質(zhì)雜排水量的百分數(shù)來確定。2.5.3 推廣計算，管理，經(jīng)濟綜合優(yōu)化的新處理工藝建筑中水處理技術(shù)不但要求處理效果穩(wěn)定可靠，運行管理簡單方便，還應(yīng)在經(jīng)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(yīng)綜合各種因素，推廣技術(shù)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(yīng)器