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(lèi)生存發(fā)展，具有戰(zhàn)略意義的資源。聯(lián)合國(guó)的一項(xiàng)名為“綜合評(píng)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(huà)，則三十年后貧水人口數(shù)將可能達(dá)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?jī)H占地球中水量中極微小的比例。當(dāng)前我國(guó)日益嚴(yán)重的水資源短缺和水環(huán)境污染情況，不僅困擾國(guó)計(jì)民生，并已成為制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要因素。據(jù)水利部統(tǒng)計(jì)：90年代以來(lái)，我國(guó)城市缺水范

2、圍不斷擴(kuò)大，缺水程度不斷加劇，全國(guó)670座建制城市中有400 座不同程度的缺水，110座嚴(yán)重缺水。正常年份全國(guó)城市缺水60億萬(wàn)m3。2000年由于我國(guó)北方地區(qū)春、夏連旱，嚴(yán)重影響了城市供水。據(jù)國(guó)家防總辦公室統(tǒng)計(jì)，今夏已有100多個(gè)縣級(jí)以上城市被迫限時(shí)限量供水。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國(guó)由于缺水所造成的經(jīng)濟(jì)損失每年都達(dá)到數(shù)百億之巨。面對(duì)缺水的現(xiàn)狀，節(jié)約用水已成為我國(guó)的基本國(guó)策。 從建筑給水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(duì)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(tái)） 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(duì)家庭便器沖水量的調(diào)查（見(jiàn)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(jì)，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(hù)3口，平均每天使用12次計(jì)算，每戶(hù)年節(jié)約用水31噸。以近年全國(guó)年竣工4億m2城鎮(zhèn)住宅計(jì)，每年共需配置800萬(wàn)個(gè)坐便器，每年將節(jié)約用水量1.05萬(wàn)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(jì)劃地進(jìn)行改造，一年可節(jié)水31億噸， 其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)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(zhǎng)/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(duì)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(jiàn)表二）試驗(yàn)，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(shí)測(cè)試驗(yàn)表明，陶瓷閥芯水龍頭和普通水龍頭在全開(kāi)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(mǎn)足使用要求，衛(wèi)生器具給水配件出口在單位時(shí)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(shí)間內(nèi)的出水量超過(guò)額定流量的現(xiàn)象，稱(chēng)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(huì)破壞給水系統(tǒng)中水量的正常分配，對(duì)用水工況產(chǎn)生不良的影響，同時(shí)因超壓出流量未產(chǎn)生使用效益，為無(wú)效用水量，即浪費(fèi)的水量。因它在使用過(guò)程中流失，不易被人們察覺(jué)和認(rèn)識(shí)，屬“隱形”水量浪費(fèi)，至今未引起足夠的重視。然而這種“隱形”水量浪費(fèi)在各類(lèi)建筑中不同程度的存在，其浪費(fèi)的水量絕不亞于“顯形”的漏水量。 據(jù)實(shí)測(cè)，口徑15mm水龍頭每小時(shí)的滴漏量為3.6L，則20個(gè)水龍頭一天的滴漏量為1728L。而測(cè)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(kāi)時(shí)的出水量（以0.16L/s作為半開(kāi)時(shí)的額定值）分別達(dá)0.42L/s和0.21L/s3，則理

7、論無(wú)效水量分別為0.22 L/s和0.05 L/s，同樣以20個(gè)龍頭計(jì)，若每個(gè)龍頭每天平均使用15min，則每天的理論無(wú)效用水量，前者為3960L大于20個(gè)同類(lèi)龍頭的滴漏水量，后者為900L，也相當(dāng)于一天10個(gè)龍頭連續(xù)滴漏的水量。我國(guó)的建筑量大、面廣，若以其中配水龍頭每年超壓出流量累計(jì)，將是一個(gè)驚人的數(shù)據(jù)。1.3衛(wèi)生器具的滲漏 根據(jù)對(duì)217個(gè)座便器的滲漏情況進(jìn)行的調(diào)查，發(fā)現(xiàn)其中197個(gè)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(yán)重浪費(fèi)了大量的水。如平均以一個(gè)便器一天滲漏0.5L水計(jì)算，則全國(guó)現(xiàn)有一億個(gè)便器一天就能浪費(fèi)5萬(wàn)噸水，這相當(dāng)于一個(gè)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(duì)水資源的浪費(fèi)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(shí)現(xiàn)建筑節(jié)水的重要手段和途徑。 國(guó)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(gè)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(guò)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(jiàn)，節(jié)水型器具徹底解決了節(jié)水和管

9、道堵塞的問(wèn)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(jì)算，一年可節(jié)水31億噸， 其經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益將十分巨大。目前，歐美國(guó)家已強(qiáng)制執(zhí)行“6L水標(biāo)準(zhǔn)”9。針對(duì)我國(guó)嚴(yán)重的缺水形勢(shì)，我國(guó)也要逐步推廣此標(biāo)準(zhǔn)，直至強(qiáng)制執(zhí)行 據(jù)專(zhuān)業(yè)研究員所做的超壓出流試驗(yàn)表明，陶瓷閥芯節(jié)水龍頭和普通水龍頭在全開(kāi)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(biāo)的配水點(diǎn)）安裝使用節(jié)水型器具，減少水量的浪費(fèi)

10、。2.2 合理限定配水點(diǎn)的水壓由于超壓出流造成的隱形水量浪費(fèi)并未引起人們的足夠重視，因此在我國(guó)現(xiàn)行的建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范GB50015-2003中雖對(duì)給水配件和入戶(hù)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(guò)高會(huì)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(guò)于寬松，對(duì)限制超壓出流基本沒(méi)有作用。據(jù)此認(rèn)為，應(yīng)根據(jù)建筑給水系統(tǒng)超壓出流的實(shí)際情況，對(duì)給水系統(tǒng)的壓力作出限定。 專(zhuān)業(yè)研究員結(jié)合現(xiàn)在普遍存在的兩衛(wèi)一廚住宅（見(jiàn)下圖）簡(jiǎn)單計(jì)算了住戶(hù)進(jìn)戶(hù)管處所需的給水壓力。住戶(hù)進(jìn)戶(hù)管處的給水壓力由公式 H=H1+H2+H3+H4來(lái)計(jì)算 公式中H住戶(hù)進(jìn)戶(hù)管處所需的水壓,kp

11、aH1引入管起點(diǎn)至配水最不利點(diǎn)位置高度所要求的靜水壓，kpa H2引入管起點(diǎn)至配水最不利點(diǎn)的給水管路即計(jì)算管路的沿程與局部水頭損失之和，kpaH3水流通過(guò)水表時(shí)的水頭損失，kpaH4配水最不利點(diǎn)所需的流出水頭，kpa圖中各管段的水力計(jì)算如下：根據(jù)建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范GB500152003，對(duì)于普通住宅類(lèi)建筑，按公式 計(jì)算最大用水時(shí)衛(wèi)生器具給水當(dāng)量平均出流概率：式中 U0生活給水管道的最大時(shí)衛(wèi)生器具給水當(dāng)量平均出流概率（）；q0最高用水日的用水定額（L/人d）；m每戶(hù)用水人數(shù)； Kh小時(shí)變化系數(shù)；Ng每戶(hù)設(shè)置的衛(wèi)生器具給水當(dāng)量數(shù)； T用水時(shí)數(shù)（h）； 對(duì)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(shí)衛(wèi)生器具給水當(dāng)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(jì)流量表得各管段的設(shè)計(jì)秒流量如下：給水管網(wǎng)水力計(jì)算表 注：計(jì)算所用管材為鍍鋅鋼管管段編號(hào) 當(dāng)量總數(shù)Ng 設(shè)計(jì)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(zhǎng)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(jì)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(jì)算結(jié)果知，該住宅的配水最不利點(diǎn)為陽(yáng)臺(tái)的洗衣機(jī)水龍頭，則H1=12-3=9kpa（陽(yáng)臺(tái)洗衣機(jī)水龍頭標(biāo)高為1.2m，入戶(hù)管標(biāo)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(chēng)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(jì)規(guī)范GB50015-2003，取家用洗衣機(jī)水嘴的流出水頭為50kpa.則住戶(hù)進(jìn)戶(hù)管處的給水壓力為H=H1+H2+H3+H4=9+33.29+12.96+50=105.25kpa同理，對(duì)于單衛(wèi)，經(jīng)計(jì)算，住戶(hù)進(jìn)戶(hù)管處的給水壓力為H=94.6kpa 結(jié)合計(jì)算和各種其它的影響因素如各戶(hù)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(rèn)為家庭入戶(hù)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(shí)，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(guò)剩的壓力；或在需要減壓的各個(gè)入戶(hù)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(lèi)小廠不按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)使用材料，往往偷工減料，比如水箱中進(jìn)出水口的密封圈按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該用硅膠，他們卻用再生膠或一些膠的廢料來(lái)代替；本來(lái)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(mǎn)足實(shí)際要求，如果長(zhǎng)期在水中沖泡，出水口的邊緣就會(huì)沖出許多細(xì)小的溝壑，這樣就算再用力擠壓密封閥也是無(wú)濟(jì)于事，必須重新更換新的五金器件。再則，我國(guó)的五金件在加工上也存在著質(zhì)量差，精度低的問(wèn)題，如有氣孔、加工不平、可見(jiàn)度、光潔度、平整度不能達(dá)到要求，這都會(huì)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(guò)關(guān)了，才可

16、能出現(xiàn)真正節(jié)水的衛(wèi)生器具。2.4 專(zhuān)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(gè)沖洗系統(tǒng)協(xié)調(diào)設(shè)計(jì)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(jìn)水閥，排水閥，操縱機(jī)構(gòu)）在產(chǎn)品出廠前組裝好，進(jìn)行完整的銷(xiāo)售。座便器的使用功能，質(zhì)量及售后技術(shù)服務(wù)的責(zé)任才能明確。只有配套供應(yīng)市場(chǎng)，才能達(dá)到節(jié)水效果。這樣做可以避免由于非專(zhuān)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(wèn)題。 2.5 廢水利用目前，我國(guó)大部分城市的沖廁用水都是用自來(lái)水，這不僅浪費(fèi)了大量的水資源，也增加了給水廠和污水處理廠的負(fù)擔(dān)。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(guò)適當(dāng)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(guó)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(qiáng)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(qiáng)中水設(shè)施建設(shè)管理的的通告5（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“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(shí)施新的回用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)中總大腸菌群的要求與生活飲用水衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)相同，比發(fā)達(dá)國(guó)家及我國(guó)適用于游

18、泳區(qū)的類(lèi)水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)還嚴(yán)格。這樣就導(dǎo)致兩個(gè)問(wèn)題：一是許多現(xiàn)有中水工程根本達(dá)不到該標(biāo)準(zhǔn)；二是由于達(dá)標(biāo)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(biāo)準(zhǔn)的適宜限值，并盡快頒布實(shí)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(jì)規(guī)模 通告對(duì)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(duì)中水設(shè)施的規(guī)模進(jìn)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(jì)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?jǐn)?shù)來(lái)確定。2.5.3 推廣計(jì)算，管理，經(jīng)濟(jì)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(yùn)行管理簡(jiǎn)單方便，還應(yīng)在經(jīng)濟(jì)上具有一定優(yōu)勢(shì)。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