張 渠

(深圳市建筑設(shè)計(jì)研究總院有限公司重慶分公司,重慶 沙坪壩 400030)

能源是發(fā)展國民經(jīng)濟(jì)的重要物質(zhì)基礎(chǔ),也是制約國民經(jīng)濟(jì)的一個(gè)重要因素.我國和世界上絕大多數(shù)國家一樣面臨著能源危機(jī),而在加強(qiáng)能源建設(shè)的同時(shí),最大限度地提高能源的利用效率,大力降低能耗已經(jīng)越來越得到重視[1].根據(jù)《中華人民共和國節(jié)約能源法》的有關(guān)規(guī)定,固定資產(chǎn)投資工程項(xiàng)目的設(shè)計(jì)和建設(shè),應(yīng)當(dāng)遵循合理用能標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范,達(dá)不到合理用能標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范要求的項(xiàng)目,依法審批的機(jī)關(guān)不得批準(zhǔn)建設(shè).項(xiàng)目建成后達(dá)不到合理用能標(biāo)準(zhǔn)和節(jié)能設(shè)計(jì)規(guī)范要求的,不予驗(yàn)收.住宅建筑為建設(shè)部指定要求采用節(jié)能技術(shù)的建筑物之一.

根據(jù)我國現(xiàn)行供水情況及住宅用水情況,住宅建筑給排水節(jié)能主要有以下幾個(gè)途徑:1)盡可能利用太陽能用作住宅熱水加熱;2)利用市政供水壓力,采用管網(wǎng)疊壓變頻供水設(shè)備,節(jié)約能源;3)采用節(jié)水型衛(wèi)生器具,減少供水量,同時(shí)也減少供水能耗.

1 太陽能住宅熱水加熱的節(jié)能技術(shù)措施

1.1 太陽能住宅熱水加熱的使用范圍及太陽能熱水器的分類

太陽能作為清潔能源,取之不盡,用之不竭,是節(jié)能的重要途徑.太陽能熱水器是由集熱器、儲(chǔ)水箱、給水箱、循環(huán)管、循環(huán)泵、配水管等組成.我國大部分地區(qū)均處北緯 40度以北,日照時(shí)間較長,均適合推廣太陽能熱水器.

根據(jù)現(xiàn)在使用的太陽能熱水器技術(shù),按集熱器形式可分為平板型和真空管型兩種類型.其具體形式和特點(diǎn)如下.

a.平板型:在住宅中使用的小型熱水器中,目前多采用自然循環(huán)方式,且為單循環(huán),即集熱器內(nèi)被加熱的水直接進(jìn)入儲(chǔ)水箱提供使用.結(jié)構(gòu)簡單,成本較低,但抗凍能力弱.

b.真空管型:全玻璃真空管結(jié)構(gòu)簡單,價(jià)格適中,水在玻璃管內(nèi)直接被加熱,其組成的家用熱水器一般是將真空管直接接入非承壓水箱,采用落水法取熱水.也有采用金屬熱管組合的承壓式及采用 U型管組合的分離式,在不同地區(qū)都全年使用.具有抗凍、耐壓和耐冷熱沖擊能力.

熱管型真空管,其管內(nèi)無水,具有抗凍、耐壓和耐冷熱沖擊能力.可連接承壓水箱,采用雙循環(huán)系統(tǒng),更適用于各種規(guī)模的熱水系統(tǒng),價(jià)格較高.

1.2 安裝方式

1)單幢建筑或多幢建筑合用太陽能熱水器.可設(shè)置熱水箱,用作戶內(nèi)熱水器預(yù)熱水源,單戶內(nèi)設(shè)置快速熱水器[1].其優(yōu)缺點(diǎn)如下.

優(yōu)點(diǎn):利用太陽能熱水器作預(yù)熱,可充分利用太陽能的能量.春、夏、秋季熱水溫度基本可滿足家庭使用要求,冬季也可充分利用太陽能,節(jié)能效果明顯.可廣泛使用于多層及高層住宅,可多人連續(xù)使用.

缺點(diǎn):由于太陽能熱水器為公用,需設(shè)置于有物業(yè)管理的小區(qū)內(nèi).由于屋頂太陽能熱水器僅作預(yù)熱,故每戶住宅內(nèi)需增設(shè)熱水器,以便隨時(shí)提供熱水.一般與快速式電熱水器配合最佳,與其它快速式熱水器配合也較好,不宜與容積式熱水器配合使用(節(jié)能效果不佳).還需設(shè)置熱水表用來計(jì)量熱水用水量.

2)單戶設(shè)置太陽能熱水器方式.

優(yōu)點(diǎn):每戶單獨(dú)設(shè)置,控制方便,戶內(nèi)可不用增設(shè)熱水器.

缺點(diǎn):只適用于多層建筑;熱水器安裝高度受用戶水壓限制;使用熱水時(shí)需要放掉水量較多;屋頂太陽能熱水器水量不適合多人連續(xù)使用;電熱器設(shè)置于屋頂,維修及管理不便;陰雨天使用時(shí)需電加熱較長時(shí)間.

1.3 使用太陽能熱水器的選擇方式及節(jié)能效果

1)選擇方式:具體應(yīng)用太陽能熱水器應(yīng)根據(jù)工程具體情況及住宅小區(qū)物業(yè)管理情況確定.在土建施工階段預(yù)留熱水器進(jìn)出水管及管道井,在管理?xiàng)l件許可的情況下,應(yīng)優(yōu)先采用第一種供水方式,根據(jù)現(xiàn)有太陽能熱水器技術(shù),使用全玻璃真空管比較經(jīng)濟(jì)合理.

2)節(jié)能效果比較:用水量按每人次淋浴熱水量 100 L考慮,常年冷水平均水溫 10℃,淋浴熱水溫度 40℃考慮,平均每人每次淋浴耗能為

E1=100L×(40℃-10℃)×(4.19×103 J/kg?℃)=12 570 000 J.

按每度電能熱功當(dāng)量 3 617 000 J/kWh計(jì)算,考慮熱水器加熱效率 0.9,每人次淋浴用電量為

E2=12 570 000/(3 617 000×0.90)=3.86 kWh.

按每人每月淋浴 8次,每戶 3人,80%使用太陽能熱水器計(jì)算,每戶住宅每年可節(jié)電:

E=3人 ×8次 ×12月×3.86 kWh/人 ?次 ×80%=889 kWh.

節(jié)能效果相當(dāng)明顯.

3)工程造價(jià):太陽能集熱面積可計(jì)算為S=H? F? η? K1? K2=L? C? ΔT.

其中 H為太陽輻射量,F為太陽能熱水器集熱面積,η為熱水器日平均效率(一般為 0.5),K1為容積系數(shù)(取 1.0),K2為系統(tǒng)熱損系數(shù)(取0.8),L為產(chǎn)水量(按 300 L/天計(jì)算),C為工質(zhì)比熱容(取 4.19 kJ/kg?℃),ΔT為冷熱水溫差,按夏天淋浴用水量最大時(shí)計(jì)算,熱水 40℃,冷水25℃,溫差 15℃ .每戶需太陽能集熱管面積2.1m2,工程造價(jià)市場價(jià)格約在1 000元/m2左右,包括給水管等其它設(shè)施,工程造價(jià)約 2 500元 /戶(一戶 3口計(jì)算).按上述節(jié)能 889 kWh計(jì)算,市場電能價(jià) 0.53元/kWh,每年可節(jié)約費(fèi)用471元,考慮部分維修管理費(fèi)用,6年可收回投資(不計(jì)投資利率),節(jié)能性價(jià)高.

2 利用市政供水壓力采用管網(wǎng)疊壓變頻供水設(shè)備

在城市供水中,根據(jù)城市供水規(guī)模大小不同,一般市政給水管網(wǎng)壓力在0.2～0.4 MPa之間,只能滿足 3～5層建筑供水壓力.現(xiàn)在城市城區(qū)土地利用率均較高,城區(qū)住宅高層建筑增多,且一般多層住宅樓層在5層以上,供水壓力要求采用二次加壓[2].合理利用市政管網(wǎng)壓力,采用分區(qū)供水方式并采用新型供水設(shè)施,可以減少二次加壓能耗.如市政管網(wǎng)壓力為 0.3 MPa,則 5層及以下樓層可采用市政管網(wǎng)直接供水,5層以上采用無負(fù)壓變頻供水設(shè)備供水.這樣即不浪費(fèi)市政管網(wǎng)余壓又不至于使低樓層管網(wǎng)壓力過高,造成能耗及水量浪費(fèi)[3].

采用分區(qū)供水方式,可節(jié)約采用市政直接供水部分樓層的加壓能源.使用無負(fù)壓給水設(shè)備加壓與傳統(tǒng)二次加壓方式比較(傳統(tǒng)加壓方式為市政管網(wǎng)供水至水池,然后由水泵供應(yīng)至屋頂水箱)有以下優(yōu)點(diǎn):

1)可減少投資:傳統(tǒng)加壓方式需要建水池及屋頂水箱,使用無負(fù)壓給水設(shè)備可取消水池及水箱.

2)可減少污染:自來水在水池及水箱內(nèi)增加停留時(shí)間,水中余氯余量低,微生物含量高,使用新型設(shè)備后水質(zhì)同自來水.

3)可節(jié)省大量能源:傳統(tǒng)二次加壓方式是將自來水直接放入水池或水箱中,使原有壓力全部為零,再從零從新加壓供水;而無負(fù)壓變頻設(shè)備完全利用原有市政管網(wǎng)壓力供水,與供水管網(wǎng)直接串接,差多少,補(bǔ)多少.

4)可減少水資源浪費(fèi):由于傳統(tǒng)方式中,水池、水箱均為混凝土結(jié)構(gòu),滲水、跑水、漏水、蒸發(fā)不可避免,而且水池、水箱需定期清洗,需要大量清洗水.

從節(jié)能效果來看,每立方米水增壓 1 m需要做功 1 000 kgf?m=1×104J,水泵效率一般在0.6左右,按每度電能熱功當(dāng)量 3 617 000 J/kWh計(jì)算,需電能 0.005 kWh,按平均日生活用水量 100 L/人?日計(jì)算,如充分利用 0.3 MPa市政管網(wǎng)壓力,相比傳統(tǒng)水池、水泵二次加壓方式,需二次加壓用戶(三口之家)一年可節(jié)約能源:E=3人 ×365天 ×0.1立方米 /人?日 ×

30 m水壓 ×0.005 kWh=16.5 kWh,且比傳統(tǒng)加壓方式更能節(jié)約投資.相比現(xiàn)行在小區(qū)內(nèi)采用無負(fù)壓變頻給水裝置,卻不采用利用市政管網(wǎng)壓力直接供水的供水方式(該方式會(huì)造成低層給水用戶給水壓力過高,導(dǎo)致低層用戶能耗及水耗增加),可節(jié)約在市政供水管網(wǎng)壓力供水范圍內(nèi)的用戶給水能耗和水耗,若對(duì)小區(qū)給水管網(wǎng)進(jìn)行合理設(shè)計(jì),與室外消防栓合用給水管網(wǎng),可基本不增加管網(wǎng)投資.總之,采用該節(jié)能方式節(jié)能效果顯著,節(jié)能性價(jià)比極高,故值得大力推廣.

3 使用節(jié)水型衛(wèi)生器具,減少用水量及加壓能耗

我國是水資源比較緊缺的國家,現(xiàn)我國大力提倡使用節(jié)水型衛(wèi)生器具,除節(jié)水效果外,其節(jié)能效果也是比較顯著的.目前使用節(jié)水型器具主要有以下幾點(diǎn):

1)減少大、小便器沖洗水量:若全部使用沖水量小于 6 L的馬桶且采用兩擋沖洗閥門,沖洗水量小于 4.5 L的小便器,則住宅可節(jié)水 12%,賓館、飯店可節(jié)水 4%,辦公樓可節(jié)水 27%.

2)廚房、沐浴、盥洗的節(jié)水:廚房的洗滌盆、沐浴水嘴和盥洗室的面盆龍頭若采用充氣水嘴,可節(jié)水且不減小水柱的直徑,充氣率一般可在15%左右.即節(jié)水率在15%左右.

若在住宅中充分使用節(jié)水型衛(wèi)生器具,可節(jié)約住宅生活用水量的 10%左右,也就是節(jié)約用水加壓能源的 10%左右,節(jié)能效果跟住宅高度成正比,建筑物越高,節(jié)能效果更顯著[4].其節(jié)能投資也比較省,考慮既節(jié)水又節(jié)能,應(yīng)值得大力推廣.

根據(jù)我國供水情況,還可考慮其它節(jié)能方式:1)使用內(nèi)壁光滑的供水管材,減少管道沿程水頭損失;使用低阻力閥門和倒流防止器等,減少管道局部水頭損失;管道水力損失降低后,相應(yīng)可減少水泵供水壓力,以此方式來降低供水能耗;2)按用水部門分別設(shè)置水表進(jìn)行計(jì)量收費(fèi)[5];3)水池(箱)設(shè)報(bào)警溢流水位,防止長時(shí)間溢流排水.

4 結(jié)語

建筑給排水節(jié)能潛能很大,若能充分利用太陽能及管網(wǎng)余壓和充分使用節(jié)水型衛(wèi)生器具及其他節(jié)能方式,可節(jié)約許多能量及用水量,是一件利國利民的大事.且其節(jié)能效果性價(jià)比較高,應(yīng)值得大力推廣使用.

[1]鐘水庫.家用太陽能熱水器經(jīng)濟(jì)效益的探討與計(jì)算[J].農(nóng)村能源,1999(5):11-13.

[2]姚宏,田盛.二次加壓泵站運(yùn)行現(xiàn)狀及節(jié)能改造措施淺析[J].節(jié)能技術(shù),2002(4):13-16.

[3]楊虹.疊壓供水方式在供水管網(wǎng)中的應(yīng)用[J].安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào),2006(5):50-52.

[4]楊天佑.建筑節(jié)能裝飾門窗?衛(wèi)浴產(chǎn)品[M].廣州:廣東科技出版社,2003.

[5]秦貴棉.住宅分戶計(jì)量收費(fèi)的相關(guān)問題[J].山西建筑,2007(7):191-192.