對建筑水系統進(jìn)行全方位梳理，針對現狀問(wèn)題尋找具有針對性的技術(shù)解決方案。開(kāi)展建筑水系統的水質(zhì)安全(冷水、熱水)、用水舒適度、排水性能、管材及設備、管理模式等方面的技術(shù)研究，銜接建筑供水與排水系統中用水的結合點(diǎn)，重新構建完整的建筑水系統，完成建筑水系統“重構”過(guò)程?？?ldquo;小系統”如何解決大問(wèn)題。
前言：十九大報告指出“推進(jìn)資源全面節約和循環(huán)利用，實(shí)施國家節水行動(dòng)，降低能耗、物耗，實(shí)現生產(chǎn)系統和生活系統循環(huán)鏈接”，“循環(huán)”成為提高資源利用效率的重要途徑。建筑水系統既是城鎮供水系統的終端，也是城市排水系統的始端，是生活用水從“供”轉向“排”的轉折節點(diǎn)，是水資源在城市水系統循環(huán)的重要節點(diǎn)。在傳統的建筑水系統中，生活用水的流轉過(guò)程，為“建筑給水系統”到“建筑排水系統”的單向流轉，水從建筑給水系統經(jīng)過(guò)生活用水過(guò)程排入建筑排水系統，再經(jīng)城鎮排水管網(wǎng)進(jìn)入自然水系的過(guò)程。為響應國家“推進(jìn)資源循環(huán)利用”的號召，提升水資源利用效率，住建部原副部長(cháng)、國務(wù)院參事仇保興提出城鎮水務(wù)綠色轉型的新理念：“重建微循環(huán)”的概念，將原來(lái)建造大型的基礎設施的理念改為建設小型適宜的設施。在建筑中，污廢水再利用的技術(shù)路線(xiàn)，除采用市政再生水或集中建筑中水系統技術(shù)外，通過(guò)將住宅戶(hù)內的廢水簡(jiǎn)單處理和戶(hù)內就地回用的技術(shù)，體現了微循環(huán)的理念，提高水資源利用效率。建筑水系統也是城鎮供水系統中最接近百姓生活的部分，建筑水系統的運轉情況，對百姓生活產(chǎn)生最直接的影響。當前，我國建筑水系統的各環(huán)節，包括二次供水水質(zhì)、二次供水運營(yíng)管理模式、生活熱水水質(zhì)標準及安全、排水系統衛生安全性能等，還存在諸多人民群眾不滿(mǎn)意的地方，亟需對建筑水系統進(jìn)行全方位梳理，針對現狀問(wèn)題形成具有針對性的技術(shù)解決方案。開(kāi)展建筑水系統的水質(zhì)安全(冷水、熱水)、用水舒適度、排水性能、管材及設備、管理模式等方面的技術(shù)研究，銜接建筑供水與排水系統中用水的結合點(diǎn)，重新構建完整的建筑水系統，完成建筑水系統“重構”過(guò)程。
1 基于終端水質(zhì)安全的建筑給水水質(zhì)保障技術(shù)
城鎮供水應保證從水源到用戶(hù)龍頭的全過(guò)程水質(zhì)保障。城鎮供水末端(建筑及小區內)是市政供水的最后一公里，其污染日趨嚴峻，水質(zhì)安全狀況堪憂(yōu)，全國各地飲用水事故接連不斷。因水質(zhì)、水量及二供水設施安全方面的問(wèn)題造成的居民生活風(fēng)險加劇。地下供水管線(xiàn)受到污水滲水井污染，導致大腸桿菌超標引起飲用水污染;自來(lái)水出現渾濁、發(fā)黑的現象，還帶有臭味，居民飲用后出現嘔吐、腹瀉癥狀。飲用水從水源至用戶(hù)的過(guò)程中，在不同介質(zhì)和界面尺度上發(fā)生著(zhù)復雜的水質(zhì)物理、化學(xué)、生物及其協(xié)同作用，導致水質(zhì)轉化，并最終產(chǎn)生健康風(fēng)險。針對城鎮供水末端最后一公里的用水水質(zhì)安全問(wèn)題，應從技術(shù)保障和管理保障兩個(gè)方面，建立基于終端水質(zhì)安全的建筑給水水質(zhì)保障技術(shù)，建立生活熱水的水質(zhì)標準及技術(shù)保證，將二次供水水質(zhì)安全保障率提升到100%，即通過(guò)二次供水設施后的用戶(hù)處的水質(zhì)符合《生活飲用水衛生標準》GB 5749的要求。解決最后一公里的水質(zhì)安全的保障技術(shù)。
從技術(shù)保障上，構建了物理屏障、化學(xué)屏障、水齡保障、涉水材料保障等方面的多級屏障體系。在物理屏障上，針對建筑供水系統的水質(zhì)污染特性，提出基于終端用戶(hù)關(guān)注度(感官指標、生物指標及化學(xué)指標)的水質(zhì)污染控制模式，建立了以膜濾、活性炭吸附為核心的建筑給水系統的物理屏障系統。在化學(xué)屏障上，形成了二次消毒和沖擊消毒技術(shù)。一方面，評價(jià)了氯、二氧化氯、銀離子、紫外線(xiàn)、高級氧化(光催化氧化)等以及不同復合形式的常用二次消毒技術(shù)在建筑給水系統的微生物滅活效能和副產(chǎn)物生成量及變化規律，構建出基于原位消毒與系統持續消毒相結合的復合消毒技術(shù)，解決采用生活水池(箱)供水的水質(zhì)安全保障。驗證了物化消毒方式在建筑給水和生活熱水的二次消毒過(guò)程中消毒效能和適用性，構建出基于水力條件與消毒效果的建筑給水安全消毒技術(shù);另一方面，明確了氯、二氧化氯、銀離子、紫外線(xiàn)、熱力等以及不同復合形式的沖擊消毒方式的微生物滅活效能和副產(chǎn)物生成量及變化規律，構建出基于原位消毒方式與系統持續消毒方式相結合的復合沖擊消毒技術(shù)。評價(jià)了常規消毒與物化消毒方式相結合的微生物滅活效果與影響因素，建立了建筑給水和生活熱水安全消毒技術(shù)及控制方法。制定了《生活熱水水質(zhì)標準》(CJ/T 521-2018)，填補了我國在生活熱水水質(zhì)標準中的空白，對保障人民生活健康提供了技術(shù)措施。對二次供水系統中的水箱、管道，提出至少每3個(gè)月沖洗和消毒一次的技術(shù)建議。在水齡保障上，提出了建筑給水管路系統改進(jìn)措施，建立了建筑給水管道的水力循環(huán)系統。水泵供水干管的水在供給用水點(diǎn)后再回到水池(箱)，經(jīng)消毒設施消毒后再供給用水點(diǎn);建筑室內給水管道通過(guò)雙承口彎頭，環(huán)狀布置，連接用水點(diǎn)處無(wú)支狀管道，消滅死水區，防止細菌超標。明確了建筑內給水管路系統內部回流的水質(zhì)和水力優(yōu)化特性，優(yōu)化了水力條件和水力停留時(shí)間，改善了建筑給水系統的水力運行特性。在材料保障上，優(yōu)化了管道材質(zhì)，控制生物污染。通過(guò)對管材類(lèi)型進(jìn)行篩選，降低溶出污染物，提高管道使用壽命。提出了二次供水常用管材和主要設備綜合評價(jià)方法。
從管理保障上，構建了二次供水管理技術(shù)與模式和二次供水信息管理系統。在二次供水管理模式上，提出了成立專(zhuān)業(yè)的二次供水管理單位進(jìn)行“統建統管”模式，由供水企業(yè)組織人員進(jìn)行市場(chǎng)化運作，管理范圍由用戶(hù)總水表至用戶(hù)分表的二次供水設施，包括設施日常運轉、養護、維修、更換，提出了新建和既有二次供水設施產(chǎn)權和管理職能移交的具體方式。構建了二次供水系統監控與管理平臺，由監控中心和各個(gè)設備監測點(diǎn)組成，數據采集終端可監測二次供水系統各項數據，并傳輸匯集至監控中心，解決自來(lái)水公司對二次供水設備的數據采集、監控以及管理問(wèn)題，實(shí)現了子站運行監控、巡檢維護監控、救險搶修指揮、熱線(xiàn)客服平臺等功能。
基于終端水質(zhì)安全的建筑給水水質(zhì)保障技術(shù)，形成了多項標準規范，將研究成果進(jìn)行了推廣。包含國家標準《建筑給水排水設計規范》GB 50015(報批稿)、國家標準《數字集成全變頻控制恒壓供水設備》(報批稿)、行業(yè)標準《生活熱水水質(zhì)標準》(CJ/T 521-2018)、《二次供水工程技術(shù)規程》CJJ 140(報批稿)，中國工程建設協(xié)會(huì )標準《集中生活熱水水質(zhì)安全技術(shù)規程》(T/CECS 510-2018)、《二次供水運行維護及安全技術(shù)規程》(T/CECS 509-2018)，住宅科技產(chǎn)業(yè)技術(shù)創(chuàng )新戰略聯(lián)盟標準《二次供水設備與材料用與評價(jià)指南》(AFH-103-2018)以及《二次供水工程設計手冊》、建筑給水排水設計人員的經(jīng)典工具書(shū)《建筑給水排水設計手冊》(第三版)。
2 建筑節水節能技術(shù)
針對作為給水系統設計、設備選用的基礎數據，城鎮建筑物用水量統計分析欠缺，節水節能產(chǎn)品不配套，節水技術(shù)關(guān)聯(lián)性不強，未形成節水技術(shù)優(yōu)化與集成應用等問(wèn)題，在實(shí)測與調研統計建筑物用水量及用水規律的基礎上，編制適合我國國情的建筑用水定額(最高日)和用水舒適度評價(jià)方法;開(kāi)發(fā)基于水質(zhì)安全的節水節能的關(guān)鍵技術(shù)，建立城鎮建筑節水技術(shù)，形成適用于建筑物內部的循環(huán)回用節水成套技術(shù)，全面提高供水末端水質(zhì)保障能力及節水率。
2.1模塊化戶(hù)內中水集成系統
由于市政再生水管線(xiàn)和再生水水廠(chǎng)建設與居民小區建設速度不同步，導致“節水三同時(shí)”制度(即同時(shí)設計、同時(shí)施工、同時(shí)交付使用)不能落地。市政再生水利用設施進(jìn)入住戶(hù)家庭內部的部分(便器水箱、管道、閥門(mén)、水表)，實(shí)際上是屬于居民自我管理的財產(chǎn)和空間，無(wú)法實(shí)施第三方強制監督和安全管理。由于住戶(hù)裝修時(shí)私自改接管道，將中水管道與生活飲用水管道連接(這是國家強制性條文禁止的)，即使有了市政再生水，也不能再通水使用。后期通水，將存在嚴重的再生水污染自來(lái)水安全隱患。即使小區落成時(shí)能接入市政再生水，也不能直接入戶(hù)使用，還需要小區內建設中水處理設施，處理達到《城市污水再生利用城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920—2002)中沖廁的規定。市政再生水水質(zhì)標準一般達到一級A標準或一級B標準，其水質(zhì)指標與沖廁用水指標不完全相同。市政再生水直接入戶(hù)，水質(zhì)不能滿(mǎn)足沖廁的安全要求。建筑或小區中水也存在無(wú)專(zhuān)業(yè)化的運行管理公司，中水處理設施不能正常運行的問(wèn)題。研發(fā)的適用于住宅戶(hù)內的循環(huán)回用的節水成套技術(shù)，收集洗臉盆、洗衣機和淋浴的優(yōu)質(zhì)雜排水，通過(guò)排水管道進(jìn)入在戶(hù)內設置的水處理主模塊，通過(guò)過(guò)濾和消毒工序后用于便器沖廁。開(kāi)發(fā)的側立式安裝方式，解決了衛生間降板的基建條件限制;優(yōu)化了排水管件等關(guān)鍵部件和消毒工藝，通過(guò)即時(shí)消毒及定時(shí)消毒和多次過(guò)濾，結合水質(zhì)傳感器，實(shí)現了消毒系統的自動(dòng)穩定控制運行，出水水質(zhì)滿(mǎn)足《城市污水再生利用 城市雜用水水質(zhì)》(GB/T 18920-2002)的要求，并發(fā)布了行業(yè)標準《模塊化戶(hù)內中水集成系統技術(shù)規程》(JGJ/T 409-2017)。通過(guò)既有住宅住戶(hù)的改造安裝使用，近7個(gè)月跟蹤評估，與原有衛生器具用水量比較，戶(hù)均節水率達到30%。該技術(shù)已作為推薦技術(shù)應用于北京市共有產(chǎn)權房的建設中，技術(shù)符合“源頭減排、就近使用、循序利用”的原則，是綠色的“微循環(huán)”。
2.2 終端用水舒適度的節水技術(shù)研究
針對不同人群，開(kāi)展了不同使用終端(冷水龍頭、冷熱水混合龍頭及淋浴器)在滿(mǎn)足最佳使用感覺(jué)的前提下龍頭出水的舒適水溫、舒適流量及水壓的實(shí)測，分析了影響舒適度的因素，開(kāi)展了終端用水器具的出流特性研究，為給水系統設計提供了試驗數據。形成基于終端用水舒適度的建筑節水節能關(guān)鍵技術(shù)。給出冷水龍頭，靜壓在0.15～0.20 MPa之間，動(dòng)壓在0.11～0.14 MPa之間，流量在0.059～0.062 L/s之間，可滿(mǎn)足設計要求，同時(shí)也能滿(mǎn)足節水需求，可節水58.7%～60.7%;冷熱水混合龍頭，靜壓在0.20～0.25 MPa之間，動(dòng)壓在0.12～0.17 MPa之間，流量在0.068～0.077 L/s之間，可滿(mǎn)足設計要求，同時(shí)也能滿(mǎn)足節水需求，可節水48.7%～57.3%;淋浴器，靜壓在0.20 MPa，流量在0.13～0.15 L/s之間，溫度在39.0～40.0 ℃之間，可滿(mǎn)足設計要求，同時(shí)也能滿(mǎn)足節水需求，可節水4.3%～17.7%。
2.3 二次供水節能特性比選
針對在建筑給水設計中多種二次供水系統形式并存、各系統節能性能存在差異問(wèn)題，開(kāi)展二次供水方式節能差異性能研究，制定合理的供水系統方式優(yōu)選方案，為建筑給水行業(yè)中供水系統的正確選擇提供依據。研發(fā)了供水能耗監測系統(物聯(lián)網(wǎng)無(wú)線(xiàn)傳輸+數據存儲)，用于水泵供水特性分析。對現有二次供水方式的系統特性與能耗進(jìn)行分析和研究，包括變頻水泵直接加壓供水(疊壓供水)，水泵、氣壓水罐供水，頂部水箱(或水塔)重力供水，水箱與水泵聯(lián)合供水，局部并聯(lián)、局部串聯(lián)等供水方式。提出了不同用水規律下的建筑中合理的供水系統方式，在保證供水安全(水質(zhì)、水量及水壓)的前提下，最大程度降低建筑供水系統的能耗。主要包括以下部分：①變頻水泵加壓供水系統能耗研究。傳統水池+變頻水泵供水系統具有水量保證率高、對市政管網(wǎng)沖擊負荷小等特點(diǎn)，測試變頻水泵加壓供水系統的供水能耗，確定該系統的平均節能效果以及供水能耗、供水量及供水壓力的變化規律，給出該系統的高效應用范圍。②屋頂水箱重力供水系統能耗研究。確定該系統的平均節能效果以及供水能耗、供水量及供水壓力的變化規律，確定屋頂水箱重力供水系統的適用范圍。③用水器具與供水系統的節水特性評價(jià)技術(shù)研究。針對節水產(chǎn)品樣式多、節水原理差異大、直接影響系統的供水壓力、造成系統的耗水耗能等方面問(wèn)題，開(kāi)展用水器具的用水定額研究，研究水嘴(水龍頭)器具出流量、單次用水供水量、單次使用時(shí)間、不同工作壓力等因素與用水效果的關(guān)系，確定水溫調節和流量限制功能的淋浴器用水定額;在保證衛生要求條件下，提出便器最小沖洗用水量，制定用水器具節水節能的技術(shù)評價(jià)方法。開(kāi)展用水器具與供水系統的節水特性評價(jià)技術(shù)研究，針對建筑供水系統中不同特性用水器具導致的建筑供水系統壓力變化而引起的用水量變化問(wèn)題進(jìn)行研究，制定用水器具設置與供水系統方式選擇的優(yōu)選方法，建立用水器具與供水系統特性的節水性能評價(jià)技術(shù)。
3 建筑排水衛生性安全保障技術(shù)
針對建筑排水系統性能評估不健全、排水預測不清晰、安全保障不充分等問(wèn)題，搭建了排水系統排水能力評測與監測體系，建立了超高層排水系統性能預測模型及方法，形成了排水系統衛生安全性能保障技術(shù)體系。利用高度為122.9 m的中國首座、世界最高的高層建筑實(shí)驗塔，開(kāi)展了數萬(wàn)次足尺試驗，創(chuàng )造性地提出了瞬間流量法，并建立了標準的測試方法和測試流程，完成了國內首部住宅生活排水系統立管排水能力測試的行業(yè)標準《住宅生活排水系統立管排水能力測試標準》(CJJ/T 245-2016)，彌補了我國住宅排水系統立管排水能力測試的不足。構建了排水系統內部空氣場(chǎng)和水流狀況的模擬計算模型，建立了預測高層建筑排水系統排水能力的數學(xué)模型，填補了國際上目前建筑排水能力預測領(lǐng)域的空白。針對建筑排水系統衛生安全性能，基于大量足尺試驗比對數據，提出了“排水系統衛生安全度”的概念，直觀(guān)表達系統的衛生安全性能;研發(fā)了高水封保持能力地漏、存水彎產(chǎn)品;系統性地提出了高層建筑高安全性能排水系統的構成與構造技術(shù)，涵蓋了建筑排水系統的戶(hù)內橫支管系統及地漏、存水彎產(chǎn)品構造、排水立管系統和排出管系統，系統整體衛生安全度達到112.0%，部分成果已納入國家標準《建筑給水排水設計規范》GB 50015(報批稿)的修訂內容，為提高我國建筑排水系統衛生安全保障水平提供了有力支撐。
4 成果應用
課題由中國建筑設計研究院有限公司承擔，聯(lián)合北京工業(yè)大學(xué)、中國建筑標準設計研究院、北京建筑大學(xué)、天津市華澄供水工程技術(shù)有限公司、天津生態(tài)城建設投資有限公司、沈陽(yáng)水務(wù)集團有限公司、北京交通大學(xué)、山東建筑大學(xué)、重慶大學(xué)、同濟大學(xué)等10家參加單位，共同開(kāi)展了4年的研究。成果應用類(lèi)型豐富，結合綜合技術(shù)示范實(shí)現了關(guān)鍵技術(shù)應用，通過(guò)標準規范編制實(shí)現了重點(diǎn)成果推廣，開(kāi)展科技成果轉化實(shí)現了設備市場(chǎng)應用。①在綜合示范方面，開(kāi)展了水質(zhì)安全保障技術(shù)、熱水消毒技術(shù)示范、節能節水技術(shù)、雨水和灰水循環(huán)利用技術(shù)、排水系統反臭氣控制技術(shù)等單項和綜合示范，示范工程總面積達到60萬(wàn)m?。②二次供水管理模式及監控平臺示范，供水人口超過(guò)100萬(wàn)。③在標準規范方面，課題編制的標準規范12項，其中9項已經(jīng)正式實(shí)施，3項已報批，將課題在給水、節水、排水衛生等方面的重要研究成果，用于指導建筑給水排水的各項工程建設。④在成果轉化方面，課題形成的銀離子消毒裝置，模塊化戶(hù)內中水回用系統，高水封保持能力的地漏，在現有的科研成果基礎上對其應用產(chǎn)品化，均形成產(chǎn)品并在實(shí)際建筑工程中得到應用。
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