談市政給排水工程設(shè)計(jì)節(jié)能技術(shù)

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摘要：“十四五”規(guī)劃綱要進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了“節(jié)約資源”這一基本國(guó)策的重要地位，節(jié)能減排已經(jīng)成為提高工程質(zhì)量、打造示范工程的重要內(nèi)容。市政給排水系統(tǒng)是城市建設(shè)中的基礎(chǔ)性設(shè)施，在運(yùn)行和維護(hù)方面需要消耗一定的能源，隨著城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，供水服務(wù)區(qū)不斷擴(kuò)大，高層建筑增多，供水壓力逐年提升，對(duì)給排水系統(tǒng)的節(jié)能效果提出了更高的要求。本文通過(guò)總結(jié)實(shí)際工程中的節(jié)能思路，闡述了目前市政給排水設(shè)計(jì)中的節(jié)能技術(shù)、應(yīng)用及其發(fā)展，以期提高給排水系統(tǒng)的節(jié)能性能，促使給排水系統(tǒng)設(shè)計(jì)與現(xiàn)代城市發(fā)展相適應(yīng)。

關(guān)鍵詞：市政設(shè)計(jì)；節(jié)能技術(shù)；供水系統(tǒng)；排水系統(tǒng)

城鎮(zhèn)的市政給排水系統(tǒng)承擔(dān)著供給覆蓋區(qū)域的生產(chǎn)、生活用水，接納雨水、污水的責(zé)任，為城市基本職能的發(fā)揮提供了物質(zhì)保障。隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，近年來(lái)由于我國(guó)不斷推進(jìn)城鎮(zhèn)化建設(shè)，市政服務(wù)區(qū)域逐年擴(kuò)大，高層建筑在城市中的普及也使得系統(tǒng)所需的壓力水平不斷上升。隨著人們生活水平的提高，用水量增大的同時(shí)，用水的水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)也在不斷細(xì)化，產(chǎn)生的污水成分復(fù)雜、水質(zhì)較差，這使得市政給排水的能耗問(wèn)題日益突出。因此，設(shè)計(jì)過(guò)程中采用合理有效的節(jié)能技術(shù)對(duì)于降低供水能耗、實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排具有十分重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1市政給排水現(xiàn)狀

1.1市政給排水的系統(tǒng)構(gòu)成

完整的市政給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)內(nèi)容包括取水方案、供水設(shè)計(jì)、排水設(shè)計(jì)以及凈水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，比較復(fù)雜的系統(tǒng)還包括消防、熱水以及中水設(shè)計(jì)等。在市政給排水設(shè)計(jì)中，除了凈水的系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)于水質(zhì)和壓力的要求較小，其余環(huán)節(jié)中水泵加壓均為關(guān)鍵的耗能環(huán)節(jié)，是優(yōu)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案、減小市政給排水系統(tǒng)能耗的重點(diǎn)內(nèi)容。凈水和中水處理系統(tǒng)著眼于水資源的處理和回用，設(shè)計(jì)過(guò)程中，需要結(jié)合實(shí)際用水單元所需要的水質(zhì)，運(yùn)用水務(wù)管理相關(guān)的知識(shí)和內(nèi)容，合理規(guī)劃，提高水資源的利用率。

1.2市政給排水工程的能耗

電耗始終是市政系統(tǒng)比重不低的成本來(lái)源，根據(jù)我國(guó)自來(lái)水行業(yè)的資料統(tǒng)計(jì)，對(duì)于常駐人口為20萬(wàn)~50萬(wàn)之間的中等城市，城市僅供水系統(tǒng)的平均電耗就占總成本的32%~41%。表12016年我國(guó)城市耗電總量統(tǒng)計(jì)表

由耗電量分析可得，隨著節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用，我國(guó)供水能耗呈現(xiàn)出在工業(yè)耗電中所占的比例下降但總耗電量上升的特點(diǎn)。由于其巨大供水耗電總量，在市政給排水設(shè)計(jì)中采取有效地節(jié)能技術(shù)勢(shì)在必行，且有較好的作用空間。

2市政給排水設(shè)計(jì)節(jié)能原則

2.1給水節(jié)能的設(shè)計(jì)原則

由于我國(guó)的水資源時(shí)間和空間分布不均衡，大多數(shù)城市都面臨著不同程度的水資源短缺的問(wèn)題。因此，節(jié)約用水量，提高水資源的利用效率成為了市政給排水設(shè)計(jì)中不得不考慮的重要問(wèn)題。一般來(lái)說(shuō)，常見(jiàn)的節(jié)能思路包括：（1）根據(jù)實(shí)際情況對(duì)水質(zhì)進(jìn)行分級(jí)以實(shí)現(xiàn)多級(jí)梯式利用，提高水資源的利用效率。給水設(shè)計(jì)需要充分考慮實(shí)際用水單位的需求，這種方式多用于用水量較大、結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的給水系統(tǒng)。（2）充分利用雨水。“海綿城市”概念的提出，對(duì)于市政給排水的節(jié)能設(shè)計(jì)具有啟發(fā)性影響，其較高的節(jié)能環(huán)保效果主要就是通過(guò)充分收集和利用雨水實(shí)現(xiàn)的。（3）中水回用。中水是經(jīng)過(guò)了良好的一級(jí)處理或者深度處理的污水，是給水設(shè)計(jì)中一個(gè)較為特殊的水源，中水的循環(huán)利用對(duì)于實(shí)現(xiàn)水資源的循環(huán)利用，提高系統(tǒng)的節(jié)能效率具有重要作用。目前，常見(jiàn)的城市中水系統(tǒng)處理結(jié)構(gòu)如圖1。

2.2排水節(jié)能的設(shè)計(jì)原則

在城市的排水設(shè)計(jì)過(guò)程中，面臨最大的挑戰(zhàn)是不確定性。排水單位排出污水的水質(zhì)和水量以及時(shí)段波動(dòng)性對(duì)排水系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行和能耗有重要影響。市政排水設(shè)計(jì)中首要的節(jié)能思路就是合理選擇污水提升泵的功率和揚(yáng)程，指定高效穩(wěn)定節(jié)能的污水提升方案。對(duì)于地勢(shì)起伏較大的城市，要充分考慮城市的高程和地質(zhì)。此外，排水節(jié)能技術(shù)還包括污水處理、雨污分流、采用適合工程特性的管材、與城市的道路工程有機(jī)結(jié)合以及聯(lián)動(dòng)城市防洪規(guī)劃等。其中污水處理環(huán)節(jié)在設(shè)計(jì)過(guò)程中有時(shí)也被定性為凈水設(shè)計(jì)，但是設(shè)計(jì)城市市政排水時(shí)，也要通過(guò)考量城市的污水處理能力來(lái)規(guī)劃排水管網(wǎng)。

3市政給排水設(shè)計(jì)節(jié)能技術(shù)

3.1輸水方式選擇

在市政系統(tǒng)運(yùn)行的過(guò)程中，電能消耗主要來(lái)源于供水和布水的過(guò)程。根據(jù)工程實(shí)際需求選擇合適的輸水方式，是減小系統(tǒng)電耗的重要舉措。設(shè)計(jì)過(guò)程中，供水的水源、輸送量以及壓力是選擇輸水方式的主要考量因素。常見(jiàn)的輸水方式可以分為壓力輸水方式和重力輸水方式，二者的特性見(jiàn)表2。

3.2節(jié)能供水技術(shù)

通過(guò)對(duì)給排水系統(tǒng)的能耗分析可得，供水環(huán)節(jié)是能耗的主要來(lái)源。針對(duì)供水方式改良，相關(guān)人員進(jìn)行了各種方向的研究和探討。目前，城市中采用的主要供水方式是恒壓變頻供水系統(tǒng)。自來(lái)水廠的來(lái)水經(jīng)過(guò)二次加壓后，輸送到用戶端，為了保證系統(tǒng)的有效運(yùn)行，市政管網(wǎng)設(shè)計(jì)規(guī)范總要求供水水壓應(yīng)大于用戶接水點(diǎn)。輸水加壓抬升到水箱后，水壓自然降低，造成了能源浪費(fèi)。為解決水壓浪費(fèi)的問(wèn)題，逐漸開(kāi)發(fā)除了多種節(jié)能供水方式，以下以無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)為例：無(wú)負(fù)壓供水系統(tǒng)是利用有壓容器代替?zhèn)鹘y(tǒng)的供水系統(tǒng)的水池和水箱，裝配在市政管網(wǎng)和提升泵之間，有效利用市政管網(wǎng)中原有的壓力，直接抽水送入用戶端。搭配變頻泵，可以實(shí)現(xiàn)合理控制泵的運(yùn)行，防治給水污染的目的。

3.3雨水利用技術(shù)

在市政給排水設(shè)計(jì)中，雨水可以收集后進(jìn)入中水處理系統(tǒng)，成為城市用水的來(lái)源，節(jié)省水資源，通過(guò)雨污分流收集后又可以減輕城市排水系統(tǒng)和污水處理系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)。在市政給排水工程的設(shè)計(jì)過(guò)程中，要需要結(jié)合工程所處地的實(shí)際情況，包括氣象條件、地形條件等，合理的運(yùn)用循環(huán)技術(shù)設(shè)計(jì)雨水的收集和處理方式，建設(shè)雨水再利用系統(tǒng)，達(dá)到節(jié)約水資源的目的。以天津市濱海新區(qū)生態(tài)城的給排水系統(tǒng)為例，見(jiàn)圖3。由此可見(jiàn)，雨水的回用需要與整體的供水和排水系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合在一起，構(gòu)成一套完整的、系統(tǒng)化的水循環(huán)系統(tǒng)。市政給排水的設(shè)計(jì)需要考慮多個(gè)環(huán)節(jié)中的節(jié)能技術(shù)，將各環(huán)節(jié)串聯(lián)起來(lái)，形成一個(gè)多元化的高效節(jié)能網(wǎng)絡(luò)。

4結(jié)論

市政給排水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)需要貫徹節(jié)能減排的政策需求，在保證系統(tǒng)整體性能的基礎(chǔ)上，逐步推進(jìn)節(jié)能技術(shù)的應(yīng)用。在市政設(shè)計(jì)中必須重視系統(tǒng)整體的節(jié)水節(jié)能性能，通過(guò)合理的規(guī)劃，優(yōu)化整體設(shè)計(jì)，并且后續(xù)的運(yùn)維過(guò)程中，加強(qiáng)水務(wù)管理，真正做到長(zhǎng)期有效的保證系統(tǒng)的節(jié)水性能，促進(jìn)綠色環(huán)保城市的建設(shè)。

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作者：王娟  韓麗  劉恒 單位：煙臺(tái)市城市排水服務(wù)中心