對建筑水系統(tǒng)進行全方位梳理，針對現(xiàn)狀問題尋找具有針對性的技術解決方案。開展建筑水系統(tǒng)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研究，銜接建筑供水與排水系統(tǒng)中用水的結(jié)合點，重新構(gòu)建完整的建筑水系統(tǒng)，完成建筑水系統(tǒng)“重構(gòu)”過程?？?ldquo;小系統(tǒng)”如何解決大問題。
前言：十九大報告指出“推進資源全面節(jié)約和循環(huán)利用，實施國家節(jié)水行動，降低能耗、物耗，實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)和生活系統(tǒng)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(tǒng)既是城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)的終端，也是城市排水系統(tǒng)的始端，是生活用水從“供”轉(zhuǎn)向“排”的轉(zhuǎn)折節(jié)點，是水資源在城市水系統(tǒng)循環(huán)的重要節(jié)點。在傳統(tǒng)的建筑水系統(tǒng)中，生活用水的流轉(zhuǎn)過程，為“建筑給水系統(tǒng)”到“建筑排水系統(tǒng)”的單向流轉(zhuǎn)，水從建筑給水系統(tǒng)經(jīng)過生活用水過程排入建筑排水系統(tǒng)，再經(jīng)城鎮(zhèn)排水管網(wǎng)進入自然水系的過程。為響應國家“推進資源循環(huán)利用”的號召，提升水資源利用效率，住建部原副部長、國務院參事仇保興提出城鎮(zhèn)水務綠色轉(zhuǎn)型的新理念：“重建微循環(huán)”的概念，將原來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路線，除采用市政再生水或集中建筑中水系統(tǒng)技術外，通過將住宅戶內(nèi)的廢水簡單處理和戶內(nèi)就地回用的技術，體現(xiàn)了微循環(huán)的理念，提高水資源利用效率。建筑水系統(tǒng)也是城鎮(zhèn)供水系統(tǒng)中最接近百姓生活的部分，建筑水系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)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(tǒng)的各環(huán)節(jié)，包括二次供水水質(zhì)、二次供水運營管理模式、生活熱水水質(zhì)標準及安全、排水系統(tǒng)衛(wèi)生安全性能等，還存在諸多人民群眾不滿意的地方，亟需對建筑水系統(tǒng)進行全方位梳理，針對現(xiàn)狀問題形成具有針對性的技術解決方案。開展建筑水系統(tǒng)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研究，銜接建筑供水與排水系統(tǒng)中用水的結(jié)合點，重新構(gòu)建完整的建筑水系統(tǒng)，完成建筑水系統(tǒng)“重構(gòu)”過程。
1 基于終端水質(zhì)安全的建筑給水水質(zhì)保障技術
城鎮(zhèn)供水應保證從水源到用戶龍頭的全過程水質(zhì)保障。城鎮(zhèn)供水末端(建筑及小區(qū)內(nèi))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，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題造成的居民生活風險加劇。地下供水管線受到污水滲水井污染，導致大腸桿菌超標引起飲用水污染;自來水出現(xiàn)渾濁、發(fā)黑的現(xiàn)象，還帶有臭味，居民飲用后出現(xiàn)嘔吐、腹瀉癥狀。飲用水從水源至用戶的過程中，在不同介質(zhì)和界面尺度上發(fā)生著復雜的水質(zhì)物理、化學、生物及其協(xié)同作用，導致水質(zhì)轉(zhuǎn)化，并最終產(chǎn)生健康風險。針對城鎮(zhèn)供水末端最后一公里的用水水質(zhì)安全問題，應從技術保障和管理保障兩個方面，建立基于終端水質(zhì)安全的建筑給水水質(zhì)保障技術，建立生活熱水的水質(zhì)標準及技術保證，將二次供水水質(zhì)安全保障率提升到100%，即通過二次供水設施后的用戶處的水質(zhì)符合《生活飲用水衛(wèi)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。
從技術保障上，構(gòu)建了物理屏障、化學屏障、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(tǒng)的水質(zhì)污染特性，提出基于終端用戶關注度(感官指標、生物指標及化學指標)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(tǒng)的物理屏障系統(tǒng)。在化學屏障上，形成了二次消毒和沖擊消毒技術。一方面，評價了氯、二氧化氯、銀離子、紫外線、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在建筑給水系統(tǒng)的微生物滅活效能和副產(chǎn)物生成量及變化規(guī)律，構(gòu)建出基于原位消毒與系統(tǒng)持續(xù)消毒相結(jié)合的復合消毒技術，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程中消毒效能和適用性，構(gòu)建出基于水力條件與消毒效果的建筑給水安全消毒技術;另一方面，明確了氯、二氧化氯、銀離子、紫外線、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(guī)律，構(gòu)建出基于原位消毒方式與系統(tǒng)持續(xù)消毒方式相結(jié)合的復合沖擊消毒技術。評價了常規(guī)消毒與物化消毒方式相結(jié)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措施。對二次供水系統(tǒng)中的水箱、管道，提出至少每3個月沖洗和消毒一次的技術建議。在水齡保障上，提出了建筑給水管路系統(tǒng)改進措施，建立了建筑給水管道的水力循環(huán)系統(tǒng)。水泵供水干管的水在供給用水點后再回到水池(箱)，經(jīng)消毒設施消毒后再供給用水點;建筑室內(nèi)給水管道通過雙承口彎頭，環(huán)狀布置，連接用水點處無支狀管道，消滅死水區(qū)，防止細菌超標。明確了建筑內(nèi)給水管路系統(tǒng)內(nèi)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間，改善了建筑給水系統(tǒng)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。通過對管材類型進行篩選，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方法。
從管理保障上，構(gòu)建了二次供水管理技術與模式和二次供水信息管理系統(tǒng)。在二次供水管理模式上，提出了成立專業(yè)的二次供水管理單位進行“統(tǒng)建統(tǒng)管”模式，由供水企業(yè)組織人員進行市場化運作，管理范圍由用戶總水表至用戶分表的二次供水設施，包括設施日常運轉(zhuǎn)、養(yǎng)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(gòu)建了二次供水系統(tǒng)監(jiān)控與管理平臺，由監(jiān)控中心和各個設備監(jiān)測點組成，數(shù)據(jù)采集終端可監(jiān)測二次供水系統(tǒng)各項數(shù)據(jù)，并傳輸匯集至監(jiān)控中心，解決自來水公司對二次供水設備的數(shù)據(jù)采集、監(jiān)控以及管理問題，實現(xiàn)了子站運行監(jiān)控、巡檢維護監(jiān)控、救險搶修指揮、熱線客服平臺等功能。
基于終端水質(zhì)安全的建筑給水水質(zhì)保障技術，形成了多項標準規(guī)范，將研究成果進行了推廣。包含國家標準《建筑給水排水設計規(guī)范》GB 50015(報批稿)、國家標準《數(shù)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)、《二次供水工程技術規(guī)程》CJJ 140(報批稿)，中國工程建設協(xié)會標準《集中生活熱水水質(zhì)安全技術規(guī)程》(T/CECS 510-2018)、《二次供水運行維護及安全技術規(guī)程》(T/CECS 509-2018)，住宅科技產(chǎn)業(yè)技術創(chuàng)新戰(zhàn)略聯(lián)盟標準《二次供水設備與材料用與評價指南》(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《建筑給水排水設計手冊》(第三版)。
2 建筑節(jié)水節(jié)能技術
針對作為給水系統(tǒng)設計、設備選用的基礎數(shù)據(jù)，城鎮(zhèn)建筑物用水量統(tǒng)計分析欠缺，節(jié)水節(jié)能產(chǎn)品不配套，節(jié)水技術關聯(lián)性不強，未形成節(jié)水技術優(yōu)化與集成應用等問題，在實測與調(diào)研統(tǒng)計建筑物用水量及用水規(guī)律的基礎上，編制適合我國國情的建筑用水定額(最高日)和用水舒適度評價方法;開發(fā)基于水質(zhì)安全的節(jié)水節(jié)能的關鍵技術，建立城鎮(zhèn)建筑節(jié)水技術，形成適用于建筑物內(nèi)部的循環(huán)回用節(jié)水成套技術，全面提高供水末端水質(zhì)保障能力及節(jié)水率。
2.1模塊化戶內(nèi)中水集成系統(tǒng)
由于市政再生水管線和再生水水廠建設與居民小區(qū)建設速度不同步，導致“節(jié)水三同時”制度(即同時設計、同時施工、同時交付使用)不能落地。市政再生水利用設施進入住戶家庭內(nèi)部的部分(便器水箱、管道、閥門、水表)，實際上是屬于居民自我管理的財產(chǎn)和空間，無法實施第三方強制監(jiān)督和安全管理。由于住戶裝修時私自改接管道，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水安全隱患。即使小區(qū)落成時能接入市政再生水，也不能直接入戶使用，還需要小區(qū)內(nèi)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(guī)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，水質(zhì)不能滿足沖廁的安全要求。建筑或小區(qū)中水也存在無專業(yè)化的運行管理公司，中水處理設施不能正常運行的問題。研發(fā)的適用于住宅戶內(nèi)的循環(huán)回用的節(jié)水成套技術，收集洗臉盆、洗衣機和淋浴的優(yōu)質(zhì)雜排水，通過排水管道進入在戶內(nèi)設置的水處理主模塊，通過過濾和消毒工序后用于便器沖廁。開發(fā)的側(cè)立式安裝方式，解決了衛(wèi)生間降板的基建條件限制;優(yōu)化了排水管件等關鍵部件和消毒工藝，通過即時消毒及定時消毒和多次過濾，結(jié)合水質(zhì)傳感器，實現(xiàn)了消毒系統(tǒng)的自動穩(wěn)定控制運行，出水水質(zhì)滿足《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《模塊化戶內(nèi)中水集成系統(tǒng)技術規(guī)程》(JGJ/T 409-2017)。通過既有住宅住戶的改造安裝使用，近7個月跟蹤評估，與原有衛(wèi)生器具用水量比較，戶均節(jié)水率達到30%。該技術已作為推薦技術應用于北京市共有產(chǎn)權房的建設中，技術符合“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(jié)水技術研究
針對不同人群，開展了不同使用終端(冷水龍頭、冷熱水混合龍頭及淋浴器)在滿足最佳使用感覺的前提下龍頭出水的舒適水溫、舒適流量及水壓的實測，分析了影響舒適度的因素，開展了終端用水器具的出流特性研究，為給水系統(tǒng)設計提供了試驗數(shù)據(jù)。形成基于終端用水舒適度的建筑節(jié)水節(jié)能關鍵技術。給出冷水龍頭，靜壓在0.15～0.20 MPa之間，動壓在0.11～0.14 MPa之間，流量在0.059～0.062 L/s之間，可滿足設計要求，同時也能滿足節(jié)水需求，可節(jié)水58.7%～60.7%;冷熱水混合龍頭，靜壓在0.20～0.25 MPa之間，動壓在0.12～0.17 MPa之間，流量在0.068～0.077 L/s之間，可滿足設計要求，同時也能滿足節(jié)水需求，可節(jié)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，可滿足設計要求，同時也能滿足節(jié)水需求，可節(jié)水4.3%～17.7%。
2.3 二次供水節(jié)能特性比選
針對在建筑給水設計中多種二次供水系統(tǒng)形式并存、各系統(tǒng)節(jié)能性能存在差異問題，開展二次供水方式節(jié)能差異性能研究，制定合理的供水系統(tǒng)方式優(yōu)選方案，為建筑給水行業(yè)中供水系統(tǒng)的正確選擇提供依據(jù)。研發(fā)了供水能耗監(jiān)測系統(tǒng)(物聯(lián)網(wǎng)無線傳輸+數(shù)據(jù)存儲)，用于水泵供水特性分析。對現(xiàn)有二次供水方式的系統(tǒng)特性與能耗進行分析和研究，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(guī)律下的建筑中合理的供水系統(tǒng)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(tǒng)的能耗。主要包括以下部分：①變頻水泵加壓供水系統(tǒng)能耗研究。傳統(tǒng)水池+變頻水泵供水系統(tǒng)具有水量保證率高、對市政管網(wǎng)沖擊負荷小等特點，測試變頻水泵加壓供水系統(tǒng)的供水能耗，確定該系統(tǒng)的平均節(jié)能效果以及供水能耗、供水量及供水壓力的變化規(guī)律，給出該系統(tǒng)的高效應用范圍。②屋頂水箱重力供水系統(tǒng)能耗研究。確定該系統(tǒng)的平均節(jié)能效果以及供水能耗、供水量及供水壓力的變化規(guī)律，確定屋頂水箱重力供水系統(tǒng)的適用范圍。③用水器具與供水系統(tǒng)的節(jié)水特性評價技術研究。針對節(jié)水產(chǎn)品樣式多、節(jié)水原理差異大、直接影響系統(tǒng)的供水壓力、造成系統(tǒng)的耗水耗能等方面問題，開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、單次使用時間、不同工作壓力等因素與用水效果的關系，確定水溫調(diào)節(jié)和流量限制功能的淋浴器用水定額;在保證衛(wèi)生要求條件下，提出便器最小沖洗用水量，制定用水器具節(jié)水節(jié)能的技術評價方法。開展用水器具與供水系統(tǒng)的節(jié)水特性評價技術研究，針對建筑供水系統(tǒng)中不同特性用水器具導致的建筑供水系統(tǒng)壓力變化而引起的用水量變化問題進行研究，制定用水器具設置與供水系統(tǒng)方式選擇的優(yōu)選方法，建立用水器具與供水系統(tǒng)特性的節(jié)水性能評價技術。
3 建筑排水衛(wèi)生性安全保障技術
針對建筑排水系統(tǒng)性能評估不健全、排水預測不清晰、安全保障不充分等問題，搭建了排水系統(tǒng)排水能力評測與監(jiān)測體系，建立了超高層排水系統(tǒng)性能預測模型及方法，形成了排水系統(tǒng)衛(wèi)生安全性能保障技術體系。利用高度為122.9 m的中國首座、世界最高的高層建筑實驗塔，開展了數(shù)萬次足尺試驗，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(nèi)首部住宅生活排水系統(tǒng)立管排水能力測試的行業(yè)標準《住宅生活排水系統(tǒng)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(tǒng)立管排水能力測試的不足。構(gòu)建了排水系統(tǒng)內(nèi)部空氣場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(tǒng)排水能力的數(shù)學模型，填補了國際上目前建筑排水能力預測領域的空白。針對建筑排水系統(tǒng)衛(wèi)生安全性能，基于大量足尺試驗比對數(shù)據(jù)，提出了“排水系統(tǒng)衛(wèi)生安全度”的概念，直觀表達系統(tǒng)的衛(wèi)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(tǒng)性地提出了高層建筑高安全性能排水系統(tǒng)的構(gòu)成與構(gòu)造技術，涵蓋了建筑排水系統(tǒng)的戶內(nèi)橫支管系統(tǒng)及地漏、存水彎產(chǎn)品構(gòu)造、排水立管系統(tǒng)和排出管系統(tǒng)，系統(tǒng)整體衛(wèi)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(guī)范》GB 50015(報批稿)的修訂內(nèi)容，為提高我國建筑排水系統(tǒng)衛(wèi)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、中國建筑標準設計研究院、北京建筑大學、天津市華澄供水工程技術有限公司、天津生態(tài)城建設投資有限公司、沈陽水務集團有限公司、北京交通大學、山東建筑大學、重慶大學、同濟大學等10家參加單位，共同開展了4年的研究。成果應用類型豐富，結(jié)合綜合技術示范實現(xiàn)了關鍵技術應用，通過標準規(guī)范編制實現(xiàn)了重點成果推廣，開展科技成果轉(zhuǎn)化實現(xiàn)了設備市場應用。①在綜合示范方面，開展了水質(zhì)安全保障技術、熱水消毒技術示范、節(jié)能節(jié)水技術、雨水和灰水循環(huán)利用技術、排水系統(tǒng)反臭氣控制技術等單項和綜合示范，示范工程總面積達到60萬m?。②二次供水管理模式及監(jiān)控平臺示范，供水人口超過100萬。③在標準規(guī)范方面，課題編制的標準規(guī)范12項，其中9項已經(jīng)正式實施，3項已報批，將課題在給水、節(jié)水、排水衛(wèi)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(zhuǎn)化方面，課題形成的銀離子消毒裝置，模塊化戶內(nèi)中水回用系統(tǒng)，高水封保持能力的地漏，在現(xiàn)有的科研成果基礎上對其應用產(chǎn)品化，均形成產(chǎn)品并在實際建筑工程中得到應用。
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