节约型校园建设的低碳节水设计——以成都医学院新校区为例.pdf

3 0 0 四川建筑科学研究 S i c h u a n B u i l d i n g S c i e n c e 第 3 9卷第5期 2 0 1 3年 1 O月 节约型校园建设的低碳节水设计 以成都 医学院新校 区为例 林丽 ， 郝有志 ( 1 成都医学院基建工程处， 四川 成都6 1 0 5 0 0 ； 2 重庆大学三峡库区生态环境教育部重点实验室， 重庆4 0 0 0 4 5 ) 摘要： 针对我国高校各用水点对水质水量的需求特征， 以及专业特点的排污状况， 以成都医学院为例， 提出节约 型校园节水与非传统水源利用设计技术， 主要包括校园给水系统节水、 雨水收集与利用、 人工湖景观水体生态补水 与水质保障、 医学院特殊废水处理等技术。 关键词： 节约型校园； 节水； 低碳 ； 雨水； 成都医学院 中图分类号： T u 2 4 4 3 文献标志码： B 文章编号 ： 1 0 0 81 9 3 3 ( 2 0 1 3 ) 0 5 3 0 0 0 4 0 引 言 传统高校给水管网系统的跑水、 冒水、 滴水、 漏 水等现象严重 ， 用水计量不到位 、 节水器具更换不彻 底、 优质杂排水直接外排 、 雨水快速外排不利用、 景 观水体采用自来水补给等用水问题 -3 J ， 导致了高校 用水浪费、 非传统水源利用率低等。本文以成都医 学院新校 区新建工程为例 ， 针对新校 区的水管网系 统建设 ， 利用近年来研发 的绿色低碳节水成果 ， 采取 系统的低碳节水技术措施， 大幅度提高了新校区的 节水率和非传统水源利用率， 为类似高校开展节水 型校园建设提供可借鉴 的经验。 1 项 目概况 成都医学院新校区建设用地 1 0 2 8亩， 位于成都 市新都新区， 距成都市中心大约2 5 k m。地块地势 平坦， 周边城市配套设施完善。建设项目包括教学 楼、 办公楼、 图书馆 、 食堂、 学生公 寓、 体育馆 、 游泳 馆、 运动场及各种基础设施 和附属用房等。新校 区 学生规模设计为 1 3 0 0 0人 ， 总用地面积 7 4 k m ， 总建 筑面积 3 8万 m 。 2 节约型校园低碳节水设计方案 2 1 给水系统节水设计 2 1 1 避免管网漏损设计 新校区管网漏失水量包括： 室内卫生器具漏水 收稿 日期 ： 2 0 1 3 - 0 4 -0 5 作者简介： 林丽( 1 9 7 2一 ) ， 女， 高级工程师， 一级注册结构工程师， 房地产估价师， 主要从事高校基础设施建设管理、 节能研究。 基金项目： 国家科技支撑计划课题( 2 o l 1 B A J 0 7 B 0 3 ) E ma l l ： 4 4 2 2 8 5 0 8 q q c o rn 量 、 屋顶水箱漏水量和管 网漏水量 。为减少水量漏 失 ， 成都医学院新校区给水 系统 中均使用符合行业 标准的管材 、 管件产 品， 新型管材 、 管件的使用均符 合政府主管部门的规定和企业标准的要求。设计 阀 门均采用高性能或零泄漏阀门， 如在冲洗排水阀、 消 火栓 、 通气阀前增设软密封闭阀或蝶阀。 为避免供水持续高压或压力骤变， 在给水管网 设计 中进行合理供水 压力分区。在管道施 工过程 中， 做好管道基础处理 和覆土 ， 控制管道埋深 ， 加强 管道工程施工监督 ， 把好运行效果的基础质量关 。 2 1 2 给水 系统减压限流设计 在高层建筑中， 采用给水系统减压限流技术可 减少超压出流造成 的用水浪费， 设计包括合理限定 配水点水压及 采用减压阀、 减压 孔板或节流塞 等。 同时 ， 根据建筑给水系统超压出流的实际情况 ， 对给 水系统的压力做出合理限定。优先采用节能的供水 系统， 如变频供水、 叠压供水( 利用市政余压) 系统 等。 2 1 3 水表及节水器具的安装 新校 区管网系统 中均采用 了高灵敏度计量水 表， 并根据水量平衡测试标准安装分级计量水表， 计 量水表安装率达 1 0 0 。 水龙头和蹲便器是校园内使用最多的用水器 具， 其性能对节水有很大影响， 通常一个普通龙头的 流量都大于 0 2 0 L s ( 即每分钟出水量在 1 2 L以 上 ) ， 节水龙头 流量 为 0 0 4 6 L s ( 即每分钟 出水量 只有 2 7 6 L ) ， 一年能节水 3 4吨 。以每 问公寓 宿舍安装 1 个水龙头计算 ， 一年每间宿舍可节水达 3 4吨。在新校 区项 目中安装 了低压喷嘴节水型 蹲便器， 将比普通直冲式蹲便器每年可以节水 3 0 5 0 ， 同时可减少同量的污水排放。成都医学院 林丽， 等 ： 节约型校园建设的低碳节水设计以成都医学院新校区为例 3 0 1 新校 区内的公共建筑及住宅建筑 1 0 0 的选择节水 器具 。 2 2 雨水收集与利用 新校区所处 区域属亚热带季风气候 ， 冬春雨少 ， 夏秋多雨 ， 雨量充沛 ， 年平均降水量为 8 2 8 4 m m a ， 为雨水收集利用提供了天然优势。 新校区采用雨污分流系统和雨水收集与处理系 统 ， 根据低影响开发雨水理念进行设计 ， 屋面雨水和 道路雨水首先通过简易有效的分散式处理后， 全部 就近收集排人人工湖 ， 需要进行 回用 的雨水从人工 湖中抽取， 进入人工湿地， 与人工湖循环水共同处理 后 ， 回用于校 区的绿化、 道路冲洗 、 景观补水等 。雨 水全部人湖不但可作为 回用水水源 ， 而且增加 了湖 水的交换系数 ， 有利于对湖水的循环更新与水质保 持 ， 形成流动景观水体。 2 2 1 雨水设计水质 新校区雨水 的来源主要分为屋面雨水和道路雨 水 ， 其水质前者优于后者。雨水处理系统进水水质 标准参考重庆大学 B区校园及其他高档校区雨水 实测数据 ， 见表 1 - 5 J 。 表 1 雨水处理 系统设计 进水水质 焉 B 0 D 5 c 0 D c S S N H p H T P 道路雨水2 57 2 5 02 2 0 1 5 05 5 0 1 6 4 9 6 7 0 1 82 1 屋面雨水 2 O 。 6 o 3 O8 0 0 5 1 0 6 7 0 0 2 0 1 5 雨水经净化处理后， 回用于新校区的绿化、 景 观、 道路冲洗用水 ， 用水水质同时满足国家标准 G B T 1 8 9 2 0 - - 2 0 0 2 ( 城市污水再生利用城市杂用水水 质 和 G B T 1 8 9 2 1 -2 0 0 2 ( 城市污水再生利用景观 环境用水水质 标准的要求。设计回用水水质见表 2。 表 2设计回用水水质 B 0 o D c S S N H 3 一 N p H总硬度T P T N 2 2 2雨水收集处理 系统设计 根据雨水 的来源及水质特点 ， 雨水的收集和处 理采用分散式控制， 即充分利用生态铺砌面( 如路 边草坪绿化带 、 浅草沟等) ， 在雨水汇人管道之前初 步去除水 中的污染物 质 J 。教学 区 内大部分雨水 经过预处理后依靠重力流人人工湖； 其他功能区内 的雨水经过预处理后依靠重力流人新校区东北角的 调节沉淀池， 然后由潜污泵输送至人工湖进行雨水 资源化利用。根据校区地形地貌， 雨水收集率达到 4 8 ， 收集 的雨水全部排人人工湖作为 自然补水。 教学区屋面及道路雨水收集处理系统如图 1 所 示 。 图 1 屋面及路面雨水处理流程示意 回用 回用 教学 区屋面雨水通过雨水立管收集后 ， 直接排 人设于户外绿地内的浅草沟内， 经浅草沟净化后， 通 过雨水篦子进入雨水管， 与经路面浅草沟净化的路 面雨水混合 ， 最后通过沉砂检查井 ， 排人人工湖或东 北角的雨水调节沉淀池。经过人工湿地深度处理后 的屋面雨水由提升泵输送至高位水池进行资源化利 用 。 道路雨水 的收集与处理以路面浅草沟和沉砂检 查井为主。路面浅草沟设在道路绿地内， 充分利用 汇水 区域内绿化 面积大、 路边绿化草坪多 的特 点。 路面浅草沟内设有雨水篦子 ， 与道路雨水 管相 连。 沉砂检查井具有截流悬浮物和弃流初雨水 的功能， 能沉淀雨水中较大粒径的悬浮 固体物， 减少雨水悬 浮物含量。下雨时 ， 路面雨水排入路面浅草沟内， 通 过雨水篦子汇至雨水管道， 引至沉砂检查井预处理 后排人校区中部的人工湖或东北角的雨水集水池。 与屋面雨水一样 ， 需要 回用的道路雨水通过人工湿 地进行深度处理后由提升泵输送至高位水池进行循 环利用。 采用雨水收集与利用系统后 ， 每年可收集 9 1 7 万 m 的雨水代替自来水用于补充人工湖的自然补 水。另外 ， 每年可提供 1 1 5万 m 处理后 的雨水用 于绿化灌溉、 道路和广场冲洗回用。 2 3 景观水体水质保障 为使人工湖水质能达到并保持在国家标准 G B 3 8 3 8 -2 0 0 2 ( 地表水环境质量标准 规定的地表 类水水质 ， 设计采用人工湿地对人工湖湖水进行循 环处理净化， 通过生态湖岸以及人工湖的恢复和重 建 ， 还可以对水质进行进一步净化和保持。 2 3 1 湖水水量平衡分析 人工湖面积 1 0 0 6 0 m ， 总体 积为 1 0 0 6 0 m 。 ， 平 均深度为 1 0 0 m， 湖底采用夯实的粘土作为防水 层。若将新校区内的雨水全部排人湖内， 汇水面积 为7 4 3 3 0 0 m ， 径流系数 为0 4 5 。 人工湖水量平衡如图2 所示。人湖水量 Q 主 要包括汇水区雨水以及校区内由雨水管排人的校区 散水( 主要为排入雨水管道的道路及场地冲洗用 水) 。湖水的损失主要包括湖面蒸发 Q 藐和从湖中 3 0 2 四川建筑科学研究 第 3 9卷 的取水 Q 用 。人工湖南岸设置溢流坝， 雨季多余湖 水从开敞式溢流堰堰顶外溢。根据物料平衡方程 ， 人工湖年溢流量 Q 溢为 ： Q 溢=Q 人一Q 燕+Q 用 根据图 2可进行水量平衡计算。 图 2人工湖水量 平衡 人湖水量 Q人 为汇水区人湖雨水 Q 雨与校区散 水 Q 散之和。 根据该地区 1 9 7 0 2 0 0 5年降水量和蒸发量统 计， 计算得到全年可利用降水量 Q 雨= 2 4 1 X 1 0 m a 。 校园散水 Q 散=Q 路X =6 0 3 8 9 9 m 年 0 90 8 5=0 46 1 0 m a 。 则入湖水量 Q 人=Q 雨+Q 散= 2 4 11 0 m 年 + 0 4 61 0 m 年 = 2 8 71 0 m 。 a 。 人工湖蒸发水量 Q 蒸= 单位面积蒸发量 X 水景 面积 = 0 11 0 m a 。 绿化用水指标取 1 0 L ( m 次) ， 根据季节变 化取0 5 2 0次 d ， 绿化面积2 8 1 5 0 0 m ； 道路冲洗 用水指标取 1 5 L ( m 次) ， 根据季节变化取 0 5 1 0次 d ， 道路 面积为 1 0 9 7 0 0 m 。用 于绿化 、 道 路冲洗的雨水量 Q 用= 1 3 8 1 0 m 。 a 。 年溢流量 Q 溢=Q 人一Q 蒸一Q 用=( 2 8 70 1 0 1 3 9 )X 1 0 m。 年 =1 3 81 0 i n 。 a 。 人工湖年水量平衡见表 3 。 表 3 人工湖年水量平衡分析 ( 1 0 m a ) 水 量 琵 鎏会 紊 曩 2 41 2- 8 7 0 4 6。 0 1 。 1 3 8 1 0 0 1 3 8 4 9 合计 2 8 7 1 一 一 一 由表 3可知 ， 全年溢流量为正值 ， 排人校区雨水 后人工湖不存在水量不足的问题， 多余的雨水将由 溢流坝流出； 汇人雨水后水体交换系数为 1 3 8 ， 可 形成不断更新的活水， 有利于保持水体水质。 2 3 2 人 工湖水质保障设计 为了充分保障湖水水质， 人工湖设计停留时间 H R T为4 d ， 湖水的循环处理流量为2 5 0 0 in d ， 选 用潜污泵的设计扬程为 8 IT I ， 设计流量为 1 0 5 m h 。 人工湖进行第一次灌水后， 湖水将连续从北端利用 重力流入南端 ， 利用南端的潜污泵将湖水提升至人 工湖北端， 湖水在北端的人工湿地进行处理， 使湖水 连续循环。人工湿地设计进出水水质见表 4 。 表4 人工湿地处理系统设计进出水水质 麦 B O D s c 。 。 S S N H 3 - N T P 进水水质2 O一3 O 3 O 8 O 4 O一9 0 37 0 51 3- 8 4 0 0 0 0 出水水质 6 3 0 5 1 5 0 3 1 5 2 0 0 0 0 人工湿地设计总水力负荷 q为 1 1 T I 。 m d ， 人 工湿地处理系统面积为 2 5 0 0 m ， 采用生态型湖岸、 湖底设计， 如图3 所示。湖底和湖岸均采用膨润土， 防渗采用粘土夯实防渗。湖岸的表观设计采用斜坡 或块石堆砌形式 ， 湖岸 填以种植土进行不 同层次 的 植物栽种。人工湖湖岸及湖底结构如图3 所示。 图 3 人工湖湖岸及湖底结构示意 为保持人工湖溶解氧浓度、 抑制底泥中磷释放 和阻碍水中藻类 的生长， 设计两 台喷泉曝气泵进行 充氧曝气 ， 其型号参数为流量 Q=1 0 0 m h， 扬程 日 = 1 0 m， 功率 N= 5 6 k W。喷泉每 日曝气 6 h ， 使湖 水溶解氧保持在 3 m g L左右 ， 夏季可参照水中的实 际溶解氧量增加喷泉开启曝气的时间。此外 ， 人工 湖 日常管理内容还包括 ： 定期进行明镜 湖中漂浮物 ( 如树叶等) 的撇除与打捞 ； 进行植被和生物多样性 恢复 ， 观察和检验动植物的发育状况 ， 确定是否应进 行植物的补种或收割 ， 是否进行鱼类的放养、 放养何 种鱼类等 ； 加强人工湖灌水后生态重建的监测、 检验 与评估。 2 4校区特殊废水处理 根据学校建设规划的功 能分 区， 成都医学院新 校区的场地东南角是辅助教学区 ， 该 区主要包括解 剖楼、 动物中心和印刷厂。各个单体建筑产生的污 水有下文所述的各 自的特点 。 2 4 1解剖楼废 水 解剖楼分为局解室、 系解 室和陈列室三个主体 部分 ， 主要为了学生加深 了解人体 的解剖结构而设 置。使用以示范教学 、 陈列参观为主 ， 也包括少量的 实体解剖教学实践。产生的废水主要是解剖冲洗废 水 。 2 0 1 3 N o 5 林丽， 等 ： 节约型校园建设的低碳节水设计以成都医学院新校区为例 3 0 3 2 4 2动物 中心废 水 动物中心主要是为医学实验提供活体实验标本 以及开展动物 医学 实验。产 生 的废水 主要含有血 污、 油脂、 毛、 内脏杂物和粪便等， 有机物浓度较高， 含有较多的病原微生物。 2 4 3印刷 厂废 水 印刷厂废水包括 了印刷工艺 中产生 的电镀废 水、 磨版废水、 显影液废水和板框清洗废水等不同工 艺的废水。工业废水 中包 括 了 C r 6 、 N i 3 + 、 C u 和 F e 。 等多种金属离子 、 油墨、 有机溶剂以及其他化学 物质， 有机污染物含量较高， 化学耗氧量大。 2 4 4实验 室废 水 在辅助区及教学区的实验楼还会产生一定量的 实验废水 。实验废水 主要是失效 的液态试剂 、 科研 和实验中的衍生物及副产品、 药 品实验后 的洗涤水 、 化学反应产物及化学废试液， 其污染物含量高 ， 成分 复杂 ， 由于实验的不确定性 ， 水质成分也不固定。 上述特殊废水 的水质不同于校园一般 的生活 、 办公用水 ， 其有机 、 无机污染 物含量较高 ， 金属离子 种类较多， 其中解剖楼和动物中心废水还含较多的 病源微生 物。根据 中华人 民共 和 国水 污染 防治 法 以及国家标准 G B 1 8 4 6 6 -2 0 0 1 医疗机构污水 排放要求 中“ 排放含病原体的污水， 必须经过消毒 处理； 符合国家有关标准后， 方准排放” 。对于高浓 度废水 ， 需经处 理达到行业标准 C J 3 0 8 2 -1 9 9 9 污 水排人城市下水道水质标准 的要求方可排人城市 下水道 。因此 ， 本项 目的辅助教学区应设置污水 处 理站对上述各部分污水 进行 收集 ， 综合处理后 排人 市政下水道。特殊废水处理流程如图4 所示。 二氧化氯发生器 删 调 节 p H 十 3 成本效益分析 成都医学院采用低碳节水技术措施后 ， 增量成 本为 2 6 0万元 ， 建筑 面积增 量成本 为 6 8 4 f r _ m 。 每年 可节 约 9 1 7万 m。的 自来水 和 自来 水水 费 2 7 5 1万元 ， 静态投资 回收期为 9 4 5年。 4 结语 高等学校开展节约型校园建设， 采用低碳节水 技术系统是落实科学发展观、 实现可持续发展的有 效途径。成都医学院新校区低碳节水设计结果表 明， 结合校园特点因地制宜地提出节水、 雨水收集与 利用、 雨水作为景观水体补水的水质保障技术等具 体技术措施， 可以大幅度提高校园节水率和非传统 水源利用率， 创造了显著的社会、 环境和经济效益。 参 考 文 献 ： 1 C h a i H o n g X i a n g ， We i Y i n g H u a ， X u H a i Y a n ， e t a 1 W a t e r e o n s e r v a t l o n：c o n s t r u c t i o n a n d o p e r a t i o n o f ma n a g e me n t a n d t e c h n o l o g y s y s t e m s f o r g r e e n c a m p u s J E n v i r o n m e n t a l E n g i n e e ri n g a n d M a n a g e m e n t J o u r n a l ， 2 0 1 1 ， 1 0 ( 7) ： 9 3 1 - 9 3 6 2 金世玉， 辛洪云， 蔡可心， 等 高校中水回用系统规划设计探讨 J 中国给水排水， 2 0 0 9 。 2 O ： 2 2 - 2 4 【 3 柴宏祥， 孙永利， 林玲 绿色建筑供水系统的节水要点 j 中国给水排水 ， 2 0 0 8 ， 2 4 ( 1 4) ： 4 4 - 6 0 4 付婉霞， 曾雪华 建筑节水的技术对策分析 J 给水排水， 2 0 0 3， 2 9 ( 2 ) ： 4 7 _ 5 3 5 何强， 柴宏祥 绿色建筑小区雨水资源化综合利用技术 J 环境工程学报， 2 0 0 8 ， 2 ( 2 ) ： 2 0 5 - 2 0 7 6 王建龙， 车伍， 易红星 基于低影响开发的城市雨洪控制与 利用方法 J 中国给水排水 ， 2 0 0 9 。 2 5 ( 4 ) ： 6 - 9