赵锂大师：基于好房子建设的建筑水系统技术提升与创新
好房子建设是住房和城乡建设部重点工作之一，建筑水系统（给水、热水、排水）与房屋使用者关系最为密切，是好房子的重要组成部分。建筑给水系统应提供优质的饮用水，建立优质饮用水的水质安全保障体系。建筑热水系统采取洗浴废水废热利用的节能低碳技术，降低生活热水的使用成本。建筑排水系统应安全排出污废水并不对室内环境产生负面影响，采用高安全性的排水系统。好房子中的建筑水系统还要符合国家战略发展需求，在设计理念、技术、产品上开展创新性的工作。
住房和城乡建设部将建设好房子作为中心工作之一。2024年3月，倪虹部长在十四届全国人大二次会议民主记者会上指出“住房发展，归根到底，还是要让人民群众住上好房子”。进入新时代，随着我国社会主要矛盾变化，住房发展已经从总量短缺转为结构性供给不足，进入结构优化和品质提升的发展时期。根据第七次全国人口普查数据，我国城市、镇、乡村家庭户人均住房建筑面积分别达到了36.52、42.29、46.80m²，比第六次全国人口普查时分别增加7.4、10.3、15.1 m²。我国住房领域“有没有”的问题已基本解决，“好不好”的问题日益凸显，客观上要求形成需求牵引供给、供给创造需求的新平衡。人民群众对住房建设的要求从“有没有”转向“好不好”，期盼拥有更舒适安全、环保性更高的居住条件，住房事业发展来到了新的历史起点上。在行业高质量发展的要求之下，提升住宅品质，推动高品质住宅建设已成为必然趋势。
好房子的建设标准，需要从使用者的角度出发进行评价。好房子结构应是安全耐久的、功能应是适用的、室内空间及环境应是健康舒适的、居住性能应是优良的、配套设施应是便捷齐全的、采用的建材及设备应是绿色低碳的。从全生命周期来看，还应是经济耐用的。好房子设施及系统中，在安全耐久、健康舒适、绿色低碳等方面要以科技创新为驱动，加强科技赋能，将研发出的好技术、好产品、好设备应用于好房子建设，特别要推动多专业跨界协同，合力建造绿色、低碳、智能、安全的好房子。
01、好房子建设技术要求
中国工程建设标准协会颁布的《好房子建设评价指南》中指出好房子建设技术应包括安全耐久、健康舒适、绿色低碳、智慧便捷等4个方面。应遵循因地制宜的原则，结合气候、环境、资源、经济和文化等特点，在建筑全寿命期内的开展技术实践。
安全是基础，房屋结构和设备（建筑水系统、暖通空调、建筑电气）安全必须满足。消防与防疫等安全措施一定要到位。建筑水系统中消防水系统是保障房屋建筑安全的核心，消防水系统一定要满足国家现行相关消防规范的要求。当房屋建筑采用中水回用系统时，水处理机房中的调节池污水应具备直接进行消毒和应急监测的条件，对中水调节池内的污水直接进行消毒，以应对突发疫情。
在耐久性方面，与安全相关的部件、设施应当与建筑同寿命，非必要不维修不更新；隐蔽工程内且不好维修的管道等一定要耐久；与居住功能相关的部件设施原则上应好维修。建筑水系统中可更换的部件设施要经久耐用、易更换，方便检修和维护。工程中选用的管道、阀门、水箱、水泵等必须符合或高于现行国家相关标准的要求。设备与管道应进行管道综合，为施工安装预留合理的空间，同时还应考虑工程投入使用后，有操作、检修和维护的空间，对于暗装的阀门、设备等，还要预留检修孔等，即设备与管道应方便安装、调试、检修和维护。敷设在墙体或垫层内的给水管道，不应采用可拆卸的连接方式。
健康舒适方面，应提供良好的室内环境质量，实现“看着舒服、听着不吵、空气清新、体感舒适、水质干净”的全方位体验。除了建筑结构墙体、楼板隔声性能良好外，建筑水系统管道、设备的减振、消声和隔声措施应到位。用户端的供水压力、水量和水质应达标，储水池（箱）的水质应满足卫生要求。室内生活热水应满足使用温度，热水水质应达标。室内卫生间排水系统无臭气返溢。
绿色低碳方面，应因地制宜通过各类技术手段实现绿色低碳的效果。建筑水系统中绿色建材宜用尽用。在保证室内舒适前提下，充分应用节能节水技术和可再生能源资源，减少房屋日常使用对资源能源的消耗浪费，在用水、用电、用热、用气等方面节省开支。
智慧便捷方面，建筑水系统应建设智慧水系统，将给水系统的流量、压力、水质（余氯、浊度、pH值等），水箱水龄、液位控制，排水系统的流量、水质（SS、COD、氨氮等），水泵房的智慧控制等纳入建筑智慧管控平台。
02、建筑给水系统的提升与创新
好房子应满足居住者打开龙头即可饮用口感佳，安全可直饮的自来水，既优质饮用水或高品质饮用水。深圳市人民政府办公厅于2013年发布“深圳市优质饮用水入户工程实施方案”的通知，目标到2025年，全市城区自来水可以直接饮用，水质标准应符合深圳市《生活饮用水水质标准》（DB4403/T 60-2020）的要求。上海市人民政府办公厅2021年印发“《上海市水系统治理“十四五”规划》的通知”，提出推进高品质饮用水示范区试点建设，水质标准应达到上海市《生活饮用水水质标准》（DB31/T1091-2018）的要求。城市中优质饮用水系统60%~80%的供水是通过二次加压与调蓄供水设施来实现的，需要建立从水厂直供到二次加压与调蓄供水的优质饮用水水质保障的技术体系。
2.1 优质饮用水的水质安全保障体系
优质饮用水水质安全保障体系由技术保障体系及管理保障体系组成。技术保障体系包括供水方式优选、管材保障、管道布置优化及水质在线监测构成。管理保障体系包括由供水公司统一建设二次加压调蓄供水设施并统一管理的“统建统管”模式，建设智慧化二次加压与调蓄供水管控平台。该平台系统可实时感知二次加压与调蓄供水设施的运行状态，采用可视化的方式有机整合运行管理职能，形成二次加压与调蓄的供水物联网，并将海量供水信息进行及时分析与处理，辅助决策建议，构建智能感知、智能仿真、智能诊断、智能预警、智能调度、智能处置、智能控制、智能服务、智能评价为一体的功能平台体系。
2.2 基于终端用户关注度的优质饮用水水质保障技术
用户对水质的关注主要表现在感官指标（色度、浑浊度、臭和味及肉眼可见物）、生物安全性指标（总大肠菌群、细菌总数）及化学指标（总硬度、溶解性总固体等）上。优质饮用水水质保障技术由物化技术、化学技术、水力条件优化、涉水材料提升等组成，见图1。涵盖物理屏障、化学屏障、水龄保障、管材保障等。物化技术包括膜滤、活性炭技术：可保障水质的感官指标、生物安全性指标。化学技术主要是消毒技术，包括二次消毒和冲击消毒，以维持水中剩余消毒剂，控制水箱及管道中的生物膜，保障水质。水力条件优化，包括缩短水池（箱）中水力停留时间，构建用水末端管道环形管路，加强末端水的循环流动，不产生死水端。涉水材料提升，包括优化供水管道材质的选择，控制生物污染，提升供水管道安全，降低溶出污染物，提高管道寿命。
图1 终端用户关注度的优质饮用水水质技术构成
2.2.1 供水方式及设施优选
（1）二次加压与调蓄供水方式在市政管网供水能力有保证的前提下，应优先选用叠压供水方式，可消除水池（箱）带来的水质污染，且能充分利用了市政管网的压力供水。当采用叠压供水方式时，该地区城镇供水管网的水压不得低于最低供水服务压力且不得对供水管网造成污染。
（2）当采用二次加压设备和高位水池（箱）联合供水或低位水池（箱）和二次加压变频调速水泵联合供水时，高、低位水池（箱）及配件应选用不锈钢或钢衬塑材料，不锈钢材料的耐腐蚀性能不应低于06Cr19Ni10（S30408）。
（3）水池（箱）的进水管道与出水管道在布置时不得产生水流短路，对于有效容积在200m³及以上的水池（箱），宜在水池（箱）内设导流装置。水池（箱）中水的停留时间（水龄）不应超过48h，不宜超过24h。
（4）水池（箱）应采用智能水箱，水池（箱）设置有自动清洗、水质在线监测、人孔盖启闭报警、液位自动运行控制、内部视频监控等自动运行管理功能。
（5）水池（箱）应设置消毒装置，消毒装置可选紫外线消毒器、臭氧发生器、紫外光催化氧化设备和水箱自洁消毒器等。
（6）对于超高层建筑，多采用在中间避难层或设备层设置转输水箱的供水方式，在绝大多数的时间内，中间转输水箱中水的水力停留时间会增加，余氯在输配水管道和中间转输水箱中衰减情况会更加严重。应考虑在余氯过低供水区或中间转输水箱处设置自动补氯设施。
2.2.2 管材优选
正确选用给水管材是保证优质饮用水龙头水质达标的关键，建筑室内的给水管道，应选用耐腐蚀和安装连接方便可靠的管材，可采用不锈钢管、铜管、优质塑料给水管（CPVC、PB）等。
2.2.3 管道布置优化
市政直接供水的小区，室外给水管网应布置成环状网，或与城市给水管连接成环状网。环状给水管网与城市给水管的连接管不应少于2条。二次加压与调蓄供水主干管网应布置成环状，与二次加压与调蓄供水管网连接的加压泵出水管不应少于两条，环状管网应分段。二次加压与调蓄供水的干管布置成环状既可提高供水的安全性，也可减少支状管网供水末端由于长时间不用水而造成水龄增加，水质指标降低的问题。
卫生间内的管道应采用支管环状供水，见图2。既用水器具处采用双承弯供水且供水管道布置成环状，任一用水点用水时均可使管道内部存水流动的供水方式。可有效解决枝状管网单向供水，在用水点一段时间内不用水，此支管段中的水不流动，水龄将过长，水质指标降低、水质变坏的问题。《中国城镇水务2035年行业发展规划》第 2.3.3.5 款规定：保障建筑室内供水安全积极推动居民建筑住宅、公共建筑内使用环状“微循环”供水技术，改善优化室内管道水力条件，推进建筑室内自来水循环供应，消除建筑室内局部“死水区”，致力缩短室内供水管道自来水的水力停留时间，避免自来水停留时间长等原因产生的水龄过长问题，保证龙头水质安全。
图2 支管环状供水
2.2.4 在线水质监测
应在二次加压与调蓄供水设施的泵房内设置水质在线监测仪表，宜设置余氯（总氯）、浊度、pH等相关指标的水质在线监测仪表。在线监测仪表的数据上传至智慧化二次加压与调蓄供水管控平台，通过GIS和BIM相结合构建二次加压与调蓄供水系统的实时在线管道模型系统，对水质实时监测与控制，动态控制水质变化。
2.2.5 定期公示水质
优质饮用水设施的管理者应结合水池（箱）清洗消毒后的水质检测及在线的水质监测，至少每6个月向用户公示水质一次,接受公众的监督，使用户对水质的状况具有知情权。
03、建筑热水系统的提升与创新
我国建筑生活热水系统二氧化碳排放总量约为0.8亿t/年，占全国碳排放总量的1%。生活热水系统采用可再生能源意义重大。而建筑每天排放的洗浴废水，除可以回收作为建筑中水源水回用外，还有总量可观的余热未被回收利用。我国城镇人口约为8.3亿，每年排放的洗浴废水约高达120亿m³，如果将洗浴废水中的低品位余热全部利用，每年可为国家节约能源约为1.41×107亿kJ。
3.1 洗浴废水热能回收利用系统
利用稳定可靠的洗浴废水中的热能，辅以地热，替代化石能源制取低碳生活热水，实现余热、废热与地热的循环利用。让排放掉的洗浴废水变成清洁能源，解决居住建筑中传统集中生活热水能源成本居高不下的行业瓶颈，实现绿色低碳、节能省钱的集中生活热水供应。
住房城乡和建设部科技研发项目“洗浴废热低碳集中供热水技术及应用研究”的试验研究表明，以五层楼的居住建筑为例，当淋浴喷头出水温度为43.47 ℃时，洗浴环境温度为17.19℃，地面地漏处废水温度为34.99 ℃，从五层地漏进入排水立管，排至地下一层处污水收集水箱，废水的温度仍然有33.67 ℃，既洗浴废水的温度是稳定。试验系统见图3。洗浴废水热回收利用系统是在一套设备中对温度稳定的低品位洗浴废水中的废热进行三级梯级利用，不仅可将洗浴废水中高于清水进口温度的余热全部回收，而且还可以回收从清水进口温度至废水排放温度（3℃）间的废热，实现等量洗浴废水废热制取等量洗浴热水的技术突破，系统原理见图4。
图3 洗浴废水温度折减试验
图4 洗浴废水废热梯级利用水源热泵热水机（三级）原理
前置换热器将12℃清水直接升至27℃，占总制热量的42.5%。27℃的清水经热泵Ⅰ二级吸热后升至36℃，这一级的制热量占总制热量27.27%；36℃的清水经热泵Ⅱ三级吸热后升至46℃，这一级的制热量占总制热量30.3%。将17℃废水分成二个梯度回收热能，使废水、清水均保持较大流量通过，保证了热泵额定制热量，效率能最大化。废水经两次热泵热能回收，排放温度可低至3℃左右，废水热能最大化回收利用。将废水余热梯级热泵与普通水源热泵进行试验对比，二组设备均为10P机组，试验时，清水进水温度为12℃，废水进水温度为33 ℃。热泵热水出水温度为55 ℃时，废水与给水流量比为1.2∶1，45 ℃、48℃及60℃时，废水与给水流量为1∶1。洗浴废热梯级利用水源热泵 COP值明显优于普通水源热泵，见图5。洗浴废热梯级利用水源热泵制热量也高于普通水源热泵60%~80%，见图6。
图5 废热热泵与普通水源热泵COP对比
图6 废热热泵与普通水源热泵制热量对比
3.2 经济性比较
洗浴废热梯级利用水源热泵制备吨热水的成本与普通水源热泵、电锅炉及天然气锅炉对比见图7。对比是基于北方某城市，水温升以35℃为基准。废热梯级利用水源热泵热水机冬季电加热比例约12%，全年有一半时间需要启动，全年电加压占比为6%。能耗价格中的天然气价格某北方省会城市的价格（民用第二档）为例。天然气锅炉吨水能耗为4.97m³，热量折合为46.3 kW·h。洗浴废热梯级利用水源热泵制备生活热水的吨水成本约为5元，使百姓在洗浴方面的支出得以降低。需要强调的是，洗浴废热梯级利用水源热泵系统应设置消毒设施，可采用银离子消毒器或光催化氧化消毒器。
注：北方地区产品能源成本对比(温升35 ℃)。
图7 不同制热设备的吨热水制备成本对比
04建筑排水系统的提升与创新
4.1 高安全性排水系统
我国高层建筑的数量为世界第一，约占世界高层建筑40%以上，在城市中，高层住宅也是主要的居住建筑。高层建筑除消防问题外，排水系统的安全也需要加以关注，在提升排水系统排水能力的同时，还要满足排水系统的安全性，排水系统内最大负压是限制排水系统排水能力的主要因素。高安全性能的排水系统由中空壁螺旋塑料管、加强性旋流器、负压衰减器、正压衰减器、双密封地漏、大曲率半径排出管件等组成。通过在特殊单立管系统顶部楼层安装负压缓解器、底部排出管采用大曲率半径扩径弯头与排水立管连接，或安装正压衰减器，采用高安全性地漏等，可有效缓解系统内负压和正压，提高排水系统的能力。排水系统中的流量为设计秒流量1.5倍以上时，其系统内压力波动仍能控制在±400Pa 以内，系统见图8。
图8 高安全性能排水系统组成
4.2 模块化户内中水系统
习近平总书记提出“节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的新时期治水思路，强调从观念、意识、措施等各方面都要把节水放在优先位置。在开源端，应充分利用污、废水回用。建筑物的中水回用有3种模式：市政中水（再生水）、建筑中水及户内中水。户内中水是将户内的优质杂排水（洗衣废水、洗浴废水及盥洗废水）经适当处理达到规定的水质标准后，在本户内回用冲洗便器。模块化户内中水系统集成了同层排水与户内中水回用系统，入住即可实现户内中水回用，节约用水量可达生活用水总量的30%以上，并等量减少污水的排放。户内中水较市政中水在节能降碳方面具有明显的优势，同时还解决了建筑中水设施在使用初期受入住率限制，设施达不到设计运行水量，导致系统无法运行的弊端，使用成本也更经济。采用模块化户内中水集成装置，既将卫生间排水横支管集成在整体模块内，与卫生器具同层敷设，能够将优质杂排水收集进入模块内，经适当处理后用于本户便器冲洗，既实现户内同层排水又可废水梯级利用装置，见图9。户内中水模块分为下沉式户内中水模块及侧立式户内中水模块，其设计、施工安装与维护应符合国家行业标准《模块化户内中水集成系统技术规程》(JGJ/T 409-2017)的规定。户内中水技术荣获2019年香港建造业议会创新奖“国际一等奖”（排名第一）及2021年第22届中国专利优秀奖。
注：1 过滤装置；2 消毒装置；3 排水立管；4 潜水提升泵；5 模块汇集水箱
图9 模块户内中水设施工作原理
05建筑雨水系统的提升与创新
国务院办公厅在2015年发布了“关于推进海绵城市建设的指导意见”（国办发〔2015〕75号)，要求全国各城市新区、各类园区、成片开发区要全面落实海绵城市建设要求，建设海绵型建筑与小区。“十四五”期间，开展系统化全域推进海绵城市建设示范工作。小区作为城市的重要组成部分，雨水的排放理念也随之调整，不再采用在道路上设置雨水篦子，雨水篦子收集雨水并排至雨水检查井，由小区内的雨水排水管道排放至市政雨水管道的方式。小区雨水的排放要采取设置低影响开发设施，既源头减排雨水系统的方式排除，见图10。
图10 源头减排雨水系统
全文强制国家标准《建筑给水排水与节水通用规范》(GB 55020-2021)4.5.10条规定：室外雨水口应设置在雨水控制利用设施末端，以溢流形式排放；超过雨水径流控制要求的降雨溢流排入市政雨水管渠。雨水口设置在雨水控制利用设施的末端，是充分发挥雨水控制利用设施的功能要求，在重现期内或年径流总量控制率内的雨水，要通过海绵城市建设的源头减排设施，如下凹绿地、雨水花园、透水铺装等设施将其消纳。当超过其控制能力的雨水出现时，由设置在系统末端的雨水口先排至小区雨水管网，再进入市政雨水管道。
06结语
好房子是关系到国计民生的重要议题，为满足人民群众安居乐业的美好需求，在好房子建设中，建筑水系统要围绕发展新质生产力，以科技创新为手段，在设计理念、关键技术、高效能产品及材料开展研发，重点要关注绿色健康、节能节水等方面，加快科技成果的转化落地，将高质量的产品、技术应用到好房子建设中。好房子应是绿色建筑、装配式建筑、超低能耗建筑、健康建筑，并采用宜居技术。建筑水系统的技术与提升应能助力提高居住者的生活品质，推动建筑产业化的高质量发展，保障居住者的权益，提高人民群众的获得感与生活水平。
