前言
水環(huán)境是綠色建筑的重要組成部份。在綠色建筑中,水環(huán)境是指滿足建筑用水水量、水質(zhì)要求的前提下,將水景觀、水資源綜合利用技術(shù)等集成一體的水環(huán)境系統(tǒng)。它由小區(qū)給水、管道直飲水、再生水、雨水收集利用、污水處理與回用、排水、水景等有機(jī)地組合,有別于傳統(tǒng)的水環(huán)境系統(tǒng)。
1.綠色建筑水環(huán)境的規(guī)劃概念
水環(huán)境規(guī)劃是綠色建筑設(shè)計(jì)的內(nèi)容之一,也是水環(huán)境設(shè)計(jì)與建設(shè)的重要依據(jù),它是以合理的投資和資源利用實(shí)現(xiàn)綠色建筑水環(huán)境良好的經(jīng)濟(jì)、社會及環(huán)境效益的重要手段,符合可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略思想。通過建筑內(nèi)與建筑外給水排水系統(tǒng)、雨水系統(tǒng),保障合格供水和通暢的排水,同時(shí)建筑場地景觀水體、大面積的綠地及區(qū)內(nèi)道路也需要用水來養(yǎng)護(hù)與澆灑,這些系統(tǒng)和設(shè)施是綠色建筑的重要物資條件。因此,水環(huán)境系統(tǒng)是綠色建筑的具體內(nèi)容。
綠色建筑的水資源來自以下幾方面:
第一,自來水資源來自城市水廠或水廠,在傳統(tǒng)建筑中自來水為水環(huán)境主要用水資源,生活、生產(chǎn)、綠化、景觀等用水均由自來水供應(yīng),耗量大。
第二,生活、工業(yè)產(chǎn)生的污廢水在傳統(tǒng)建筑中一般直接排入市政污水管網(wǎng),該部分水資源可能沒有得到有效利用。事實(shí)上部分生活廢水、生產(chǎn)廢水的污染并不高,經(jīng)適當(dāng)?shù)某跫壧幚砗蟊憧勺鳛樗|(zhì)要求不高的雜用水源。
第三,隨著水資源短缺矛盾越來越突出,部分城市對污水廠出水進(jìn)行深度處理,使出水滿足生活和生產(chǎn)雜用水標(biāo)準(zhǔn),便于回收利用。因此,在條件可行的前提下,應(yīng)充分利用該部分非傳統(tǒng)水資源。
第四,傳統(tǒng)建筑區(qū)域及場地內(nèi)的雨水大部分由管道輸送排走,少量雨水通過綠地和地面下滲。隨著建筑區(qū)域內(nèi)不透水地面增加,下滲雨水量減少,大量的雨水經(jīng)流外排,綠色建筑中應(yīng)盡量利用這部分雨水資源。雨水利用不僅減少自來水水資源的消耗,還可以緩和洪澇、地下水下降,生態(tài)環(huán)境惡化等現(xiàn)象,具有較好的經(jīng)濟(jì)效益、環(huán)境效益和社會效益。
2.綠色建筑水環(huán)境規(guī)劃及設(shè)計(jì)
綠色建筑水資源系統(tǒng)的規(guī)劃方案需要根據(jù)水資源現(xiàn)狀及建筑需水量,結(jié)合節(jié)水、回用、循環(huán)、生態(tài)的原則,確定初步規(guī)劃。供水可設(shè)三條不同的管網(wǎng):一條輸送潔凈飲用水;一條輸送普通用水,主要用于洗滌蔬菜、衣物等;再一條是用水綠化灌溉、衛(wèi)生清潔等。消防用水質(zhì)要求不高,由中水和雨水利用系統(tǒng)提供更為理想。
2.1場地水體系統(tǒng)規(guī)劃
場地水體系統(tǒng)是建設(shè)水環(huán)境中一個(gè)水規(guī)模的水環(huán)境,受水面蒸發(fā)、植物蒸騰、滲漏等因素影響存在水量損失,對水體進(jìn)行綜合規(guī)劃需要保障水體的水量供給,同時(shí)還需要保障水體的水質(zhì)。其中涉及雨水的收集利用,其他水源的補(bǔ)充及生態(tài)環(huán)境構(gòu)建等問題。
2.2雨水收集與利用系統(tǒng)規(guī)劃
在系統(tǒng)建設(shè)中,雨水通常是通過屋面和地面經(jīng)流由城市雨水或污水管道收集并直接排放。對水資源比較缺乏的地區(qū),雨水的直接排放無疑是水資源的一種浪費(fèi)。在建筑區(qū)內(nèi),采用人工湖或人工河流、池塘等收集,積蓄一定數(shù)量的雨水,可以作為再生水回用的良好水源,同時(shí)又是消防用水的另一個(gè)備用水源。屋面雨水的清潔度比較高,在回用中應(yīng)優(yōu)先考慮,對建筑雨水管道的設(shè)計(jì)應(yīng)予以改進(jìn),使原水管以適當(dāng)方式向建筑物處繼續(xù)延伸,室外雨水口和雨水管渠的設(shè)計(jì)也應(yīng)考慮對雨水的收集,通過貯存凈化后利用。
2.3再生水處理與回用系統(tǒng)設(shè)計(jì)
綠色建筑的設(shè)計(jì)思想提倡再生水回用,再生水優(yōu)先考慮以優(yōu)質(zhì)雜排水和雨水為水源,其次考慮選用洗浴廢水、洗滌污水、廚房污水、廁所污水。通過水處理設(shè)施,使其達(dá)到生活雜用水水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),再通過回用供水管路供給室外綠化、景觀、洗車、施工、澆灑路面或進(jìn)入室內(nèi)供給廁所便器、拖布池等用水點(diǎn)。在夏季雨量充沛時(shí),雨水作為中水水源有較高的保障,而在冬季等枯水季節(jié),中水水源則依賴優(yōu)質(zhì)生活雜排水。兩類水源之間的調(diào)節(jié)可由調(diào)節(jié)(貯存)池來解決。再生水的安全使用是一個(gè)不可忽視的問題,應(yīng)該制定專門的用水管理?xiàng)l例和警示標(biāo)識。再生水用于景觀水體時(shí),水中少量的氮磷對水質(zhì)也有潛在的威脅,容易導(dǎo)致富營養(yǎng)化,需要專業(yè)工程師設(shè)計(jì)特殊的處理措施。
總之,綠色建筑旨在綜合使用各種節(jié)水技術(shù)、生態(tài)技術(shù)與管理理念,實(shí)行低質(zhì)低用高質(zhì)高用的用水標(biāo)準(zhǔn),綜合規(guī)劃用水方案,合理設(shè)計(jì)給排水系統(tǒng)、污水系統(tǒng)、雨水系統(tǒng)等,最大限度地高效利用水資源,減少水資源消耗量與污廢水排放量,實(shí)現(xiàn)用水的良性循環(huán)。
3.綠色建筑中的雨水收集與利用
3.1建筑屋面雨水收集
屋面是最適合和常用的雨水收集面。屋面雨水的收集范圍除了屋頂外,根據(jù)建筑物的特點(diǎn),有時(shí)候還需要考慮部份垂直面上的雨水,近年來虹吸式壓力流雨管得到廣泛應(yīng)用,可大幅度提高排水能力并減少費(fèi)用。
屋面雨水收集方式按雨水管道的位置分為外收集系統(tǒng)和內(nèi)收集系統(tǒng),雨水管道的位置通常已由建筑設(shè)計(jì)確定。但在實(shí)際中,建筑設(shè)計(jì)應(yīng)與給排水設(shè)計(jì)師進(jìn)行協(xié)調(diào)。
當(dāng)采用雨水收集利用時(shí),需要根據(jù)利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案和布置重新設(shè)計(jì)或改造屋面雨水收集系統(tǒng)。水落管多用鍍鋅鐵皮管、鑄鐵管或塑料管。鍍鋅鐵皮管斷面多為方形,尺寸一般為80mm×100mm或80mm×120mm;鑄鐵管或塑料管多為圓形,直徑一般為70nn或100。根據(jù)降雨量和管道的通水能力確定一根水落管服務(wù)的屋面面積,再根據(jù)屋面形狀和面積確定水落管間距。對長度不超過100m的多跨建筑物可以使用天溝,天溝布置在兩跨中間并坡向端墻,坡度一般在0.003至0.006之間。雨水斗設(shè)在伸出山墻的天溝末端,排水立管連接雨水斗并沿外墻布置。天溝一般以建筑物伸縮縫為屋面分水線,在分水線兩側(cè)分別設(shè)置。天溝的長度計(jì)算確定,一般不超過50m。
屋面內(nèi)收集系統(tǒng)是指屋面設(shè)雨水斗,建筑物內(nèi)部有雨水管道的雨水收集系統(tǒng)。對于跨度大、多跨梁、立面要求高的建筑物,可以使用內(nèi)收集系統(tǒng)。內(nèi)收集系統(tǒng)由雨水斗、連接管、懸吊管、立管、橫管等組成。
一個(gè)屋面上的雨水斗個(gè)數(shù)不少于2個(gè)。在屋面雨水收集系統(tǒng)沿途中可設(shè)置一些攔截樹葉等大的污染物的截污裝置或初期雨水的棄流裝置。截污裝置可以安裝在雨水斗、排水立管和排水橫管上,應(yīng)定期進(jìn)行清理。
3.2路面雨水收集
路面雨水收集系統(tǒng)可以采用雨水管、雨水暗渠、雨水明渠等方式。水體附近匯集面的雨水也可以利用地形通過地表面向水體匯集。利用道路兩側(cè)的低勢綠地或有植被的自然排水淺溝,是一種很有效的路面雨水收集截污系統(tǒng)。雨水淺溝通過一定的坡度和斷面自然排水,表層植被能攔截部分顆粒物,小雨或初期雨水會部分自然下滲,使收集的徑流雨水水質(zhì)沿途得以改善。但受地面坡度的限制,雨水淺溝還涉及與園林綠化和道路等的關(guān)系。淺溝的寬度、深度往往受到美觀、場地等條件的制約,所負(fù)擔(dān)的排水面積會受到限制,可收集的雨水水量也會相應(yīng)減少。因此,路面雨水收集系統(tǒng)的選擇需要根據(jù)各種條件綜合分析,因地制宜,有時(shí)也可以將這幾種方式結(jié)合使用。
3.3停車場、廣場雨水收集
停車場、廣場等匯水面的雨水的雨水徑流量一般較集中,收集方式與路面類似。但需要注意,由于人們的集中活動(dòng)和車輛的油箱泄漏等原因,如管理不善,這些場地的雨水徑流水質(zhì)會受到明顯影響,需采取有效的管理和截污措施。
3.4綠地雨水收集
綠地既是匯水面,又是一種雨水的收集和截污措施,甚至還是一種雨水的利用單元。在水量平衡計(jì)算時(shí)需要注意,即要考慮可能利用綠地的截污和滲透功能,又要考慮通過綠地徑流量會明顯減少,可能收集不到足夠的雨水量。應(yīng)通過綜合分析與設(shè)計(jì),最大限度地發(fā)揮綠地的作用,達(dá)到最佳效果。如果需要收集回用,一般可以采用淺溝、雨水管渠等方式對綠地徑流進(jìn)行收集。
實(shí)際工程中需根據(jù)建筑物的類型、結(jié)構(gòu)形式、屋面面積大小、當(dāng)?shù)貧夂驐l件及雨水收集系統(tǒng)的要求,經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來選用最佳的收集方式;并要合理規(guī)劃地表與屋面雨水徑流途徑,降低地表徑流,采用多種滲透措施增加雨水滲透量,符合《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。
3.5雨水調(diào)蓄
雨水利用系統(tǒng)中雨水調(diào)蓄的主要目的是為了滿足雨水利用的要求而設(shè)置的雨水暫存空間,待雨水停后將儲存的雨水凈化后再使用。通常雨水調(diào)蓄池兼有調(diào)節(jié)的作用,當(dāng)雨水調(diào)蓄池中仍有部分雨水時(shí),則下一場雨的調(diào)節(jié)容積僅為最大調(diào)蓄容積與未排空水體積的差值。
地下式調(diào)蓄池節(jié)省占地,便于雨水的重力收集,水質(zhì)易得到保障,但施工難度大,費(fèi)用較高,適用于地面用地緊張、水質(zhì)要求較高的場合。
地上封閉式調(diào)蓄池一般用于單體建筑屋面雨水集蓄利用系統(tǒng)中,常用玻璃鋼、金屬或塑料制作。其優(yōu)點(diǎn)是安裝簡便,施工難度小,維護(hù)管理方便;但需要占地面空間,水質(zhì)不易保障,一般不具備防凍功效。
地上開敞式調(diào)蓄池屬于一種地表水體,設(shè)計(jì)時(shí)往往要將建筑、園林、水景、雨水的調(diào)蓄利用等以獨(dú)到的審美意識和技藝手法有機(jī)地結(jié)合在一起,達(dá)到完美的效果。在擬建區(qū)域內(nèi)有池塘、洼地、湖泊、河道等水景水體時(shí)應(yīng)優(yōu)先考慮利用它們來調(diào)蓄雨水。
3.6雨水處理與凈化技術(shù)
根據(jù)不同用途和水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn),雨水一般需要經(jīng)過處理后才能滿足使用要求。一般而言,常規(guī)的各種水處理技術(shù)及原理的都可以用于雨水處理,但也要注意雨水的水質(zhì)特性和雨水利用系統(tǒng)的特點(diǎn),根據(jù)其特殊性來選擇、設(shè)計(jì)雨水處理工藝,以實(shí)現(xiàn)最高效率。
雨水處理可以分常規(guī)處理和非常規(guī)處理。常規(guī)處理指經(jīng)濟(jì)適用,應(yīng)用廣泛的處理工藝,主要有沉淀、過濾、消毒和一些自然凈化等;非常規(guī)處理則是指一些效果好但費(fèi)用較高或適用于特定條件下的一些工藝,如活性炭技術(shù)、膜技術(shù)等。
建筑師需要了解水環(huán)境專業(yè)的相關(guān)技術(shù)和理念,才能很好地在綠色建筑設(shè)計(jì)中加以考慮和利用。在涉及雨水處理凈化技術(shù)的問題時(shí),需充分利用場地地形和地貌特點(diǎn),盡可能結(jié)合自然凈化技術(shù),在達(dá)到綠色建筑標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)又可節(jié)約資金達(dá)到美觀且實(shí)用的效果。
3.7雨水綜合利用
雨水綜合利用系統(tǒng)是指通過綜合性的技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)雨水資源的多種目標(biāo)和功能,這種系統(tǒng)將更為復(fù)雜,可能涉及包括雨水的集蓄利用、滲透、排洪減勞、水景、屋頂綠化甚至太陽能利用等多種子系統(tǒng)的組合。在滿足綠化用水要求的同時(shí)改善了建筑景觀和環(huán)境;另一部分雨水則可供室外水景之用。水景的規(guī)模除了考慮景觀要求以外,更重要的是要考慮蒸發(fā)、滲漏和其他用水量,滿足水量的平衡要求。水量不足而長期閑置的大水景,效果不一定比一個(gè)能保證更高的使用率的小規(guī)模水景好,在系統(tǒng)中設(shè)計(jì)自來水或其他水源的補(bǔ)充,可以保證整個(gè)系統(tǒng)更好地運(yùn)行。設(shè)計(jì)一個(gè)景觀水的回流管,與屋面和調(diào)蓄池形成循環(huán)有利于保障景觀水體的水質(zhì)。如果匯水面積大,有多余的雨水量,還可以考慮在溢流管后設(shè)計(jì)滲透設(shè)施。由于有了綠化屋面的預(yù)處理和調(diào)蓄池的作用,能夠保證滲透設(shè)施的良好運(yùn)行。應(yīng)提倡在景觀水池中保持一些水生植物和魚類,構(gòu)筑成具有良好生態(tài)功能的水景,有利于提升整個(gè)系統(tǒng)的綜合效果。
雨水綜合利用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是一個(gè)更為復(fù)雜的過程。例如,當(dāng)系統(tǒng)包括集蓄利用和滲透兩個(gè)子系統(tǒng)時(shí),關(guān)鍵是處理好兩個(gè)子系統(tǒng)間的關(guān)系:收集調(diào)蓄水量與滲透水量的關(guān)系、水質(zhì)凈化處理的關(guān)系、投資的關(guān)系、直接的經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的關(guān)系等。組合的子系統(tǒng)越多,需要考慮和處理的關(guān)系也越多,設(shè)計(jì)也就越復(fù)雜,有時(shí)利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)和水環(huán)境專家系統(tǒng)是一種有效的手段。
在新建生活小區(qū)、公園或類似的環(huán)境條件較好的城市園區(qū),將區(qū)內(nèi)屋面、綠地和路面的雨水徑流收集利用,達(dá)到顯著削減城市暴雨徑流量和非點(diǎn)源污物排放量、優(yōu)化小區(qū)水系統(tǒng)、減少水澇和改善環(huán)境等效果,因這種系統(tǒng)涉及面寬,需要處理好初期雨水截污、凈化、綠地與道路高程、建筑內(nèi)外雨水收集到水景觀投資,運(yùn)行費(fèi)用和最后效果。因此需要認(rèn)真和反復(fù)地進(jìn)行方案比選和調(diào)整,力爭實(shí)現(xiàn)最優(yōu)設(shè)計(jì)方案。該項(xiàng)工作最好由有經(jīng)驗(yàn)并具有多學(xué)科綜合規(guī)劃設(shè)計(jì)能力的設(shè)計(jì)部門來完成。
當(dāng)水景觀規(guī)劃設(shè)計(jì)完成之后,還應(yīng)該形成水景觀分項(xiàng)設(shè)計(jì)任務(wù)書,再由各專業(yè)設(shè)計(jì)公司分別進(jìn)行實(shí)施方案或施工圖設(shè)計(jì)。
綜上所述,在我國現(xiàn)有的國情下,城市建筑雨水利用有較大的發(fā)展空間。它不僅是綠色建筑的一部分,也是整個(gè)城市建設(shè)的一部分,在改造建筑微觀環(huán)境的同時(shí),達(dá)到改善城市宏觀生態(tài)環(huán)境的目的。它不僅通過改善環(huán)境質(zhì)量改善人們的生活質(zhì)量,而且通過對自然條件的恰當(dāng)利用,促使建筑減少能源、物質(zhì)的消耗,從本質(zhì)上達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定,符合《綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》的要求。這便要求建筑師在制訂建筑方案時(shí)要根據(jù)不同建筑的特點(diǎn),依據(jù)因地制宜的原則,結(jié)合建筑所在地域的氣候、資源、自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、文化等特點(diǎn)進(jìn)行設(shè)計(jì),最大限度地節(jié)約資源(節(jié)能、節(jié)地、節(jié)水、節(jié)材)、保護(hù)環(huán)境和減少污染,為人們提供健康、適用和高效的使用空間,成為與自然和諧共生的建筑,從而達(dá)到經(jīng)濟(jì)效益、社會效益和環(huán)境效益的統(tǒng)一。
4.綠色建筑中的污水處理
綠色建筑中的污水主要來自于生活污水、生產(chǎn)污廢水以及建筑過程中產(chǎn)生的污水。這些污水可以通過城市污水管道直接排放,經(jīng)城市污水廠再生處理,實(shí)現(xiàn)水的回用,也可以由建筑單位個(gè)體收集本區(qū)域污水,凈化處理后回用。
4.1再生水的利用形式
根據(jù)污水處理形式的不同,再生水的循環(huán)系統(tǒng)可分為三類,即建筑單體單獨(dú)循環(huán)方式、小區(qū)循環(huán)方式、地區(qū)循環(huán)方式。
單獨(dú)循環(huán)方式:單獨(dú)循環(huán)方式是指在單體建筑物中建立再生水處理和回用設(shè)施,這種方式不需要在建筑物外建立再生水管道,但處理費(fèi)用較高。
小區(qū)循環(huán)方式:這種方式一般用于大規(guī)模的住宅區(qū),較新的開發(fā)區(qū)等范圍較小的地區(qū),區(qū)內(nèi)建筑可共同使用一套再生水處理系統(tǒng)和再生水道。
地區(qū)循環(huán)方式:利用城市污水處理廠的三級出水、雨水、河水等作為再生水水源,供給某個(gè)區(qū)域的建筑或住宅。
綠色建筑應(yīng)根據(jù)建筑規(guī)模、建筑周邊的城市管道與水處理設(shè)施條件以及再生水的回用目標(biāo)等選擇合理的污水處理形式,即選擇合適的污水循環(huán)再用方式。不同的再生水循環(huán)方式對建筑有不同影響,建筑師需要了解再生水的循環(huán)方式,在建筑設(shè)計(jì)中考慮到相關(guān)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)工作。
4.2再生水的利用現(xiàn)狀
再生水回用的對象分市政雜用水和工業(yè)用戶。市政雜用水包括公園綠化及河湖用水、城市綠化用水、道路路面噴灑用水等。
20世紀(jì)50年代,日本最先把再生水處理應(yīng)用到住宅區(qū)、辦公樓、賓館、學(xué)校等建筑群中,并在許多國家如韓國、以色列等迅速推廣。把洗菜或洗用過的水經(jīng)處理后,送入非飲用水管路作為沖洗廁所、洗汽車、冷卻水改暖氣用水等。
綠色建筑中再生水水量相對穩(wěn)定,水處理技術(shù)已日趨成熟,可用于消防、沖廁、綠化噴灑以及部分生產(chǎn)環(huán)節(jié)等;再生水的利用能有效地減少自來水資源的消耗及建筑污水的排放,是實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)水目標(biāo)的重要舉措。
4.3再生水利用應(yīng)注意的問題
再生水中氮、磷營養(yǎng)鹽指標(biāo)較高,如直接作為場地景觀水的補(bǔ)充水,會增加水體的營養(yǎng)鹽濃度,引發(fā)水質(zhì)惡化。因此,再生水應(yīng)經(jīng)脫氮除磷處理后再補(bǔ)充景觀水體。另外,一些建筑區(qū)域特別是高檔住宅或別墅小區(qū),由于入住率低或常住人少,再生水系統(tǒng)的水源量難以穩(wěn)定,且由于人們對再生水水質(zhì)的主觀排斥等因素,造成再生水作為建筑沖廁用水有一定的阻力。此外,一些再生水處理、利用項(xiàng)目由于設(shè)計(jì)、管理或思想上的問題造成系統(tǒng)的運(yùn)行不好甚至成為一種擺設(shè),也值得認(rèn)真對待。
5.結(jié)語
我國是一個(gè)水資源短缺的國家,如何充分利用好綠色建筑的水資源,是目前學(xué)者以及社會非常關(guān)注的問題。希望通過合理投資和資源利用實(shí)現(xiàn)綠色水環(huán)境的良好生態(tài)效益,使水資源符合我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略思想。