公共建筑节水信息化技术探究.docx

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1、公共建筑种类多样、功能复杂、体量巨大、耗水量高，是重要的城镇生活用水节点。但与住宅建筑相比公共建筑供水系统更复杂，跑冒滴漏现象普遍；由于用户用水未直接与自身利益关联，缺乏经济杠杆制约，用水浪费现象较严重。目前渗漏管理仍采用人工定期维修，该方式可操作性差、节水效率低，无法达到有效的节水效果。虽然当前公共建筑常规的各类节水设备及非传统水源系统取得了一定的节水效果，但分区计量、压力控制等大多节水措施并未真正落地，无法得知具体的节水效能，缺乏系统性的管理。基于上述原因，公共建筑水量无效损耗已引起社会广泛关注。随着现代信息化技术的快速发展，部分依靠传统技术手段难以实现的节水措施可以用信息化技术为依托逐步

2、实施落地。为此，本文通过借鉴市政供水信息化管理技术，在漏损控制和水量管理方面取得的成效，将DMA分区管理和水力模型的概念引入建筑节水领域，以期实现进一步提高公共建筑节水效率的目标。1、水量损耗分析公共建筑水量流失的原因大致可归纳如下。1.1 系统设计目前设计采用的给水方式不符合实际用水情况，例如水箱供水进出水管构造不合理，造成水流短路出现死水区；水箱体积过大造成水停留时间长、余氯衰减过度造成微生物大量繁殖，导致水质污染需排放更新而造成水资源浪费。根据GB50015-2019建筑给水排水设计标准的规定生活给水系统用水点处供水压力不宜大于0.2MPa,即适当出流量便可满足使用需求。但大量既有公共建

3、筑卫生器具给水配件（如水龙头，淋浴器等）长期处于高压状态，供水压力与实际工况不匹配，普遍存在出流量大于额定流量的超压现象，大大降低了用水效率。1.3 管材及管件老化建筑供水系统阀门、管件和管材等在长期使用过程中锈蚀老化，加之管网压力波动冲击，使管网跑冒滴漏现象普遍存在，管道局部破损还会增加水质污染的几率。1.4 洁具选型目前建筑市场仍大量使用非节水器具，是造成用水量无效损耗的重要原因之一。有报道指出，使用水箱容积91以上的坐便器比水箱容积61以下两档式坐便器一年多耗水10t左右。另如，老式的铸铁螺旋升降式水龙头密封垫易损坏，造成关闭不严产生漏水，由此流失的水量每月可达2.6m3。1.5 非传统

4、水源应用与发达国家相比，我国中水、雨水系统发展较晚，大量既有公共建筑及住宅小区未设置中水回用及雨水收集系统，景观、绿化、冲厕等对卫生条件要求相对较低的用水仍使用自来水，无形中浪费了大量清洁水资源。1.6 用户行为公共建筑不同于住宅，群众对公共建筑用水节水意识不强，用水未直接与自身经济利益关联，经常出现水龙头不关闭或损坏处理未及时修理等现象，加之公共建筑人流量大，长此以往水量浪费极其严重。2、现有节水措施分析现行普遍的节水措施可归纳为防止渗漏、爆管，提高用水效率，减少自来水用水量三个方面，具体措施如下。2.1 合理规划系统，应用高质量器材公共建筑给水管道多为垂直长管线，系统整体压力较大，设计给水

5、系统时应合理规划压力分区，避免局部压力过大损坏用水设施或器具；同时为满足GB50555-2010民用建筑节水设计标准的要求，确保生活给水系统用水点处供水压力不宜大于0.2MPa,以避免超压出流现象，减少无效出流；另一方面，建筑供水系统应选用符合国家标准及产品行业标准的高质量器材，但目前大量既有公共建筑硬件设施缺乏系统性维护和保养，连接管件和阀门在水压波动冲击和自然老化等多重不利因素的作用下，出现锈蚀、松动，继而发生跑冒滴漏且不易感知。2.2 采用节水器具节水器具是能比同类常规产品明显减少流量或用水量、提高用水效率、体现节水技术的器件或用具。虽设计阶段会根据建筑节水需求提出器具节水技术要求，但由

6、于投资成本和市场行为等多种原因，导致节水器具最终选型与节水设计的初衷相背离，无法完全实现器具节水。实际上，节水器具的节水效率与出流量和器具使用频率存在密切关系，尽管我国已发布CJ/T1642014节水型生活用水器具标准，但近年来社会快速发展，节水器具市场混乱且类型多样，节水型卫生器具质量参差不齐，实际用水过程中也缺乏有效的验证和监测，节水器具是否真正节水尚待进一步考证。2.3 合理利用非传统水源常规非传统水源主要包括中水收集回用系统和雨水收集系统。我国在这方面起步较晚，大量既有公共建筑都并未设置上述系统。虽然近年出台的建筑给排水相关设计规范均对市政自来水特定用水需求的使用有所规定或限制，鼓励采

7、用分质供水并使用非传统水源代替自来水，但实际上因非传统水源供水设施运行不稳定而大量采用自来水补水，甚至废弃相应设施，实际使用中仍有大量的自来水被直接用于补充景观用水、冲厕、绿化浇洒等。上述现行节水措施只能在建筑表层”节水，生活中仍存在大量浪费水资源而缺乏有效管理和控制的情况，无法有效落实过程节水，是目前节水措施存在的局限性。3、信息化技术目前基于DMA分区计量和水力模型技术的智慧水务信息化管理平台，在市政供水管网领域已有较成熟的应用，初步实现了对市政供水管网的流量分析、漏损控制和压力调控，成为市政供水管网漏损控制的重要技术手段。鉴于现阶段公共建筑传统节水措施存在的局限性，以及DMA分区和水力模

8、型在市政管网系统管控方面的有效性，在优化现有公共建筑节水措施的基础上，借助信息化技术对建筑供水系统进行DMA分区管理，并建立水力模型将成为未来公共建筑节水发展的方向，也是智慧水务理念在建筑节水领域的重要探索。3.1 DMA分区供水管网分区计量（DMA）是1980年英国水工业协会首次提出的概念，是控制城市供水系统水量漏失的有效方法之一。经过几十年的发展，DMA分区理论在管网爆管检测、漏损控制、压力管理、管网改造等实际工程中，均取得了显著成果。在爆管检测方面，WANGXT等基于DMA各个出入口流量数据提出了一种由预测、分类和校正等三个阶段组成的新型数据驱动突发检测方法，该方法结合实际DMA后实现了

9、99.77%的爆管检测精度。在漏损控制方面，陈红等在现有供水管线基础上将赵巷供水站供水管网分为14个区域进行管理，使赵巷供水站总体产销差率由52.03%降至27.55%,最小夜间流量降低约230.5m3h,年节水量达202万m3o在压力管理方面，王瑞彬等在济南市领秀城E区使用水力模型并制定了DMA压力控制方案，运行10个月后年节水量8万m3,事故工单量减少91%o在管网改造方面，李晓华等利用DMA分区计量技术对苏州工业园区进行管网改造，将该园区划分为4个二级分区，经过3年管控将管网漏损率由原来21%降到10.3%与市政供水管网相比，建筑供水管网分区理论一直未受到重视和落实，未来公共建筑用水功能

10、会愈发复杂，仅靠压力分区无法准确划分公共建筑多项用水用途。GB/T509082013绿色办公建筑评价标准曾提出对不同使用用途和不同计费单位分区域、分用途设水表统计用水量。GB/T503782014绿色建筑评价标准和GB/T503782019绿色建筑评价标准在水资源利用方案中进一步提出应按使用用途、付费或管理单元，分别设置用水计量装置。因此，根据一定规则安装分区智能水表及压力传感器将供水系统分为多个计量、监管区域，并通过缩小研究范围的方式分析区域内和区域间的流量和压力变化规律，从而实现精确计量和定量渗漏水平的DMA分区方式，将成为建筑节水新的探索方向。建筑供水系统DMA分区的意义可总结为以下几点

11、：（1）可为整体建筑内的不同功能区的供水管网改造和计量器具维护更新、供水规划等提供参考；（2）根据分区流量、压力监测数据进而对漏损进行精确定位，可解决出现爆管、漏失等事故却无法快速感知的问题；（3）有针对性地对建筑水系统内进行压力管理以提升供水服务水平，通过控制一个或一组DMA的水压，使管网在最优的压力状态下运行，避免出现超压情况；（4）可分区储存现有各组件信息，有针对性地进行水表、管道等给水配件的更新和维修，使更新维护趋于程序化和计划性；（5）有利于管理部门进行层次化管理，实行分区可方便信息查询及后台管理，提高管理效率。因此，结合建筑供水系统特点提出适用该系统的DMA分区方法，利用建筑供水信

12、息化技术对建筑用水量进行精细化管控是当今公共建筑节水的必要手段。3.2 水力模型供水管网水力模型是根据实际管网进行合理简化建立的数学模型，通过设定一系列水力公式及参数，结合管道内部水体流动的水力学原理，建立物质-能量平衡方程并利用计算机进行迭代计算，得到管道流量、压力等节点工况数据，从而分析管网可能出现的爆管、水压不均等问题，也可对供水管网进行风险评估、区块化改造、消防能力评估等。目前国内外针对建筑水力模型研究较少，主要原因一方面在于建筑供水系统用户端属间歇性用水，随机性强、用水时间短、水量小，无法准确模拟用水量及压力变化；另一方面缺乏针对建筑供水系统的专业建模软件，需在现有软件上进行二次开发

13、或开发专业软件，难度较大，但仍有学者进行了探索性研究。Steven等提出了泊松矩阵脉冲模型，通过模拟得出用水终端需水量服从非齐次泊松矩阵模型。李鹏等也利用泊松矩阵脉冲模型模拟用水终端随机需水量并与给水管网水力模型相结合，建立既有建筑物输配水系统水力模型；实际应用中通过水力模拟实现节水率达20%40%.以上成果证明，水力模型在建筑供水管网节水的可行性。水力模型在管网漏损定位、水质模拟方面有广泛的应用前景。在管网漏失定位方面，张振亚等设计了一种数据驱动的增量式建筑二次供水管网漏失定位方法，结合给水管网水力模型正常压力监测数据，判断新采集的节点压力向量是否异常并定位漏损点位置，并通过仿真实验得知，在

14、管网漏失率为8%时用时不到0.1s即可实现漏失定位。张猛首先对某建筑二次供水系统建立水力模型，并依据楼宇自动化控制系统在模型中布置漏失监控点，最后结合K均值类算法进行漏失定位研究，通过实验证明该方法漏失定位的有效性。水质模型是水力模型的细化延伸，水质模型是在水力模型基础上对余氯消耗分布、污染物扩散和管网水质总体评估进行模拟，从而减少生活用水因水质污染产生的损耗。Grayman等通过建立建筑供水系统水力模型，利用该模型进行污染物扩散模拟，证明了建立建筑供水系统水质模型的可行性。综上所述，虽然公共建筑供水系统DMA分区及水力模型的研究未成熟，但仍给公共建筑节水精细化管控提供了思路。未来公共建筑精细化节水发展方向将通过实时数据进行流量分析和水力模拟，在漏损判定和区域管控等方面进行问题分析并制定解决方案，实现对建筑供水系统的全方位管理。4、总结与展望目前，节水措施已无法满足未来公共建筑节水要求，信息化技术的发展给公共建筑节水技术带来了新的突破方向。未来公共建筑节水要在传统节水措施基础上，结合信息化技术，将分区计量、水力模型、计算机控制系统及物联网智能监测设备管理系统等各项模块集成至信息化管理平台，通过软硬件一体化智慧运营，以及系统内部精确流量分析和压力调控，对公共建筑节水实施精细化管控，切实提高节水效率。