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论建筑设计中的雨水收集利用

发布时间:2018-03-19
所属栏目: 常见问题
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      随着当前水资源的紧缺、持续干旱、水资源污染以及地下水的超采,都导致了日常饮水和生活用水的岌岌可危,城市中的水利问题也越来越受到了广泛关注。雨水资源作为轻度污染的水源,通过简单的处理即可用于生活用水与工业用水当中。因此,加强对城市建筑中雨水资源的收集利用,将是提高城市雨水资源的利用率,以及建设节水型城市的有效措施。本文结合工程实际,就建筑设计中的雨水收集利用进行了简要的分析与探讨。

       水资源的匮乏已成为了世界性的问题。当传统的水资源开发方式已无法再进行水资源增加时,收集利用雨水将成为既实用又经济的水资源开发方式。雨水作为非传统资源的利用具有以下多重功能:节省水资源的利用,缓解城市用水危机;减缓和减少雨水的排放量,降低城市中因雨水受到的灾害;通过渗透增加地下水资源,使生态环境得以改善。建筑设计中雨水的收集利用,就是将水循环中的天然雨水,通过人工方式或是天然的地形进行截留、收集、存储和回收利用,以供建筑和小区中日常用水所需。

一、建筑设计中常见雨水利用的技术措施

      建筑中常见雨水利用系统主要是是由收集系统、储存净化系统和渗透系统所组成。

1、收集系统

(1)屋面收集

       屋面雨水的积蓄系统主要是由集水面、雨水斗、屋面集水沟、管道系统、雨水收集池和弃流系统所组成。屋面作为雨水主要的集水面,其设计对雨水收集的水质有着重要的影响,当前较为常用的有种植屋面和新型防水卷材屋面。种植屋面能够降低雨水的径流,同时还起到了改善都市生态环境和美化城市景观的作用;新型防水卷材屋面较为常用的有APP高聚物改性沥青防水卷材等,使用这种新型的防水材料在倒置式屋面或普通屋面上,都能极大的减少对雨水的污染。

(2)硬地收集

       硬化地面的收集系统主要收集建筑小区内大面积的硬地和路面的雨水,包括了输水管道、集雨区和初级截污系统。而输水管道主要包括了输水明渠和输水暗渠。

(3)绿地收集

      绿地收集系统主要作用是收集小区中超过绿地和小型铺装地面渗透能力的所汇集的雨水,包括了集雨区和输水管道。输水管道与硬地收集系统相似,也包括了输水明渠和输水暗渠。在绿地收集系统中通常还大量使用了可渗透的铺装材料。

2、储存、净化系统

(1)调节池(初期径流池)

        初期径流池主要是弃流下雨初期收集的雨水,同时通过调节雨水的流速,以满足净化池的净化需要。

(2)净化池(沉淀池)

       净化池也被称为沉淀池,是根据初期弃流后的雨水水质情况以及试验结果,并采用相应化学和物理方法对雨水进行处理。最终出水的水质需满足城市相应用水规范要求。

3、渗透系统

       渗透系统主要采用了渗透井、渗透池、渗透管沟、渗透地面等雨水渗透设施,使雨水能分散渗透到地下,不仅能降低地表径流量和回补地下水,还能有效的缓解排水系统压力和地面沉降。

二、雨水收集利用系统的设计

       雨水收集利用系统的设计原则应努力追求运行费用低、投资省和效果明显的目标,并通过采用可靠而且先进的自动化控制技术,使管理操作能更加方便,以做到无人值守和在线检测,并降低对建筑总体设计和小区规划的影响。

1、工程概况

      某现代化小区是国家级节水和节能示范小区,其总占地面积约20hm2,整体呈长方型布置,其中绿化面积约7万m2,屋面面积约4.7万m2。主要道路均为硬化路面,路面面积约有3万m2。小区的容积率约为3.3,主要是由22栋高层住宅、社区服务中心、文体中心和幼儿园所组成。

2、雨水收集量与年均水量平衡计算

(1)雨水收集量计算

雨水收集量可通过下列数学方程式进行表达:

     在上式中,V为雨水的收集量; 为径流系统;H为实际降雨量,单位为m;A是径流面积,单位是m2;α和β分别是指季节折减系数和初期雨水弃流系统,通常取值为0.85和0.87。

(2)年均水量平衡计算

小区雨水收集利用的平均年水量平衡计算结果,详见下表1。

       通过结果表明,小区中每年收集得到的雨水量,可充分满足小区水面蒸发和绿化用水等方面的需求。同时,通过将富余雨水经过处理后还可作为日常生活用水所需。

3、雨水收集系统设计

      在该建筑设计中,屋面和道路雨水的设计与传统建筑设计相近,而在绿地雨水收集的设计上,采用在绿化带设置穿孔管理,并在其外部缠绕尼龙丝网。穿孔管的布置使用了分散布置,并尽量避免和建设因穿孔管得堵塞影响,而导致汇流面积过大。穿孔管的管径可选择DN200和DN150,管道的埋设深度为0.6米。并在孔管上方敷设约20厘米厚度的砂层作为反滤层,砂径的规格在15~20毫米之间,以起到过滤雨水和避免穿孔管堵塞的作用。

       同时,穿孔管得坡向应与小区的地势坡向大致相同,以尽量降低穿孔管得敷设深度,并减少工程的投资额度。屋面和路面的雨水,以及穿孔管得雨水都经由排雨水系统汇集到小区的雨水管中,然后再送往调节池。雨水管道的设置主要沿小区的主要道路进行铺设。

4、雨水处理工艺设计

      小区屋面的雨水通过汇集后,可在雨水的落水立管中安装筛网过滤器。雨水通过过滤,从旁通管出水,并经过设置在横杆管道上的旋流分离器分离,进入滤池贮水池中储存,再由池中的多孔混凝土滤板起到进一步过滤的作用。下图1即为较为常用的屋面雨水处理工艺示意图。

      因雨水在降雨初期的水质比中后期要差,且雨水中大颗粒泥沙与悬浮物通常较多,并常伴有高色度的存在。所以通常作法是舍弃初期雨水,而集中对中、后期的雨水进行收集。初期雨水的舍弃可由溢流井实现,并利用堰流原理以调节和控制水量。对中后期的雨水较细悬浮物颗粒,则由净化池加以处理。净化池的出水在经过过滤后然后进入清水池,并投入氯化钠进行消毒,消毒剂的用量通过在线检测仪表加以控制,使管网的含氯量保持在0.2mg/L左右,以抑制水中细菌的繁殖。经过处理的雨水应符合城市相应用水标准。

5、雨水利用设计

      因该小区中拟采用中水系统和饮用净水系统,且雨水的净化处理工艺较为简单,运行维护费用也较低。因此可充分利用雨水,以切实降低小区中综合用水成本,并建议利用雨水以供小区日常道路冲洗、小区绿化和住户的冲厕使用。

6、雨水收集利用在小区整体规划中的设计

      对绿地穿孔管的设置,既应充分考虑到雨水收集的有效性,还需协调好与其它地下构筑物、管网和小区绿化之间的关系。同时,穿孔管得坡向需与小区自身地势的坡向相符合。对地下水顶板覆土的深度还应充分考虑到孔管埋设的深度和具体工艺的需要。

三、总结:

      我国是一个水资源极度匮乏的国家,经相关数据显示,我国是全球人均水资源占有率最贫乏的国家之一,大约只有普通发达国家的四分之一左右。因此,我们应努力开发和回收利用一切可以利用的水资源,而雨水就是一种非常重要的天然水资源。通过加强建筑设计中雨水的收集利用,不仅能改善城市生态环境建设和自然水圈的循环,同时也能明显缓解当前城市中的用水危机,在当前具有广泛的应用前景。

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