嵌入的可持续性建筑的供水和排水系统的设计

1、安徽建筑工业学院本科生毕业设计外文文献翻译嵌入的可持续性建筑的供水和排水系统的设计L.B. Jack*, J.A. Swaffield 建筑环境学院，赫瑞瓦特大学，爱丁堡，苏格兰，英国EH144AS文章时间：2009年4月3日关键词：水 引流 房屋 数值模拟 可持续发展摘要：在解决建筑环境的可持续发展问题，重点往往针对减少能源消耗和材料使用。然而，潜在的可持续解决方案设计时，建筑物的水和废物管理系统的集成常常被遗忘。这类系统的基本功能能清楚地认识到，但传统的设计原则往往限制了性能的提高和对水和管道经济效益的机会。在一定程度上，这是令人吃惊的，在给予基本的的稳态分析流支撑许多守则和全球范围内使用

2、的指引的前提下。然而，模拟方法的进步，意味着现在可以使用新技术和新的整合的创新，更可持续的设计方法，对系统性能进行全面评估。 本文提供了一个概述的建筑物，其性能已通过评估的一套数值模拟模型的发展，赫瑞 - 瓦特大学，供水和排水系统。这些模型准确预测，采用适当形式的圣维南方程，压力和流量的制度，在这样的系统应用该方法的特征有限差分技术。该文献提供了三种不同的应用程序的例子，其中的焦点，是在每一个设计中嵌入的可持续性。1前言 在建筑物提供供水和废物管理系统，它是至关重要的性能是有保证的。主要职能包括：提供饮用水和基本卫生要求，去除的水已被污染的废弃产品，并在潜在有害瘴气中存在的排水管和下水道和居住

3、空间之间提供一个物理屏障。同样重要的是，建筑用最好的效益，任何冲击的雨水以及任何因此而产生的废水，从而减少不必要的浪费和限制下水道和排水网络和/或收集系统上的负载。可持续发展应在这些方面的设计理论基础，通过限制水的供应和消费，并通过减少材料使用，成本和对环境的影响。供水和排水系统的建筑物，因此提供了大量的机会为一体的可持续发展的解决方案，但是，这些必须在不牺牲性能的情况下实现，因此，必须充分了解系统在使用过程中的反应。 通常采用的方法为水和污水处理系统的设计是基于稳态原则的应用，以确定，例如，流量负载或压力的反应。这种方法虽然方便了系统的规范，在一定程度很流行，但他们很少提供机会评估随时间变化

4、的响应信息系统，可以随时通知关键的设计决策。因此，下面的文本将说明如何赫瑞 - 瓦特，一套数值模拟模型的发展，再加上系统的动态响应理解，从而促进有效和高效的设计和分析建筑物的供水和排水实现全面的评估，集成创新和可持续设计解决方案的潜力。这是值得一提的在这一点上，“供水”在整个本文将介绍水的使用范围内的建筑物内的，间接的决定了大型网络的供应。 每一个组件模型利用特征技术方法促进赫瑞 - 瓦特套件的发展。Massau在1900年第一次使用这种技术来分析明渠流，然后在1947年由Lamoen分析水锤，圣维南方程的连续性和动量的适当形式的转换成一个对全微分方程解的有限差分方法。这些方程被称为C+和C-

5、的特点，在一个节点在目前的条件下，相邻的上游和下游节点在未来的一个时间步长定义的条件。有限差分网格定义使用的独立变量的距离，x和时间，t，与因变量，要么u和用于空气或u和自由表面水的H-流体的速度和深度的C-流体速度和propagationwave的速度有关。将被理解的是，在系统边界，需要一个额外的方程来完成有限差分溶液。因此方程在这些地方定义，并提供信息的静态或动态的行为适当的边界。 赫瑞 - 瓦特，这些边界条件方程的理论与实证的定义已形成的过去和现在研究的重点和促进发展的三个组件模型的在这个文本DRAINET，无线网和ROOFNET所指。所有三个特征描述的技术方法的基础上的，并且每个已成功

6、地用于提高相关的系统的设计方法。DRAINET的瞬态分析部分填充，即自由面，管内流动，主要是解决内部建筑排水系统的性能。最近已扩大到包括外部排水系统的流态波衰减的特点是它的应用。空中网检查排水通风系统的瞬态响应，通过预测的压力和气流的影响水性器具水封的完整性，而ROOFNET评估建筑物的常规和虹吸雨水排水系统的性能。在一定程度上，ROOFNET和DRAINET将被认为是可以共同运作，以方便雨水输送的预测从屋顶表面到当地的排水系统。本文将说明，通过使用的例子，如何将这些模型组件可以应用到整合，将可持续发展的楼宇供水和排水系统的设计。2 饮用水使用的减少对W.C.冲洗体积的影响的在许多发达国家，可

7、持续发展的重点是减少或优化的使用，例如，能源和原材料，而在其他地区，可持续发展的基本需求的稳定供应。可持续性的定义中，可经常不同，这取决于上下文之内，它被设置。在就后者而言，并设置对联合国的千年发展目标，1键目的转达了联合国的任务部队的水和卫生是，以“减半，到2015年，该比例的人不可持续获得安全饮水水和基本卫生”1。因此，它似乎违反直觉，在许多国家，一个建筑物的食水供应比例的显着wc冲洗。在WC任何减少的直接成本节约冲水量单独处理过程中出现的显然是显着的，加上与间接促进节约供水和排水系统管道尺寸为减少又增加。 建议在WC引入任何显着的减少，然而冲洗量经常会碰到的效率，清除废物和关注其他产品从

8、卫生器具的，并通过其输送到相关的排水网络。在英国，冲水量为40 L已被确认为过度，早在1900年左右，但显着减少至9.1升（2加仑），然后花了数十年前任何进一步显着降低征收。法规的规定，到2001年实现2，现在规定，安装最大冲水量6升和减少冲水量不大于三分之二的最大对象，从而似乎是不相称的生活用水水平的三分之一左右供应目前用于卫生间冲洗3。 假设任何废物，有机或他们遵守公认的冲洗能力的标准，因此重点转移到下游的排水渠或污水的管道，传达这种浪费的表现。服务的卫生设备管道的流态，本质上是不稳定的，有相当多的工作进行赫瑞 - 瓦特和其他地方，与时预测的影响，设计变更和/或改变水消费的目的排水管线进行

9、离散固体。为了能够预测到的位置，固体沉积，并能够采取相应的预防措施，清楚地避免了堵塞的倾向。 下面的文字介绍了一个简单的例子，受到变量厕所时性能的管道放体积，可评估使用DRAINET。在这种情况下，从设备的排放量显示连接到管2，图。如图1所示，一直9，6，4.5和3升之间变化。每个选择四个冲洗体积是表示使用图1中还示出的类型的档案。在这个例子中，固体离开设备的时间，在该时间，适当改变，以确保在所有的情况下，此峰值流量发生放电的点，在该点之前。这是很重要的，因为它是众所周知的，除了履行的个人主页上，固体参数，管道坡度，直径，表面粗糙度和“基地”流动，固相对于整体的冲洗时间的放电时间（即“尾随量从

10、而确定'）有显着影响，进排水管线（在早实的去除确保了更大的行驶距离）4。 在该模拟中，第二W.C.冲洗体积3升连接下游5米，但是，最初没有进行任何操作。所有下游管道被指定为直径为100毫米，设定斜率为1%。 通过使用DRAINET，它是可以模拟的自由表面的排出流的衰减从水柱和任何一个离散的固体沉积在哪个位置会发生。这需要包含的预先定义的边界条件方程链路水流深度，流速和/或时间，和判断条件的位置的物理系统的组件，例如，管路口和液压跳转。还需要定义流条件的方程，在任何一个离散的固体的位置，以方便固体沉积的模拟（单个或多个）。 图2示出了如何，的冲洗体积9和6升的，沉积的固体的点在于超出网络

11、建模即超出9米，由此表明，该固体已成功地被输送到一个适当的下游连接。对于冲洗体积的4.5和3升，行程距离分别7.9 m和5.9米的，从而表明，在这两种情况下，在管3的沉积。 图1 W.C.冲洗管道连接的配置文件和原理图图2 固体沉积，所预测的DRAINET，所产生的水柱放电变量耗水量这种情况下经常被认为是所要纠正的冲洗体积的增加，但是，通过调节管道的直径为75 mm的故障的系统，它可以被示出，图2中，该排水管线进可以扩展到超出9米和7.8米（冲洗分别为4.5和3升）。将被理解的是，对于下行数据流的连接点位于9排水管线器具，放电从3升冲洗的输送方面仍然不足。然而，通过随后3升从管1（相当于平齐的

12、模拟，例如，从相邻的属性或房间）在（模拟）时间30秒的放电，流动性条件下可以延长行驶距离超出此固体最低要求。 这个例子说明了如何减少冲水量不需要的陪同下在排水管线进网络性能的降低。在这种情况下，将搬送了便利，在主体中，通过减少在管道直径。可以实现类似的改进，通过调整管道坡度，或评估联合或序贯放流。 将被认为的是，虽然本文给出的例子是基于使用只有三个管道时，DRAINET显然是能够模拟一个典型的建筑物或建筑物一小簇代表任何数量的管道，并因此可以容易地提供信息。最好的办法推行节约用水的政策时，或在追求可持续发展的供水和排水系统的设计。 3.保持物理隔离的居住空间和排水的管道 将被认为的是，任何非定

13、常流从排出器具将自然产生的压力变化的管内网络。这是特别真实的，当垂直管道进行排出流，形成了一个水环空和从系统通气孔的位置相关联的气流夹带。排水管网内显然有任何压力变化的影响后，整体系统响应的，但它主要是过渡性质的水封水的损耗引起的潜在的压力游览。通常，水性疏水阀密封提供的的可居住空间和在管道供应建筑物的导管，并提供到下水道系统了瘴气本之间的物理屏障，因此，它是重要的，任何可能会取代这种水的压力变化，从而影响的阻挡层的完整性，被最小化。 空气压力瞬变是最常用的排水和通风管道系统内产生时，有一个从一个或多个设备中的排出流率的相对快速的变化。图3示出如何形成的环形空间内的垂直方向，或“叠加”，管夹带

14、，虽然“无滑移”的原则，一个气流，即在大多数情况下，是来自上层堆栈终止。图3还示出如何由在空气中的压力变化的装置，通过该系统连通的排放流率的变化，在一个给定的点，以及如何，当通风提供由上部堆叠终止强加的变化，结果在遇到“途中”的压力在所有连接的陷阱。 赫瑞瓦特大学开发的数学模型，空中网，同样采用特征技术方法，以方便整个系统的压力和气流响应的预测。边界条件，需要定义到启用系统仿真，赫瑞 - 瓦特所开展的工作的一个重要组成部分，集中在适当的理论和经验得出的描述算法，代表系统的驱动程序和组件5的表征。该模型还包括一个先进的方法模拟的水 - 气界面如图4所示，通过集成的无量纲速度差条件，释放“单放流仿

15、真模型的约束，使分析多个分支入口流量6。作为输入数据系统规范的灵活性，再加上电器的放电模式，从而使短暂的气流和压力，水封保持水平的预测，从而提供了重要的一步向前发展的能力评估系统响应性能的变化开始在追求的可持续发展。 节约用水可以清楚有这个排水系统管道内的流态时的影响。一般情况下，在流量减少的效果奥法是其特征在于由一个整体堆栈内的在终端中的水的流速降低，因此得到的伊纳相应减少空气中夹带和系统压力。然而，将被理解，减小体积器具放电公司仍然特别是时间依赖性的，和瞬态压力的影响，因此，必须继续进行评估，以确保陷阱密封完整性。图3 排放流率的变化结果在堆栈中的管的环形流上部堆叠终止所提供的空气压力瞬变

16、的减免 仿真模型准确地预测系统的压力的能力不仅介绍了通过使用节水型厕所的一个显着减少水包消费的潜力，同时也为一体化的设计解决方案，产生管道经济。管道成本降低的好处是明确的，这些都进一步增强的同时，安装，维修和空间成本，以及环境影响因素都考虑在内。 排水通风系统发展的历史表明，跨过去的一个世纪，在英国和欧洲的系统取得了进展过于繁琐的双管系统（包括4个垂直落水管），通过单管系统（具有两个垂直的简要回顾管）和30层左右的高度上，建筑物上，单个堆栈系统（与只有一个垂直溜子）。在世界的一些地区，已使用的单堆叠系统避免由于主要的潜在压力过大偏移的产生有关的问题，但是，理解能力的来源和性质所固有的非定常流动

17、的条件，刻画这样的系统应该消除这样的顾虑单栈是可行的，它不仅可以显示在这个期间，利用数值模拟技术，表现良好，并减少需要管道，空中网也有利于评估系统的整体性能，根据预先定义的条件和/或安装的创新和可持续发展的设计解决方案。 下面的文字说明了三种情况下，空中网已被用来推进系统操作的知识。在第一个例子中，表1给出了无线网证实SARS病毒传播的淘大花园的情况下，2003年在香港使用的输入参数。在详细介绍了这次爆发的事件，严重急性呼吸系统综合症专家委员会报告的基础性作用图4 说明如何控制设备提供了有效的通风 水性的陷阱，已获准变得干燥，因此推出的公寓和居住空间的排水管道之间的联系7。事后，空中网强调如何

18、在系统中的正常压力变化，加上卫生间的通风风扇（如发生在淘大花园）所引起的，可能会导致显着的空气流动，或许更重要的是，可能受污染的空气的混合，当一个或多个建筑物陷阱密封已经失密8。表1 无线网输入参数淘大花园（香港）排水系统进行了仿真系统类型主堆栈和交叉连接从厕所的通风孔管道直径100毫米直径 堆叠，100毫米直径 出气楼层数目33通风开放式屋顶终止（栈和通风）每层的疏水阀（浴室）W.C.，淋浴，洗手盆，地漏疏水阀连接（浴室）W.C.直接到主栈，地漏，淋浴，洗手盆 - 综合排放到堆栈存水弯的完整性地面排水渠（仅有）干应用有关条款浴室（中级）由于抽风机负压应用流量条件正常放电（中高）及附加费事件（

19、基础） 避免需要渗透的屋顶结构，以容纳上层堆栈终止的好处是明确的和现在的某个时候已被实现，一部分，通过使用空气导纳阀（自动增值服务）。这些阀门响应的负压力通过允许空气传递到网络中，而通过一个不可分割的膜片进行正压时，它们关闭以防止恶臭和瘴释放。它可以很容易地被示出，使用空中网，自动增值服务的分布在整个网络中（现在正常的做法，即，允许由国家代码）- 除了或代替位于上部堆叠位置的AAV - 可以提供更有效的负泄压拦截瞬变接近他们的起点。这避免了图3中提出的问题，其中有一个潜在的损失水封的完整性瞬态传播到整个网络更遥远的通风口位置。 对于系统遇到正压力的显着变化，诱发，例如，排放到收集罐或网络设计导

20、致超负荷，赫瑞 - 瓦特的研究工作，在与行业合作伙伴一起，推动发展的正空气压力衰减器（PAPA）。使用一个灵活的，可变容积的储存容器，其中的主要目的是减少率作为浪涌事件的结果产生的气流的变动，PAPA提供正的浪涌保护建筑物，并因此避免，但进一步，不必要的加入昂贵的通风管道，图4。 图4清楚地显示了如何PAPA可以很容易地使用在配合吸气阀，以纾缓对正面和负面的压力，从而保持了完整的水性水封不列入额外的通风管道。扩大后，图5示出了这一原则也可以应用于更复杂的“密封”的建筑即一个集体，连接的协议栈，无需屋顶渗透。有可能会采用这种方法，例如，出于安全考虑或建筑设计的建筑将受到不利影响的突出管道的视觉冲

21、击。使用空中网作为设计的分析工具，它可以显示适当定位的自动增值服务产量救济从负压力（空气将来自一个安全的内部空间，从而保持了系统的密封“），并列入的PAPA装置再加上所提供的交叉连接到备用下水道的多样性允许的衰减和救济的正压力9。4 屋顶和小规模的本地排水 雨水运输和使用的范围内，出现了相当多的工作进行赫瑞-瓦特导致的数值模拟模型ROOFNET的发展。该模型采用与上述类似的建模原则，并能够评估常规的性能（即重力驱动）和虹吸式屋面雨水排水系统。虹吸系统不同于传统的系统中，当沟槽的深度是足够高的，他们建立，通过使用一个挡板，排水沟和落水管出口之间的虹吸作用。他们的流通能力较大，而操作特别是在高强度

22、降雨事件。从外观上看，虹吸系统往往是首选，因为它们减少了需要为特定的建筑落水管的总人数。系统清洗是建立排的屋顶表面的虹吸作用的关键。赫瑞 - 瓦特开展的研究都集中在适当的边界条件方程，代表这个过渡流态的理论和实证的定义10。 ROOFNET模型也有能力来模拟流量的“绿色”屋顶和渗透固体结构，小规模排水的管道衰减占主导地位的自由表面流条件，与DRAINET模型结合，可以很容易地使用。将被理解的是，连同这些组件模型允许的时间依赖性的检验，降雨流经从点它落在上述建筑物屋顶或局部表面，沟的连接点和到主下水道。 使用提供的建筑面积为1500平方米，设有屋顶，周围环绕着8个雨水落水管共2000平方米的透水

23、和不透水的土地面积大致相等的一个例子，它是可能的，同时使用ROOFNET和DRAINET的影响进行评估的重降雨事件上下游管道。ROOFNET可以被用来确定两个落水管流出和运行的透水和不透水的地方。这反过来又产生流输入数据DRAINET。作为一个例子，从透水面积的运行示于图6，并示出如何，在一个高强度降雨事件（假定为100毫米/小时）时，有受限流9和73之间的s的渗透的发生，之后的时间，在相邻的沟槽却比。图5.4-Stack的例子，“密封”建筑排水系统没有提供本地化的发泄 图6 预测运行透水面积1000平方米到100毫米/小时降雨强度图7 示意图显示DRAINET宅基于模拟(合并)管流 DRAI

24、NET可以通过流建模从屋顶排水落水管的总数，和连接这些一起流量 - 时间曲线代表从建筑物和从防渗和透水的接地区域的放电，然后被用于确定下游（已连接）管流条件下，图7模型输出示出，在这种情况下，运行关闭从不透水面积，在大约3倍，从可透的，占主导地位的下游的条件。排放流量的建设，是比较低，间歇性的，没有什么影响。 也能识别全通径流量条件下，在这个管道是迫在眉睫，因此就适应的形式，例如，脱机存储设备，可能会尽量避免局部洪涝位于DRAINET。识别风险的能力，并可能的洪水在这样的位置正变得越来越重要，同时快速的城市化和观测和预测的气候变化。5 结论性意见 赫瑞 - 瓦特大学进行的排水系统流模型的发展不

25、仅提高了知识的系统性能，本文提出了一个简短的介绍，但也促进了一系列创新性的系统组件和可持续发展的设计解决方案的适用性，及时探索。常用的方法，通过赫瑞瓦特大学开发的每一个组件模型，已经凸显，和应用实例。 可以模拟自由表面流动的和离散的固体沉积，使用DRAINET，显然有利于评估卫生器具的排放量减少的影响，尤其是上厕所 - 高得不成比例的饮用水消费。本文所介绍的例子演示了如何这种减少不会造成性能的降低，通过替代设计的措施，如减少管道直径，管道坡度的增加，可以提高输送。也强调了模型模拟的能力，多层次，多设备网络。 能够评估的排水通风系统的瞬时压力和气流的响应，空中网模型的应用使得在2003年，香港淘

26、大花园SARS病毒的传播途径（通过干陷阱）的佐证。此外，已在本文所示的集成如何适当地分布的压力控制装置，可以显着地减少了需要复杂和昂贵的管道设计。一个“密封”建筑排水网络的可行性进行了讨论。 屋面雨水排水系统性能评估的方法已经被提出，它已被证明，如何ROOFNET模型可以加上DRAINET评估输送雨水从屋顶或表面局部区域，通过适当的下水道连接点（如确定由衰减流动条件）的患病率。结果表明不透水表面的径流占主导地位，在这中间的管网系统的负荷，并，如何离线存储可以使用，以避免洪水或收集水。 因此，本文演示了如何在排水设施的有效性和效率不会受到“过度设计”，即通过对水的过度使用和/或繁琐的管道安装，以

27、及如何建立排水系统，不必约束有点许多国家代码确定性稳态原则。本文所讨论的模型得到一个重要的机会，来评估系统的瞬态响应和可持续的解决方案，整合个人和集体在水的消费水平和在财务和环境成本与供水和排水设施引起显着的积极影响。6参考文献1 UN task force on water and sanitation, Health, dignity and development: whatwill it take? Earthscan Publications; 2005.2 The water supply (water fittings) regulations; 1999. Statutory

28、InstrumentNo. 1148.3 jShouler MC. Water efficient appliances for sustainable buildings. In: CIBW62international symposium onwater supply and drainage for buildings, Brussels:Conseil International du Batiment; September 2005.4 McDougall JA, Swaffield JA. The influence of water conservation on drainsizing for building drainage systems. Building Services Engineering Researchand Technology 2003;24(4):22944.5 Swaffield JA, Campbell DP. The simulation of air pressure propagation inbuilding drainage