建立校园循环水系统的可行性分析

建立校园循环水系统的可行性分析FeasibilityAnalysisonestablishingcampuswatercirculatingsystem张毅王斌苏州高等职业技术学校江苏苏州215009摘要：文章主要研究了学校在循环水使用方面的实践和探索，包括实例分析、资金预测和工况设计等具体细节。关键词：校园循环水系统厕所冲刷系统绿化浇灌系统循环水水箱水资源短缺是困扰经济发展的世界性难题，从水资源分配的总量来看，我国排名在前，但人均占有量却十分有限；因此，提倡节约用水、保护水资源和加强循环水的利用，是缓解水资源短缺矛盾的基本策略。学校是人员集中活动的地方，全年生活用水的总量相当大，强调节约用水，有利于弘扬节能环保的社会意义。为了更好地利用自然资源，充分挖掘水资源的重复使用价值，本文将着重研究循环水系统在校园日常运作中推广使用的可行性。一、校园循环水系统的基本特点和开发价值学校的生活、工作等日常用水主要集中在厕所冲刷、宿舍起居和绿化浇灌等基本环节。所谓的对水资源的循环利用，主要是将可能收集起来的水量为厕所冲刷系统和绿化浇灌系统提供部分或全部补给（如图1所示）。图1校园循环水系统的实现途径我国东南沿海地区的水资源本来比较充足，然而，地区工业化的快速发展使得实际可以利用的资源日益衰减。以苏州地区为例，地处水乡，大小河道分布广泛，年平均降水量在1000毫米以上，降水最多的6月份月降水量在160毫米以上，降水最少的12月份月降水量也在35毫米以上。事实上，无论是自然河道，还是人工景观河，能够保证常年不断流、不缺水，为开发利用循环水提供了资源保障。以下是针对该地区中等以上规模的职业学校在全面实行循环水节能改造后的统计推算表（如表1所示）：循环水节能改造项目绩效预算（10年运作周期）10000人500吨0．05吨0．03吨40000吨约10万5万5万5000人250吨0．05吨0．03吨20000吨约5万2．5万2．5万3000人150吨0．05吨0．03吨12000吨约3万1．5万1．5万表1循环水节能改造的基本指标统计测算条件如下：=1\*GB3①学校已普及使用节水龙头和部分使用自动感应冲刷设备，但对生活用水的使用不设限制；=2\*GB3②在校生与住宿生按1：1标准计算，年工作日按200天计算，假期维修保养用水情况暂不作统计；=3\*GB3③不考虑地下管网的渗漏，不考虑人为用水过程中的浪费行为，水费按目前2.7元/吨标准计算，暂不考虑日后涨价因素；=4\*GB3④循环水系统的有效运行周期设定为10年，节能改造设备综合成本的回收周期不超过5年；=5\*GB3⑤循环水节能改造范围至少包括厕所冲刷系统和绿化浇灌系统的主体部分；=6\*GB3⑥表中“年均节约支出”是按基本的循环水系统节水效能的计算结果，实际上通过加强技术控制，完全能够实现循环水利用率的再提高和各项成本支出的进一步减少；二、校园循环水系统的主要建设途径1、利用校园内景观河的蓄水储量，为厕所冲刷系统和绿化浇灌系统进行水源补充。河水能调节环境的生态指标，在校园规划设计过程中，都会考虑配置人工河或人工湖等亲水景观工程。这些位于地平标高以下的景观河通常能够收纳足量的雨水等地表径流水，在南方雨水相对充足地区，完全可以保证常年蓄水充分而不会溢出。下面是苏州高等职业技术学校基于景观河水源的水循环系统的实例分析（如表2所示）：循环水节能改造项目循环水源有效容积受用对象A受用范围受用对象B受用范围景观河>100主体教学楼1-4层厕所周边绿化1000㎡ 表2循环水节能改造的实例 系统使用情况分析：=1\*GB3①景观河完全依赖雨水积累和地表径流水的汇集，常年维持正常水位；=2\*GB3②厕所冲刷系统采用2.2KW供水泵，10吨蓄水箱，按每天使用一箱水计算，耗电量不到1度，折算成每吨水的电费成本约5分钱；=3\*GB3③完全满足了周边绿化区浇灌用水的需求；=4\*GB3④促进了景观河水源的自然更新，保证了水资源的质量；=5\*GB3⑤由于商品供水压力不足，以往顶层供水困难的局面得到了有效缓和；2、利用校园周边自然河道的水资源，为厕所冲刷系统和绿化浇灌系统进行水源补给。如果学校周边紧挨着河道，并且河水质量稳定，只需通过简单的过滤处理后，就可以直接将河水作为循环水系统的供水源。当外围河道水源质量不能达标时，应当考虑在紧贴河道的校园内侧建立适当规模的过滤蓄水池，并再次为厕所冲刷系统和绿化浇灌系统提供水源保障。3、回收处理地下排水系统的废水，经暂存处理后，为绿化系统提供浇灌水源。在校园规划建设的过程中，都会优化内在的给排水系统，从水平衡的角度来分析考虑，一个单位如果有几百吨的日均用水量，也必然会有相应数量的废水向外排出；因此，可以考虑在校区的排水总出口处，增设一定规模的蓄水池，经过适当的过滤后，进一步作为绿化浇灌系统的水源。三、校园循环水系统的备选方案1、利用屋顶雨水的潜在容量，收纳后直接为厕所冲刷系统提供水源补充。学校的教学楼等主体建筑的楼顶面积都有一定规模，可以考虑将原来的雨水管道直接引入专门的蓄水池，以获得较高质量的循环水水源。2、利用专用管道收集部分盥洗设备的排水，再次为厕所冲刷系统提供水源补充。针对宿舍等集中用水量特别大的场所，如果能够采取技术手段将洗涤用水与厕所冲刷系统的排水口相互分离；那么，收集再利用的可行性就会明显提升。以上两个备选方案都是针对局部楼宇的循环水系统来设计的，通常需要在地面建造小规模的专用蓄水池，特别适用于无条件组建大型水循环系统的校区。四、校园循环水系统的配套建设和技术难点1、在主体建筑楼的楼顶增设耐用的轻型蓄水箱。水循环系统的特点决定了系统内的水源保存和使用渠道都必须独立配置，不能够出现与原商品供水共用管道或水箱的情况。在增设循环水水箱的过程中，要充分考虑建筑的承受能力，一般情况下应坚持宜小不宜大的原则，优先采用轻型的防锈材料的小型水箱，容量不足时可以考虑将多只设备并联使用。2、利用电子控制技术，实现循环水传输和使用环节中的自动控制。循环水的使用涉及到两个以上系统的混合运行，加上环保、卫生、安全和效率等方面的要求，必须做到不同系统之间的可靠配合；因此，最有效的办法是运用一定的自动控制技术来协调各个分支系统的工作逻辑。=1\*GB3①楼顶水箱水位与地面水泵的配合问题；循环水系统的特点决定了供水过程必须实现上传过程中的动力辅助，因此配备相应功率的水泵单元是必须的。方法一，在屋顶水箱配置机械式自动进水装置，水泵系统选用简易的自动泵来配合控制。为了延长使用周期和节能，水泵单元应配置多时段的定时器，根据水泵的泵水能力，白天设置成多个工作时段，晚间不工作。方法二，楼顶水箱安装普通的水位传感器，并由传感器提供的限位信号来控制水泵的工作周期。浮球式的电子开关结构简单，可以根据水位高低直接控制交流接触器线圈的通断状态来实现自动控制，缺点是维修周期较短。浮标式电子开关也可实现自动控制，缺点是安装不便利。从安全性和可靠性角度来考虑，应当在传感器与水泵单元的交流接触器之间配置低压的中间继电器来实现缓冲处理。方法三，采用纯电子传感器，利用水的阻值变化来传递上下限水位的信号，再经过放大处理后逐级推动水泵的自动工作。此类自动控制设备通常需要进行专门的电子设计，优点是楼顶传感器部分在安装完成后一般不再需要维护。=2\*GB3②河面水位与水泵工作周期的配合问题；为了保证水泵工作在有效模式下，不至于在缺水状态下运行而损坏，必须在取水源安装水位检测装置。具体方案可以参照楼顶水箱水位的检测技术，用电子传感器的方式来采样驱动。=3\*GB3③河面水位与楼顶水箱水位的协调问题；水箱传感器的工作原理是水低启动水高停止，上下有一定的水位差，需要检测高低两个水位的信号；而河面传感器是水高启动水低停止，只需检测低水位状态即可。两者的信号最终都是加到水泵单元上，只有当上下传感器都给出启动信号时才能正常运行（如图2所示）。图2河面水位与水箱水位的配合方式=4\*GB3④循环水专用水箱与商品水水箱的配合问题；为了更好地实现循环水源与商品水源的分离，从给水管道到排水管道都要求做到相互独立，包括厕所冲刷的终端设备，也应该独立配置冲刷器具来实现分离。在一般的使用条件下，两套系统的工作模式切换不会太频繁，完全可以考虑采用人工方式进行周期控制。3、利用变频技术实现循环水传输过程中的恒压控制。目前，变频恒压供水技术已经得到了广泛运用，但一次性的投入成本和维护成本均比较大，在资金许可而其它条件受限的前提下，也是可以采纳的有效方案。比如，在楼顶无法安装专用水箱时，采用水泵变频系统的恒压控制技术，就能在没有水箱的条件下实现循环水系统的整个工作过程。五、校园循环水系统使用过程中的注意事项1、循环水系统的开发利用只是节约资源的一种措施，并不能完全取代原有的生活用水供给系统。2、在循环水开发利用的过程中，应当充分考虑与现有给排水设备的配套问题，避免低效的重复建设。3、加强原有供水管网的漏损检测，规避一方面提高了循环水的利用率，而另一方面忽略了对商品水的节能管理。4、为了更好地统计循环水系统的使用效率，有必要在每个系统的水泵控制单元安装水表和电表，以更好地测算循环水的利用率。5、循环水系统的结构设计可以是整体单元，也可以是多个独立的分体单元。设计过程中要做好方案和预算，充分测算资金的回报率和设备使用效率及便利性，不能简单地为实现使用循环水的目的而盲目投资。通过以上分析，笔者认为在水资源相对丰