建筑設計嵌入穩定供水和排水系統研究

 摘要:在解決建筑環境的可持續發展問題時,焦點往往是直接針對能源消費和材料使用的最少化。然而經常被遺忘的,就是在整合永續解決方案設計時,建筑的水和廢水處理管理體系。這樣的系統基本功能有明確的認可,但水性能的提高、通風的經濟體經常被傳統的設計原則所約束。在某種程度上,這是意料之中,在穩態分析的基本前提下,鞏固的流體標準和指導方針在全球范圍內使用。然而,先進的模擬方法意味著系統的性能所產生的新技術的使用和整合創新以及更多可持續的設計方法可以進行全面評估。本文概述了一套通過供水、排水系統的建筑物績效評估發展的數值模擬模型。這些模型利用適當的形式運用在這樣的系統方法的特點準確地預測有限差分技術。

　　關鍵詞:建筑設計 供水排水系統 數值模擬 有限差分技術

　　在提供供水和廢物處理系統建筑時性能是必要的保證。主要功能包括:提供飲用水和所需基本衛生;除去被垃圾污染了產品的水分,提供一個物理屏障用于阻止潛在的有害的迷霧和下水道。同樣重要的是,建筑雨水系統以及任何合成廢水處理系統都采用最佳效益,從而減少不必要的浪費,減少下水道和排水網絡和/或收集系統的負荷?？沙掷m發展應該通過設計理論在每個的這些方面通過限制供水和消費,并通過減少材料使用、成本和環境的影響來實現。供水和排水系統的方法為建筑物為一體的可持續的解決方案提供大量的機會,然而,這些必須達到沒有妥協性能,因此,回應的系統在使用過程中必須有充分的理解。

　　水及污水處理系統通常的設計方法采用是基于穩態原理的應用,例如,流動壓力加載。雖然這些方法便于確定系統規格,但是他們很少提供那些可以很容易地確定關鍵設計決策的機會去評估系統-時間響應信息。下面的文章將舉例說明如何理解的動態響應,以及在系統開發過程中,Heriot Wat數值模擬模式已經促成有效設計和分析的供水和排水的建筑,從而使潛在的綜合評價作為一體的創新和可持續發展的設計解決方案。值得注意的是,在這一點上,本文的“供水”將會出現在建筑物內各種大型的管網中。

　　1 飲用水的使用和減少廁所沖水所帶來的影響

　　可持續性的定義可以并經常隨著它在上下文的位置而不同。許多發達國家的可持續性的重點是致力于減少或優化使用比如能源或材料這些資源,而對于其它地區更在意的是穩定的滿足基本的需要。其中后者,比照聯合國千年發展目標,將無法持續獲得安全飲用水和基本衛生的人口比例減半。因此,這似乎有違這一目標,在許多國家,大部份樓宇的食水供應用于沖廁。直接與之相關的,通過減少沖廁量,單從處理過程中對成本節約出現出明顯的作用,再加上間接地通過減少供應和排水系統的管道尺寸,進一步增加節約的功效。

　　我們建議引入通過減少沖廁水量,然而這會降低衛生設備中的污物和其它產物的清除以及從排水系統管道里運輸的效率。法規現在規定,到2001年實現,對于沖廁設施的安裝,沖水量最高沖不超過6公升和最低不低于2公升,從而致力于改變國內廁所沖水量占國內供水三分之一的這一看似不成比例的現狀。

　　假定任何廢物都是有機物或者符合接受沖刷標準,那么,焦點就轉移到管道將這種廢物運輸到下游排水或污水渠的性能。衛生裝置的管道中流態物的本身就是不穩定的,能夠預測固體沉積的位置,并能夠采取預防措施,顯然避免阻塞傾向。

　　2 物理隔離的設置

　　應了解卸料裝置中的任何非恒定流將會自然生成的管網內的壓力變化。尤其當垂直管承受形成一個環水的流量時和在由系統的通風口引起關聯的氣流的地方。排水管網內的任何壓力變化顯然會影響系統的整體響應,但是它主要是流體壓力的瞬態性質。通常,基于水的防臭密封用物理的方式將可居住空間和服務于建筑給排水的管道中的毒氣隔離開來,因此,任何可能取代這種水的壓力變化,都會損害屏障的完整性。

　　節約用水對排水管道內的水流流態有明顯的影響。一般來說,在流量減少時終端水的流速范圍內堆棧的整體減少,從而導致在空氣中夾帶和系統壓力相應減少。然而,家用水減少量仍然具有時間依賴性和瞬變壓力的影響,因此必須繼續進行評估,以確保疏水閥的密封完整性。

　　仿真模型能夠準確預測系統的壓力,不僅介紹了通過使用低沖洗廁所的一個顯著減少水消耗,同時也為設計解決方案,產生管道經濟一體化。管道成本降低的好處是顯而易見的,這些都進一步增強的同時,安裝,維修和空間成本,以及對環境的影響因素也被考慮進去。

　　排水通風系統歷史發展的簡要回顧顯示,一個世紀以前,在英國和歐洲的系統過于繁瑣雙管系統通過單管系統(包括四個垂直落水管)(兩個垂直管道)的進展和上,建筑物一個約30層的高度的單堆棧系統(只有一個垂直溜子)。在世界一些地區,使用單一堆棧系統以避免由于主要涉及到可能產生過大的壓力,然而,理解能力的起源和本質的固有的非定常流條件描述這樣的系統應該消除這種擔心。它不僅可以顯示,利用數值模擬技術,單棧是可行的,性能良好,并減少需要的管道,AIRNET也有利于系統的整體性能評估定義的條件,和安裝創新和可持續發展設計解決方案。

　　3 最高限度和小型當地排水系統

　　在雨水運輸和使用期間,Heriot Watt使數值仿真模型有了很大的發展。該模型采用類似上述的建模原則,即常規性能評估的能力(即重力驅動)和虹吸式屋面雨水排水系統原則。不同于傳統的系統,當排水溝深度足夠高時,他們通過使用一個擋板之間的排水溝和落水管出口的虹吸作用,建立虹吸系統,其流動能力較高。特別是在高強度降雨事件,他們往往使用這種方法?？偟膩碚f,虹吸系統往往是首選,因為它們減少了需要一個特定的建筑落水管的整體。系統啟動是建立虹吸排水屋頂表面行動的關鍵。大部分Heriot Watthas開展的研究集中在適當的邊界條件方程式,它代表這個過渡的流動制度的理論和實證的定義。

　　4 結語

　　固體沉積模型自由表面流動的能力和離散,顯然有利于評估減少衛生設備排水容量的影響,特別是廁所-極高飲用水的使用終端。此處所顯示的示例演示如何減少需要而不會導致性能降低,如能通過替代設計,如減少管道直徑,或增加管道斜度等措施加強運輸。模型多層次、多裝置網絡模擬能力也被突出顯示。

　　因此,本文演示不需要過設計給水排水是如何的有效能和效率,即通過過度用水和繁瑣的管道設施,以及大廈排水系統如何不需要被支持許多國家代碼的確定性穩態原則約束。此處討論的模型的應用能成為評估系統瞬態響應及整個單獨和集體的可持續解決方案的一個重要機會,這個系統無論是整體上還是在某一方面都會在水的消費水平和財政和環境相關的成本上對供水和排水產生重大的積極影響。