雨水回收系统将为绿色医院建筑带来哪些效益?来看苏大附一院总院综合楼项目|青年医建圈
日期:2020-10-15

王 昕苏州大学附属第一医院 

写在前面

雨水回收利用是节约水资源,促进城市可持续发展的有力措施,本文结合苏州大学附属第一医院总院综合楼项目雨水回收系统工程实例,对院区所在地的降雨特征进行了调查分析,并根据院区建设的使用需求,对水量平衡进行了计算,总结了雨水回收系统为医院带来的经济效益和社会效益。

2017年3月苏州市海绵办发文,苏州大学附属第一医院总院作为苏州市海绵城市示范区试点工程,完善及配合海绵城市建设。2017开工的总院综合楼项目积极践行海绵城市理念,设计实施了雨水回收系统,本文阐述了该项目中雨水回收系统的方案设计,以供类似项目参考。

项目背景

苏州大学附属第一医院总院综合楼项目位于平海路899号,占地面积10547㎡,集医院行政办公、医疗配套、教育培训、住宿为一体的综合楼,地下2层,局部1层,地上14层,建筑高度67.3米。本项目所处苏州地区雨水资源丰富,配合苏州市海绵城市规划,现对区域雨水进行收集,处理后主要用于区域内的绿地灌溉和道路冲洗,达到水资源有效地循环利用。

本项目水量平衡分析

雨水收集主要有绿地、道路、屋面3种汇流介质。绿地径流雨水基本以渗透为主,可收集的量很小;医院地面雨水受地面污染影响较大;屋面雨水污染较小、水质较好,径流量大,经过简单处理就可直接利用,因此屋面径流雨水利用价值最高。

通过对本项目的水量平衡分析,根据水量盈亏情况对收集的雨水量进行合理配置,因地制宜进行雨水回收利用。

2.1

降雨基础资料

本项目位于苏州地区,苏州最大年降雨量为1803mm,最小为547.5mm,多年平均年降雨量为1094mm,6~9月为降雨集中期,平均月降雨量为156.7mm,约占全年降雨量的57.3%以上。

▲ 图1 苏州市年多年各月平均降雨量统计

2.2

雨水可收集量计算

本项目屋面面积约3972㎡,道路面积约3417㎡,可利用的屋顶雨水量与屋顶面积成正比,计算径流雨水量,如下:

式中,Q为可收集雨水量(m³);H为年平均降雨量(mm);S为汇水面积(㎡);µ为雨水径流系数,取0.9;β为初期弃流系数,屋面取0.83、道路取0.72;α为雨季折减系数综合,取0.85。

通过计算,可得屋面年平均可收集雨水量为Q=2759m³/a,地面年平均可收集雨水量为Q=2059m³/a。

2.3

总用水量分析

本项目雨水回收经处理后主要用于绿地灌溉及道路冲洗,项目内绿化面积约2109.5㎡,道路面积约3417㎡。根据《建筑给水排水设计规范》GB 50015,绿化灌溉用水定额为1-3L/㎡.d,道路冲洗用水定额为2-3L/㎡.d。本项目计算绿化灌溉用水定额取2 L/㎡.d,道路冲洗用水定额2.5 L/㎡.d,根据计算年绿化灌溉用水量Q1=1540.3m³,年道路冲洗用水量Q2=3117.1m³,年景观补水用水量Q3=455.68m³,总用水量Q=Q1+Q2+Q3=4998.24m³。

2.4

水量平衡分析

综合本项目雨水可收集量和总用水量计算,统计结果如表2。

表1 水量平衡分析表

雨水可收集量

(m³/a)

用水量

(m³/a)

屋面收集雨水量

地面收集雨水量

绿化灌溉

道路冲洗

景观补水

2759

2059

1540.3

3117.1

455.68

共计4818

共计4998.24

根据计算,通过水量平衡分析表可知,本项目非传统水源利用率结果如下:

式中,Ru—非传统水源利用率,100﹪;Wa—非传统水源设计使用量,m³/a;Wt—设计用水总量,m³/ a。

通过计算,本项目非传统水源利用率可达Ru=96.4%,基本可满足本项目的绿化、道路、景观补水用水。

雨水回收系统设计

3.1

工艺设计

雨水经管网收集后进入弃流装置,由于初期雨水夹杂着大量的粉尘和泥沙,水质较差,为了减少处理工序和降低运行费用等,初期雨水弃流至雨水排水管网,降雨初期2-4mm径流厚度的雨水含污量为一场降雨总污染量的90%,通过弃流,可提高雨水蓄水池中的水质,简化处理工艺,使后期较为清澈的雨水进入雨水收集池。

雨水经提升泵提升进入多介质过滤器前加入絮凝剂,通过管道混合器的作用与雨水充分反应,强化过滤效果,去除雨水中悬浮颗粒;通过多介质过滤器去除原水中悬浮固体和非溶解性有机污染物,工作状态由压差控制器自动控制;出水经管道混合器投加次氯酸钠溶液,对雨水进行消毒处理,防止细菌在清水池内滋生,最终出水接至清水池,由变频供水泵输送至各用水点。pp模块收集池底部沉积泥砂定期通过排泥泵排至室外污水管网。本项目雨水具体工艺流程图见图2。

▲ 图2 雨水处理工艺设计流程

01

初期雨水弃流

本项目弃流量选择初期2-4mm降雨径流,雨水初期弃流装置选用全自动弃流装置,内置不锈钢滤网。在降雨初期,雨水弃流电动阀打开,雨水弃流,5-8 min后弃流电动阀关闭,开始雨水回收处理。弃流时间可以在人机界面上根据实际情况自行设定。

▲ 图3 初期雨水弃流装置

02

PP模块雨水收集池

收集池骨架采用PP模块组合,每块单体尺寸为500×500×400(H),承压≥40KN/m²,层间采用连接杆进行连接,列间采用连接卡进行连接。当压力超过雨水箱承压范围时,必须加固。

收集池外面包裹一层1.0mm厚的HDPE防渗膜,通过它将整个收集池与外界土壤隔离开,防止收集池内的水渗透出来及土壤中的污染物质渗入收集池内造成污染,同时保证整个系统的完整性和稳定性。HDPE防渗膜外包土工布,进一步保护防渗膜,确保整个系统不会发生外渗及内渗。

主要特点

1

通过模块组合可以实现快速建造不同大小雨水收集池的目的; 

2

模块式收集池相对混凝土水池具有施工周期短、安装方便、组合灵活、使用寿命更长的特点;

3

模块结构在完成蓄水的同时形成稳定的独特结构空间,使其具有超强的承压能力,所以水池上面可以设置绿地,促进土地的集约利用;

4

模块可以组合成快速排水通道,实现道路排水的目的。

▲ 图4 PP模块雨水收集池

03

一体化雨水处理设备

由于雨水回用处理在室外绿化带下,无地下室设备间,考虑到占地及美观,设置地埋式一体化雨水处理设备。一体化雨水处理设备包含雨水处理设备间和清水池。在雨水处理设备间放置有如下雨水处理设备:絮凝剂加药设备、过滤器、消毒剂加药设备、变频供水设备和电控设备,其中电控设备根据需要可设置在室外。清水池储存过滤处理后的雨水,供室外绿化灌溉用水。

▲ 图5 一体化雨水处理设备

3.2

设计计算

设计出水水质指标达到《建筑与小区雨水利用工程技术规范》(GB50400-2006)和《城市污水再生利用-城市杂用水水质》中相应类别的水质标准,主要水质指标如下表:

表2 出水水质指标

序号

指标

绿化

道路浇洒

01

CODcr(mg/L)

≤30

≤30

02

SS(mg/L)

≤10

≤10

03

PH

6.0-9.0

04

色度

≤30

05

浊度(NTU)

≤10

≤10

06

溶解性总固体(mg/L)

≤1000

≤1500

01

雨水处理水量

雨水处理水量Qy=Wy/T,式中Qy——设施处理水量(m³/h),Wy——雨水供应系统的最高日用雨水量(m³),T——雨水处理设施的日运行时间(由水位控制,自动运行)(h),取2.5h。根据计算Qy=14.04/2.5=5.66 (m³/h),取6m³/h。

02

雨水收集池容积计算

雨水收集池大小通过用水量模拟计算,雨水收集池容积一般按照储存日用水量的3-5d计算。根据上文用水量计算,日用水总量为14.04m³,雨水收集池容积如按照储存日用水量的4d计算,则有效容积为56.16 m³,收集池的总容积取65m³。

03

清水池容积计算

雨水回用清水池容积按雨水回用系统日设计用水量的25%~35%计,取30%,通过计算,雨水回用清水池容积V=4.21m³。故雨水回用清水池水箱容积取5.0m³,并设DN32自来水补水。

04

处理和增压设备

根据收集的雨水量,本项目采用变频供水方式,供水设备选型如下:变频供水设备Q=10m³/h,H=0.4MPa,泵一用一备;性能为:Q=10m³/h,H=0.45MPa,P=2.2Kw/台。

经济效益与环境效益分析

4.1

经济效益

与传统的雨水排放设计相比,本项目雨水回收利用设计具有明显的经济效益。本项目投资成本32.9w。雨水回收利用系统设计使用期限为50年,本项目雨水净化成本约0.2元/t左右,本市用水价格4.11元/t,节约自来水费18838元/a,不考虑自来水涨价等因素,静态回收期约17年。

4.2

环境效益

雨水回收利用不但能产生经济效益,更蕴藏着巨大的生态环境效益。从本项目来看,通过收集屋面、道路上的雨水,经过处理,用于绿化灌溉、道路冲洗,不仅节省了自来水的使用,一定程度上避免了水资源的浪费,而且有效减少了市政雨水系统的压力,配合苏州市海绵城市试点工程,具有良好的社会效益。从大环境来看,雨水的回收利用可以有效拦蓄径流、削减洪峰,缓解水资源危机、补偿城市生态环境、解决城市防洪减灾,改善生态环境,具有重大的社会效益和生态效益。

建议和结语

在国家大力提倡海绵城市、绿色建筑的形势下,雨水回收系统为水资源长期可持续发展提供了有效的途径,目前已在全国范围内投入并使用,随着对雨水处理设施的进一步优化和完善,这一技术将更加趋于成熟。在实际工作中,笔者建议,雨水回收利用技术应注意以下几个问题,以便更好地开展工作。

01

雨水回收利用系统应与建筑整体规划一并考虑,同步设计施工,尽量降低工程造价。

02

当雨季雨量较大时,收集池内的积水超出负荷,经处理过的雨水溢流至雨水管网,会降低整个系统带来的经济效益,设计时需因地制宜,考虑合理的收集池容积。

03

雨水回收利用系统若

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