雨水利用在绿色建筑设计中的应用.docx
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雨水利用在绿色建筑设计中的应用
雨水利用在绿色建筑设计中的应用
2009年11月07日?
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来源：
中国水协设备网
李向军
（北京维拓时代建筑设计公司北京100025）
摘要：
随着全球能源的日益短缺和可持续发展理念的提出，人们越来越重视绿色建筑相关设计内容。
本文介绍了LEED评估体系的相关内容和评分规则，总结了雨水利用方面有利于实现LEED认证的关键技术，力求为实现我国建筑绿色评估提供参考和借鉴。
最后提出绿色建筑应该贯穿于规划、设计、施工、运行管理各个环节，才能有效地保护大环境、优化小环境。
关键词：
雨水；绿色建筑；LEED评估体系；
0引言
自20世纪60年代美籍意大利建筑师保罗·索勒瑞提出“绿色建筑”的理念，几十年来一直得到了全世界学者和政府的关注。
从众多的绿色建筑的评估体系内涵来看，绿色建筑应充分考虑了建筑物的节地、节能、节水、节材、提高室内空气质量等环境因素。
最大限度地做到了节约资源，保护环境，提高人类的居住水平。
而这些评估体系中，以美国LEED最为成功。
目前，我国的西湖新天地等项目，已经申请并获得了LEED相应的奖项。
除此之外，上海世博园区公共活动中心、上海招商银行总部等一批在建项目，也申请了LEED的认证。
笔者本文将从介绍LEED评估体系的相关内容入手，分析绿色建筑中与给排水专业雨水利用相关的内容，目的是为我国设计行业在绿色建筑的发展中进一步明确方向。
1LEED评估体系简介
LEED（LeadershipinEnergyandEnvironmentalDesign）全称为“能源与环境设计先锋奖”。
LEED的起源可以追溯到于1993年成立的美国绿色建筑委员会（USGBC－UnitedStatesGreenBuildingCouncil）。
1998年USGBC推出了LEED评估体系第一版的试验计划，有12个项目成功通过了认证。
之后，在美国能源部的大力支持下，USGBC于2000年正式推出了针对新建筑的LEED评估体系第二版。
如今，在美国有50个州以及世界上13个国家，总共有1620个项目在USGBC登记申报LEED评估，并已经有137个项目获得了认证。
LEED主要强调以下五个方面：
项目选址的可持续性、改善与提高用水效率、材料与资源的利用、能耗减少与大气污染控制、室内空气质量。
另外，为鼓励整体设计（IntegratedDesign）与创新思想，LEED对于在环保和节能方面有突出贡献的设计给予特别奖励。
LEED的评估指标分为必须项和一般项。
对于申请LEED认证的建筑，只有在满足必须项的前提下，才能进而获得一般得分项评价。
该评价结果是根据得分（满分为69）的高低，分为四个等级：
获得26－32分则为认证奖，33－38分为银奖，39－51分为金奖，52－69分为白金奖。
目前，全世界仅有3个项目获得LEEDNewConstruction第二版评估体系的白金奖这一最高荣誉。
关于节水和节能方面的分值计算如下表1：
表1
水资源利用
5分
1
节约景观用水
2
2
采用创新性废水技术
1
3
降低用水量与节水
1
2．节水与雨水利用：
绿色建筑的水问题
地球上水的总量约为14亿立方公里，其中淡水只占总水量的%，且主要分布在南北两极的冰雪中。
人类实际能够利用的水只占地球上总水量的%左右。
建筑行业耗费世界水资源的1/6，因此，减少建筑业的水资源消耗，将大大的节约地球上的水资源。
LEED评估体系中，“节水”部分的分值最低，在总分69中仅占5分，但意义重大。
该部分强调使用高效率的节水景观，鼓励使用收集的雨水、循环的废水、循环利用的中水或公共机构处理过并供给的特别指定的非饮用水用来灌溉。
我国大多数地区水资源紧缺，根据LEED的要求，可采取的缓解措施有：
①利用雨水渗透技术节约景观用水，建筑物中收集和回用雨水；②利用中水和地表径流或回收水，供给冷却塔补水和厕所、路面冲洗以及景观浇灌等；③设计混合肥料厕所或无水小便池，节约卫生用水；④空调冷凝水的回收回用，节约用水。
我国关于雨水利用的政策及法律、法规
2002年10月实施的《中华人民共和国水法》第二十五条规定：
“在水资源短缺的地区，国家鼓励对雨水和微咸水的收集、开发、利用和对海水的利用、淡化。
”
2004年10月实施的《北京市实施<中华人民共和国水法>办法》第52条规定：
园林绿化、环境卫生用水，应当采用节水技术，充分利用再生水，收集利用雨水。
2005年10月27日建设部“绿色建筑技术导则”第条:
雨污水综合利用
采用雨水、污水分流系统，有利于污水处理和雨水的回收再利用；
在水资源短缺地区，通过技术经济比较，合理采用雨水和中水回用系统；
合理规划地表与屋顶雨水径流途径，最大程度降低地表径流，采用多种渗透措施增加雨水的渗透量。
《建筑与小区雨水利用工程技术规范》GB50400-20062007年4月1日实施。
规定：
雨水利用系统的规模应满足建设用地外排雨水设计流量不大于开发建设前的水平或规定的值，涉及重现期不得小于1年，宜按2年确定。
雨水收集利用：
图1标准雨水利用示意图
雨水利用的目标、系统类别
雨水利用的目标、系统类别见表2
雨水利用的目标和系统类别
表2
系统种类
入渗
收集回用
调蓄排放
目标
将发展区内的雨水径流量控制在开发前的水平，即拦截利用硬化面上的雨水径流增量。
技术原理
蓄存并消防硬化面上的雨水
贮存缓排硬化面上的雨水
作用
1．减小外排雨峰流量
2．减少外排雨水总量
减小外排雨峰流量
补充土壤含水量
替代部分自来水
适用的雨水
非严重污染雨水
较洁净雨水
各种雨水
雨水来源
地面、屋面
屋面、水面、洁净地面
地面、屋面、水面
技术适用条件
1．土壤渗透系数宜为10－6m/s～10－3m/s
2．地下水位低于渗透面及以上。
常年降雨量大于400mm的地区
渗透和雨水回用难以实现的小区
雨水利用径流量：
雨水利用与控制径流总量可按下式计算：
W――雨水设计径流总量（m3）
――雨量径流系数
hy――设计降雨厚度（mm）
F――汇水面积（hm2）
设计降雨重观期：
雨水入渗系统不宜小于2年；雨水收集回用系统宜为1～2年；雨水调蓄排放系统宜为2年。
设计降雨厚度：
降雨量应根据当地近10年以上降雨资料确定。
各地水文手册有当地降雨资料，资料不足时可参照北京市。
北京市年均降雨量，年均最大月降雨量（7月），北京市不同典型降雨资料见表3。
北京市不同典型降雨资料（mm）表3
降雨历时（最大）
60min
24h
3d
7d
2年1遇
38
86
110
154
5年1遇
60
144
190
258
汇水面积：
汇水面积为小区内的所有硬化面积，包括屋面、路面、广场、停车场等。
另外，景观水体面也包括在内。
雨水入渗：
雨水入渗系统的组成与技术特点，见表4、表5
地面渗透系统表4
常用系统
下凹绿地
浅沟与洼地
地面渗透池塘
透水铺装地面
特点
1．地面渗透，蓄水空间敞开
2．建造费少，维护简单
3．接纳客地硬化面上雨水入渗
1．在面层渗透和土壤渗透面之间蓄水
2．雨水就地入渗
组成
汇水面、雨水收集、沉砂、渗透设施
渗透设施
渗透设施的技术要求
1．低于周边地面5－10cm的绿地
2．绿地种植耐浸泡植物
1．积水深度不超过300mm的沟或洼地
2．底面尽量无坡度
3．沟或洼地内种植耐浸泡植物
1．栽种耐浸泡植物的开阔池塘
2．边坡坡度不大于1:
3
3．池面宽度与池深比大于6:
1
1．透水面层、找平层、透（蓄）水层组成
2．面层渗透水系数大于1×10-4m/s
3．蓄水量不小于常年60min降雨厚度
技术优势
投资费用最省，维护方便；适用范围广
占地面积小、维护方便
增加硬化面透水性；利于人行
选用
优先采用
绿地入渗面积不足或土壤入渗性较小时采用
1．不透水面积比渗透面积大于15倍时可采用
2．土壤渗透系数K≥1×10-5m/s
需硬化的地面可采用
地下渗透系统表5
常用系统
埋地渗透管沟
埋地渗透渠
埋地渗透池
特点
土壤渗透面和蓄水空间均在地下
组成
汇水面、雨水管道收集系统、固体分离、渗透设施
渗透设施构成
穿孔管道、外敷砾石层蓄水、砾石层外包渗透土工布
镂空塑料模块拼接而成，外壁包单向渗透土工布
适用
1．绿地入渗面积不足以承担硬化面上的雨水时采用。
2．可设于绿地或硬化地面下，不宜设于行车路面下。
需兼作排水管道时可采用
需要较多的渗透面积时采用
无足够面积建管沟、渠时可采用；土壤渗透系数K≥1×10-5m/s
优缺点
造价较低，施工复杂，有排水功能，贮水量小
造价高、施工方便、快捷
造价高、施工方便、快捷，占用面积小，贮水量大
距离建筑物、构筑物
≥3m
≥3m
≥5m
雨水收集回用：
雨水收集回用设施的构成与选用，见表6
雨水收集回用设施的构成与选用表6
设施的组成
汇水面、收集系统、雨水弃流、雨水贮存、雨水处理、清洗池、雨水供水系统、雨水用户
应用要求
雨量充沛、汇水面雨水收集效率高（径流系数大）；雨水用量大，管网日均用水量不宜小于蓄水池贮存容积的1/3。
雨水回用用途
优先作为景观水体的补充水源，其次为绿化用水，循环冷却水，汽车冲洗用水、路面、地面冲洗用水、冲厕用水、消防用水等，不可用于生活饮用、游泳池补水等。
雨水收集场所
优先收集屋面雨水，不宜收集机动车道路等污染严重的路面上的雨水。
当景观水体以雨水为主要水源之一时，地面雨水可以排入景观水体。
回用雨水的水质标准：
回用雨水的C0Dcr和SS指标应满足表7。
雨水处理后C0Dcr和SS指标表7
项目指标
循环冷却系统补水
观赏性水景
娱乐性水景
绿化
车辆冲洗
道路浇洒
冲厕
C0Dcr（mg/?
）≤
30
30
20
30
30
30
30
SS（mg/?
）≤
5
10
5
10
5
10
10
COD:
参考国标《地表水环境质量标准》Ⅳ类水质
SS:
参考《污水再生利用景观环境用水水质》
雨水收集：
屋面雨水收集系统的设计和计算可按雨水排出系统方法；向室外蓄水设施输送屋面的室外输送管道，管道设计流量的降雨重观期可按雨水蓄水池的设计重现期取值。
场地平面及竖向设计应考虑地面雨水收集要求，硬化地面雨水应有组织排向收集设施。
管道水力计算和设计方法按室外排水设计规范。
向景观水体排水的室外雨水排水系统，管道系统的设计与计算可按室外排水系统的方法处理。
初期径流雨水弃流：
1）弃流设施的技术特性，见表8。
弃流设施技术特性表8
功能
把初期径流雨水隔离出来，一般可使后续雨水的主要污染物平均浓度不超过：
C0Dcr70～100mg/?
；SS20～40mg/?
；色度10～40度
类型
容积式
雨量计式
流量式
原理
水箱（池）贮存弃流雨水，用水位判别并控制弃流量
用雨量计判别并控制弃流量
用流量计判别并控制弃流量
特点
现场制作或成品装置技术简单，维护方便便于集中设置
技术较复杂
技术较复杂
成品装置，便于分散设置可以不设弃流池
设置位置
蓄水池前端、建筑雨水管道的末端
可设在雨水管道上
应用场所
屋面雨水收集、地面雨水收集系统
屋面雨水收集系统
需要弃流的情况
雨季开始时的降雨，时间相隔3～7d以上的降雨
2）屋面雨水宜进行初期径流弃流，在屋面雨水用做景观水体补水时，若水体设有完善的水质保持措施，可不做弃流。
3）初期径流流量应按照下垫面实测收集雨水的C0Dcr、SS、色度等污染物浓度确定。
当无资料时，屋面弃流可采用2～3mm径流厚度，地面弃流可采用3～5mm径流厚度，当采用雨量计式弃流装置时，屋面弃流降雨厚度可取4～6mm。
4）初期径流弃流量按下式计算：
Wi＝10×δ×F
图12初期弃流装置
Wi――设计初期径流弃流量（m3）；
δ――初期径流厚度（mm）；
F――汇水面积（hm2）；
5）弃流雨水的处置：
a.排入绿地；b.土壤入渗；
c.排入雨水排水管道；
d.排入污水管道，并采取措施确保污水不倒灌回弃流设施内。
粗过滤：
粗过滤设施主要去除固体飘浮物或颗粒物。
雨水蓄存相关要点：
1）常用的雨水贮存设施有：
景观水体、钢筋混凝土水池、形状各异的成品水池水灌等；
2）景观水体宜作为雨水贮存设施，水面和水体溢流水位之间的空间作为蓄存容积；
3）雨水蓄水池、蓄水灌宜设置在室外地下；
4）蓄水池可兼作自然沉淀池；
5）雨水蓄水池应设溢流；
6）蓄水池容积应根据雨水径流总量计算，其中降雨厚度取设计重现期的最高日（24h）降雨厚度；
7）当最大日用水量不足雨水径流总量的40%时，雨水蓄存量可减少，按雨水回用系统的日用水量的3倍取值；
8）当蓄水池设计容积小于雨水径流总量时，蓄水池的溢流水应进行入渗。
雨水处理：
1）屋面雨水水质处理根据原水水质可选择下列工艺流程；
a.雨水→（初期弃流）→景观水体；
b.雨水→初期弃流→雨水蓄水沉淀→雨水清水池→植物浇灌、地面冲洗；
c.雨水→初期弃流→雨水蓄水沉淀→过滤→消毒→雨水清洗池→冲厕、车辆冲洗、娱乐性水景；
d.对水质有较高的要求时，应增加相应的深度处理措施。
（如：
空调循环冷却水、生活用水、其他工业用水等，在过滤后加活性炭过滤或膜过滤等）
2）雨水用于景观水体时，水体宜优先采用生态处理方式净化水体。
3）回用雨水宜消毒。
采用氯消毒时，宜满足下列要求：
1.处理规模小于100m3/d时，可采用氯片作为消毒剂；
2.处理规模大于100m3/d时，可采用次氯酸钠等氯消毒剂。
4）雨水净化处理装置的处理量按下式：
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（h），可取24h
当无雨水清洗池和高位水箱时，Qy按回用雨水管网的设计秒流量计。
雨水供应系统
1）雨水供水管道应与生活饮用水管道分开设置。
2）雨水供水系统应设自动补水，并应满足如下要求：
a.补水的水质应满足雨水供水系统的水质要求；
b.补水应在净化雨水供量不足时进行；
c.补水能力应满足雨水中断时系统的用水量要求。
3）当采用生活饮用水补水时，应防止生活饮用水被污染，并符合下列规定：
a.自来水补水管出水口应高于清水池（箱）内溢流水位，间距不得小于倍补水管径，严禁用淹没式浮球阀补水；
b.向蓄水池（箱）补水时，补水管口应设在池外。
4）供水方式及水泵选择、水力计算等执行《建筑给水排水设计规范》。
5）供水管道上不得装取水龙头，并采取防止误接、误用、误饮的措施.
雨水调蓄排放：
雨水的调蓄排放系统由雨水收集管网、调蓄池、排水管道组成。
调蓄池应尽量利用天然洼地、池塘、景观水体等地面设施，条件不具备时，可采用地下调蓄池。
调蓄池的设计与计算可参考市政工程的雨水调蓄池。
出水管的设计流量可按建筑区综合径流系数左右时的雨水流量计算，降雨重现期按2年考虑。
调蓄池容积宜根据设计降雨过程变化曲线和设计出流量变化曲线经模拟计算确定，资料不足时可采用相关资料估算公式计算。
针对各种建筑形式的雨水利用途径
别墅和新农村建设中雨水利用方式
对于别墅区或郊区新农村建设特点是住房多为独门独户的单户家庭,宜采用单户家庭雨水利用技术，其雨水利用技术也相对简单,容易实现。
地面雨水宜采用土壤入渗；屋面雨水可采用收集回用的方式。
一般方法是将屋面雨水通过雨水管收集，通过分散或集中过滤除去径流中颗粒物质，然后将水引入地面或地下贮水箱（池）（图7所示）贮蓄，再通过水泵输送至用水单元。
一般用于冲洗厕所或灌溉绿地等。
（图6所示）
别墅或村庄地面雨水利用
其雨水利用的理念为：
雨水经过天然土壤渗入地下，若雨水大于土壤的入渗能力，则进入小区的入渗沟或洼地；道路及停车场的雨水径流直接进入小区的入渗沟或洼地。
入渗沟或洼地根据绿地的耐淹水平设计，标准内降水径流可全部入渗，遇超标准降水，则通过溢流系统排入小区雨水管道,排至自然河流或小区生态湖中.雨水的利用除采用绿地、入渗沟、洼地等方式外，透水型人行道也被广泛应用
图7收集屋面雨水的贮水箱
在小区内多采用渗透措施间接利用雨水：
渗透的目的是以控制初期径流污染为主要目的，减少雨水流失，减少径流系数，增加雨水的下渗，但没有调蓄利用雨水量和控制峰值流量的功能。
渗透设施主要有绿地（图8所示）、透水铺装地面、渗透管（渠）（图9所示）、渗透浅沟、渗透井、渗透池等.
城市大型居住小区和大型公建群
在小区内多采用渗透措施间接利用雨水,目的是以控制初期径流污染.小区内雨水利用不设雨水处理和回用装置,宜设调蓄池,雨季来临时对城市的雨洪瞬时水量做减缓作用，把雨水径流的高峰流量暂存在内,待洪峰径流量下降后,再从池内将水排到市政雨水管网，到市政污水处理厂或中水处理厂，经统一处理后供到市政中水管网供各处使用。
调蓄池调蓄了洪峰流量,削减了洪峰,又大大降低了下游雨水干管的管径,对减低工程造价和提高系统排水的可靠性意义重大,因此各城市可根据小区建设区域和建设规模按城市防洪的整体规划要求在小区与市政雨水连接处设置适当大小的贮水调蓄池.（图10所示）
图10小区雨水利用流程图
雨水调蓄池的大小还要根据城市大小和城市处理厂的位置等综合考虑,因地制宜，合理设计,达到优化的目的.
城市道路雨水利用技术
机动车道的降水径流含有较高浓度的污染物质，必须经过处理后方可排放，为此，沿机动车道均设径流收集系统，城区所收集径流直接送至污水处理厂处理，高速公路所收集径流要进入沿路修建的处理系统处理后排放或渗入地下。
城市雨水收集处理
经过小区排放的雨水，经过市政雨水管网流至市政污水处理厂，经过物化或生化法处理后接至中水供水池，经过提升装置供城市中水回用。
（图11所示）各小区的储水调蓄池在雨水过后，放水至市政雨水管网，供市政水处理厂使用。
雨水处理后用于各种用途时，其水质应达到《城市污水再生利用城市杂用水水质》（GB/T18920）、《城市污水再生利用景观环境用水水质》（GB/T18921）、《地表水环境质量标准》（GB3838）等国家相关标准的要求。
雨水利用投资费用估算，见表9。
雨水利用投资费用估算表9
雨水利用方式
估算投资
雨水利用
方式
估算投资
雨水利用方式
估算投资
浅沟
20－40元/m（宽1~2m，深
下凹绿地
20元/m2
土壤渗滤
100元/m2
湿地（潜流、表流）
1000元/m2
渗透塘
400~600元/m2
渗水铺装
50~100元/m2
贮水池（混凝土）城市
800~1000元/m3
贮水池（混凝土）……农村
600~800元/m3
贮水池（砖砌）
200元/m3
渗井
300~500元/m3
渗渠
100元/m3以下
雨水收集回用成本（包括过滤、消毒）：
1～3元/m3。
3.结论
目前我国城市化和建设新农村的进程不可阻挡，健康住宅和生态住区正迅猛发展，建筑区雨水利用系统，以其良好的环境生态效益和社会效益适应了城市的现状和需求，具有广阔的应用前景。
“绿色”，是自然、生态、生命与活力的象征。
它代表了人类与自然和谐共处、协调发展的文化，贴切而直观地表达了可持续发展的概念与内涵。
LEED绿色建筑评估体系在中国的发展还处于起步阶段，它主要强调一幢建筑整个生命周期的可持续性，包括了设计、施工、调试、营运、拆除等过程，需要发展商、建筑师、结构工程师、机电工程师、灯光设计师、园林设计师、施工单位、监理单位等的全面参与和配合。
希望文章通过LEED和相关介绍，推进整合的建筑整体设计实践，促进建造行业中的环境意识，激励绿色竞争，推动建筑市场的转型。
参考文献：
[1]《建筑与小区雨水利用工程技术规范》（GB50400-2006）
[2]张炜车伍李俊奇．植被浅沟在城市雨水利用中的应用．给水排水，2006，33（8）
[3]全国民用建筑工程设计技术措施.北京:
中国计划出版社,2003
[4]北京城区雨洪利用技术及应用现状参观资料------北京市水利科学研究所博士张书函
[5]赵昕刘鹏．国家体育场雨水收集池设计．给水排水，2006，73（9）
[6]北京地区资源节约型居住区技术措施
[7]北京市小区雨水利用工程设计指南
作者：
李向军汉族设备专业高级工程师
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单位：
北京维拓时代建筑设计有限公司（Beijingvictorystararchitecturalandcivilengineeringdesignco.,Ltd.）
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