1、雨水在城市房屋建筑设计中的利用余建新 高贵全 郑宏刚 （云南农业大学工程学院 昆明 650201）摘 要 城市中人们对水的需求和依赖已越来越大，节水问题摆在每一个人的面前。有限的水资源在利用上存在两个方面的问题，即浪费和未利用。本文介绍的节水设计，以充分利用雨水和减少生活用水为目的，结合建筑和结构设计来考虑拦蓄雨水，按水质的不同，分类利用，提高水资源的利用率。概述缺水已经成为一个全球性问题， “水不久将成为一项严重的社会危机，石油危机的下一个危机就是水” ，这是联合国在 1977 年向世界发出的警告。在中国，这一问题已越显突出。因而，如何利用雨水，已是城市发展必须考虑的问题。1.1 人口与水资
2、源中国人口基数大，每年人口以不低于 1000 万的数量在增加。随着社会的发展和进步，人们的生活水平在不断的提高，人均耗水量在增长，供、需水矛盾日趋严重，水资源缺口在扩大，合理而有效的利用有限的水资源这一问题已摆在人们的面前。我们国家东西南北年降雨量差异很大，根据降雨一般分为五个带：干旱缺水带：200 mm 以下；半干旱少雨带：200400 mm；半湿润过渡带：400800 mm；湿润多雨带：8001600 mm；多雨丰水带：1600 mm 以上；总体上我国水资源总量约 2.8124108 m3，世界排名第 6 位，人均拥有水量 2400 m3/人年，世界平均水平 5800 m3/人年，是我国人
3、均拥有水量的 2.4 倍。由于水的时空分布差异，水供给困难，有些地区已不具备生存条件。1.2 雨水与生活废水目前，在我国多数城市的下水道设计未分污水道和雨水道，两者合二为一。污水应直接送到污水处理厂，但没有污水处理厂或污水处理厂远远满足不了要求，只能排入河流，造成水资源污染；雨水本来可直接排入河流、湖泊或利用，因与污水混合而不能利用。如果要将污水重新处理后向城市供水，成本就很高。就城市来讲，目前，城市人均用水 70 kg/d 左右（发达国家城市人均用水 500600 kg/d） ，这一用水由生活饮用水、洗涤用水和卫生用水三部分组成，显然，生活饮用水、洗涤用水水质要求较高，需达到 类水标准，而卫
4、生用水则没有必要达到这一标准。目前，城市生活用水中饮用水、洗涤用水和卫生用水没有分开，采用同样的水质标准，在水资源缺乏的我国这无疑是一种浪费。今后我国将逐步走向工业化国家，而达到工业化国家的标准之一，就是在城市生活的人口必须达到总人口的 70%。要走到这一步，如果仍采用现行的方法向人们提供足够的生活用水，可想今后的城市给水的压力有多大。充分利用降雨而不作任何处理，拦蓄雨水为城市生活用水的一部分提供人们在卫生方面的使用是极为有益的和廉价的，这样可以按水质分类使用，减少优质水用于卫生方面的需求，减轻城市供需水之矛盾。1.3 雨水资源利用我们国家年降雨量在 2001600 mm 之间。就城市建筑而言
5、，节水可从两个方面来考虑：一是减少浪费，二是有效利用雨水。每一幢建筑都有一个屋顶，每一个屋顶都可以收集雨水，如果按建筑物的寿命为 50 年来考虑，每平方米的屋顶一年可收集雨水 2001600 kg，50 年可收集雨水 1000090000 kg。雨水收集后可以不作任何处理直接用于卫生需求，减少优质水用于卫生方面的需要。如果全中国的城市建筑屋顶都用于收集雨水，并加于利用，这是一个不可小视的数字。这不论是从水资源的利用，还是从经济角度出发都是极有现实意义和长远意义的。设计方法为了和房屋设计协调配合，将饮用水、洗涤用水和卫生用水分离，避免卫生间的设施通过管道将细菌传播到生活用水的管道。为达到这一目的
6、，可采用两套供水系统，3种方法集蓄雨水，向卫生间提供卫生用水，具体设计方法介绍如下：2.1 双层屋顶蓄水池管道系统设计（见图 1）过去有极少数房屋利用屋顶整个面或局部建蓄水池蓄水，主要用于隔热，没有其他用途，由于渗漏问题难以解决，目前基本上未采用。屋顶渗漏是一个问题，但不是不可解决的问题。采用双层屋顶可解决这一问题，双层屋顶蓄水系统设计由上层屋顶、下层屋顶和管网组成。上层屋顶为集雨面积和水池底板，具有集水和蓄水的功能；下层屋顶为顶层房间的顶板，两层之间的空间可起到保温、隔热之用，上、下两层屋顶共同承担屋顶的恒荷载、活荷载；女儿墙为蓄水池的边墙，除考虑防渗的问题，还必须考虑侧向稳定问题。所集雨水
7、通过专门的给水管道，从屋顶蓄水池取水，并根据建筑物卫生间所设位置和数目，将水引入每一个卫生间，给水管道的底部设阀控制，正常运行时关闭，只有在清污和排淤时才打开。给水管道设计上必须考虑净水压力和水击压力，水击压力主要由用户开启和关闭阀门所引起。由于雨水的收集、贮蓄、利用是同时的，可以一日最大降雨来考虑蓄水量大小。即便收集量大于利用量有一定的贮蓄也是短时的，为避免集水深超过设计值，可在适当高度设溢水管。该设计方法不论从建筑，还是结构的角度考虑，均可满足要求，其优点是蓄水量大，便于引用，造价低，在南方地区还可兼作隔热之功效，缺点是临时荷载稍大。2.2 卫生间内蓄水箱管道系统设计（见图 2）过去的屋顶
8、集水后是通过雨水管将雨水排走，未作任何利用。卫生间内设蓄水箱与过去不同的是屋顶所集之水不在排走，而是将其利用。卫生间内水箱蓄水设计方法主要由集水、蓄水和供水管网三个部分组成：屋顶除具有通常的功能以外，还具有集水功能，设计与通常屋顶设计相同。卫生间内设水箱蓄水，水箱采用不锈钢薄板或渡锌薄板和角钢焊制而成，水箱通过一钢筋混凝土板支承在两端墙体上。管网由供水管、取水管和冲水管组成，供水管上端连接于屋顶取水口，下端连接于各卫生间内水箱，管道最底部设排沙阀。取水管设于供水管和卫生间内水箱顶部之间。冲水管根据需要布置于卫生间之中，是独立的。由于供水管道进口与大气接触，可进行补气，因此，各卫生间内水箱在使用
9、时互不干扰。由于集水、蓄水、用水是同时的，因此，以一日最大降雨来考虑卫生间水箱容积 V 大小，即可满足要求：(1)nhFVF：建筑物屋顶集水面积；h：一日最大降雨深；n：水箱数。该方法的优点是蓄水量大，造价低，使用方便。2.3 地下蓄水池管道系统设计集屋顶之雨水和一定范围内的地表水贮藏于地下蓄水池，不做任何处理，通过水泵将所集之水提升到高位水池，再通过高位水池将水分配到各卫生间。该方法的设计，从集水到水的使用，整个系统由地下蓄水池、泵房、管网、高位水池和机电设备等组成。地下蓄水池可设于建筑物之间，根据建筑物的布置间距，集水水源有两个：一是屋顶集水、二是地表集水。因此，地下蓄水池容积可以按两倍的
10、屋顶集水面积和一日最大降雨来设计。泵房设于地下蓄水池顶部，设备规模根据提水高度和水量来决定。管网由雨水管、提水管和配水管组成，雨水管连接于屋顶和地下蓄水池之间，用于收集雨水。提水管连接于地下蓄水池和高位水池之间，管道底部设有止回阀。配水管连接于高位水池和各卫生间之间，用于配水。高位水池与通常的屋顶水池设计相同。该方法的优点是蓄水量大，缺点是造价高，运行成本大。结语以上介绍的雨水利用 3 种设计方法各有特点。卫生间内设蓄水池、双层屋顶蓄水经济、方便，并兼有其它功能；地下蓄水较贵，但地下蓄水量最大，卫生间、双层屋顶蓄水量次之。对中国来说，具有世界上最多建筑物屋顶，屋顶收集雨水，效益是巨大的，对城市
11、可持续发展有着十分重要的作用。本文介绍的屋顶收集雨水与利用设计方法，具有广泛的推广价值。参考文献1 中国水力发电年鉴 ，水力发电出版社，1983。 女 儿 墙双 层 屋 顶取 水 管供 水 管 卫生间 蓄 水 池卫生间 楼 板楼 板取 水 管取 水 口图 1. 双层屋顶蓄水、给水系统图图 2. 卫生间蓄水箱、给水系统图图 3. 地下蓄、提、给水系统图 女 儿 墙屋 顶取 水 管 水 箱取 水 管供 水 管 楼 板水 箱水 箱 楼 板卫生间卫生间冲 水 管冲 水 管 支 承 板支 承 板 女 儿 墙屋 顶取 水 管 取 水 管 提 、 供 水 管 楼 板地 下 蓄 水 池雨 水 口 地 板泵 房 卫生间卫生间 蓄 水 池
