浅谈钢铁冶金企业大型工业厂房建筑给水排水的节能降耗设计
来源： 阅读：3006 更新时间：2009-10-22 14:401.概述
近年来，我国钢铁工业发展迅猛，现代化的大型工业厂房不断涌现。新的大型工业厂房对建筑给水排水提出了新的要求，建筑给水排水系统日趋复杂，已经从单纯的满足生产需求，转变为保障生产、保障安全、保障生活的多功能给排水系统。
随着国家对环保节能要求的日益提高以及钢铁冶金企业逐步重视其本身的节能降耗，如何建设一个绿色节能型工业厂房成为一个重要的设计课题。本文对钢铁冶金企业大型工业厂房建筑给水排水的节能降耗设计进行了简单的分析和探讨，供参考。
2.钢铁冶金企业大型工业厂房的特点
钢铁冶金企业大型工业厂房具有层高较高、单间面积大、内部功能区域复杂等特点。
2.1层高较高、单间面积大
钢铁冶金企业大型工业厂房与民用建筑不同，一般为单层多跨工业建筑，厂房层高较高、单间面积大。炼钢主厂房其面积有几万到十几万平方米不等，轧钢厂房的面积甚至可以达到几十万平方米。厂房一般为单层，但其单层层高高的可接近70m，低的也在十几米左右。
2.2建筑内部功能区域复杂
钢铁冶金企业大型工业厂房内部功能区域复杂，厂房按照不同的生产工艺要求设置了不同的设备，成为厂房内独立的生产区域。厂房内一般也设置了独立的小型工业建筑，如电气综合楼、控制室、液压站、操作室等生产小房[1]。
3.大型工业厂房建筑给水排水的组成及特点
3.1建筑给水排水的组成
钢铁冶金企业大型工业厂房建筑给水排水主要由以下几部分组成：生活给水系统、厂房回用水给水系统、雨水排水系统、生活污水排水系统、空调循环冷却水系统等(消防给水系统不在本文讨论范围之内)。
3.2建筑给水排水的特点
对于钢铁冶金企业大型工业厂房建筑给水排水而言，受其工业建筑本身特点的影响，建筑给水排水最显著的特点是：①超大规模的屋面雨水排水；②生活给水用户点、生活污水排放点数量多且分布极其分散；③空调循环冷却水用户点数量多、用水量小且分布分散。
3.2.1屋面雨水排水
超大规模的屋面雨水排水主要是指水量大。根据《建筑给水排水设计规范》，大型工业厂房的屋面径流系数按Ψ=0.9考虑，汇水面积为几万到几十万平方米，因此屋面雨水量极大。以上海地区为例，上海市年平均降雨量约为1100多mm，按面积为50000m2的工业厂房设计，其屋面收集的雨水量约为每年49500m3。
3.2.2生活给水与生活污水
钢铁冶金企业大型工业厂房内生活给水和生活污水早已超越原先简单的几个洒水龙头的范围。在厂房范围内，为满足生产者生活的需要，厂房地坪和各层工艺平台均设置配套卫生间及生活饮水点。在高危险区，甚至布置有采用生活水作为水源的紧急事故喷淋装置。
工业厂房生活给水、生活污水排水系统最主要的特点是用户点在平面位置和空间高程位置上布置极其分散。两个生活用水点或排水点的距离可能有200~300m，高程上可能有十几米乃至几十米的差距。由于生活水用户点分布分散，极易造成水力不平衡的现象。
另外，有的生活用水点或排水点位于厂房内工艺设备布置非常紧密的地方，供水和排水不易，特别是重力流生活污水排水很难实施，往往最后要采用潜水泵提升的方法加以解决[1]。
3.2.3空调循环冷却水
钢铁冶金企业大型工业厂房内部的电气综合楼、控制室、液压站、操作室等生产小房常设有水冷空调，因此配套建有空调循环冷却水系统。空调循环冷却水系统一般不会独立设置，而是与工艺设备的工业净循环水系统合并。
钢铁企业工业循环冷却水系统复杂、水量大、用户多且分散，用户位置的高低、用水量的大小也往往不同，在调试和生产运行过程中，各用户之间水力不平衡的现象时有发生[2]。
与主工艺设备的用水量相比，厂房内生产小房空调冷却水用户更为显得分散且用水量极小，因此水力不平衡的现象在空调循环冷却水系统体现得尤为明显。
有的空调用水点的用水量和供水压力要求始终偏小得不到满足，通常采取以下措施来应对：
①局部用户前增设新的加压泵场提高水压；
②在整个循环水系统中增加总循环水量和水压；
③空调冷却回水不再回至工业循环水系统而是直接排放。但这些都只是掩盖水力不平衡并没有真正解决问题，造成了水资源和其它能源的浪费[3]。
4.大型工业厂房建筑给水排水的节能降耗设计要点分析
4.1雨水系统节能降耗设计
在雨水系统的节能降耗设计中，主要考虑的是雨水的回收利用。
雨水是大气降水，其本身水质较好。雨水在降落过程中，空气中的溶解性气体、溶解或悬浮状固体、重金属及细菌等会进入其中。但最终雨水中的污染物主要来自降雨对地面或建筑物顶部的冲刷。所以，地面或建筑物顶部的沉积物是雨水中污染物的主要来源。地面或建筑物顶部沉积物的组成决定着雨水污染的性质。钢铁企业内金属粉尘相对含量较高，因此雨水中最主要的污染物是金属粉尘产生的SS，污染物以无机物为主。而该种污染物质通过常规的混凝、沉淀、过滤等水处理工艺就可以加以去除。
另外，在钢铁企业内，由于大型工业厂房在高程上往往处于最高位置，因此，大型工业厂房的屋面雨水受到相对污染较少。雨水主要有屋面、地面、绿地三种汇流介质。在这三种汇流介质中比较而言，地面径流雨水水质较差；绿地径流雨水基本以渗透为主，可收集雨量有限；比较而言屋面雨水即便于收集利用，水质也相对较好，其利用价值最高。
因此，将屋面雨水单独收集、单独处理并回用是雨水系统节能降耗设计的重要手段。厂房屋面雨水由常规悬吊管系统收集，在厂房边就近设置雨水储存水池，将该部分水用压力提升送全厂废水处理系统处理，处理后作为全厂的回用水甚至可以作为工业新水用于生产。
4.2生活给水和生活污水系统节能降耗设计
4.2.1生活给水系统
钢铁冶金企业大型工业厂房在生活给水系统设计时，首先要根据生产工艺和工厂业主的要求，确定各生活用水点的具体位置和具体类型。用水点的具体位置包括平面位置和标高。用水点的具体类型主要是确定卫生洁具的具体形式，如普通的洒水龙头、卫生间洗脸盆、洗手盆、小便器、大便器或是生产事故时所用的事故喷淋装置等。在完成各生活用水点的准确定位和确定用水量后，进行精确的水力计算，进一步确定合理的管道走向和管径。
钢铁企业内常设有回用水系统，即将全厂的生活污水、生产废水收集后，通过混凝、沉淀、过滤等常规处理工艺处理后回用。因此在生活给水系统设计时，充分贯彻分质供水的设计理念，应是生活给水系统节能降耗的重要措施。对于卫生间洗脸盆、洗手盆、生产事故时所用的事故喷淋装置等用户应采用生活水，而对于普通的洒水龙头、小便器、大便器用水应采用回用水。
配水装置和卫生设备是生活给水系统的最终使用单元，其节水性能直接影响整个厂房的节水效果，因此大力推广使用节水器具也是实现钢铁冶金企业大型工业厂房节能降耗的重要手段和途径。
4.2.2生活污水系统
在钢铁冶金企业大型工业厂房生活污水系统设计时，要遵循的重要原则是，由于厂房内情况复杂，生活污水宜采用压力流。各层平台卫生用水的排水以重力流排至厂房地坪，由污水集水坑收集，再以潜水污水泵提升，以架空管线或是埋地管线排至厂房外。污水集水坑盖板应采取密封措施，并设置排气通气管。排气通气管宜沿厂房立柱向上升至厂房屋顶，排气通气管如至排气于厂房内会造成厂房内的环境污染。
如果在厂房内各生活污水排水点均设置污水集水坑用压力提升生活污水，势必造成能源的大量消耗。因此，在具体设计污水集水坑时，应根据相对集中的原则，尽量集中设置污水集水坑，这是贯彻生活污水系统节能降耗的重要手段。另外，在进行厂房埋地生活污水管道管路设计时，要充分与工艺、设备、土建等专业相结合，在厂房内设备、建筑、沟道基础密集的情况下，敷设一条生活污水管路，用于连接厂房内各生活污水排水点。
4.3空调循环冷却水系统节能降耗设计
由于厂房内各生产小房的空调循环冷却用水量小且分散，应考虑将各生产小房的水冷空调集中设置为独立的空调冷却水系统。设置独立的空调冷却水系统便于水力平衡，从而避免或减少因循环水系统的不合理或不完善所造成的能量浪费。
另外，也可考虑将生产小房空调冷却水系统与厂房回用水系统相结合，以全厂回用水作为空调冷却水源。将各生产小房的水冷空调的管道系统与附近的回用水管道连接在一起，回用水先经过空调，带走水冷空调的转移的热量后再用于普通的回用水用户，这也是空调循环冷却水系统节能降耗的重要途径。
4.4新型管材的使用
目前在国内钢铁冶金企业大型工业厂房内，建筑给水排水系统的主要管材仍是钢管，包括焊接钢管、镀锌钢管等。随着科学技术的发展，钢塑复合管材已经广泛应用于民用建筑领域。因此，尽量减少碳钢管道的使用，而代之以钢塑复合管材也是作为大型工业厂房建筑给水排水的节能降耗的一项重要手段[4]。
5.小结
总之，钢铁冶金企业大型工业厂房建筑给水排水是实现现代化工业厂房功能的重要保证，在确保其功能的前提下实现节能降耗也是未来的发展趋势。要做好节能降耗的设计工作需要周密的考虑。
参考文献
[1]金亚飚.钢铁冶金企业大型工业厂房建筑给水排水的特点及设计要点的介绍-中国建筑学会建筑给水排水研究分会第一届学术交流会暨建筑给水排水研究分会成立大会论文集[C].北京：中国建筑学会建筑给水排水研究分会，2008.31-36.
[2]金亚飚.钢铁冶金工业循环冷却水系统水力平衡设计[J].给水排水，2008，34(3)：70-73.
[3]金亚飚.钢铁企业循环冷却水系统节能设计探讨[J].冶金能源，2009，28(1)：49-53.
[4]新型防腐管材在密闭式工业循环冷却水系统中的应用[J].工业用水与废水，40(1)：84-87.
作者简介
金亚飚(1975.12- )，男，汉族，籍贯江苏省常熟市，同济大学环境工程学院给水排水工程专业本科毕业，学士学位，高级工程师/注册公用设备工程师，主要从事钢铁企业给排水设计和冶金环境保护研究工作。
