非传统水源技术在医院建筑中的应用

摘　要： 非传统水源利用率近年来一直是全世界节水关注的关键性指标之一。作为一类具有特殊使用功能的公共建筑，医院建筑由于具有人员密度高、流动性大等特点，其用水量远高于常规公共建筑。常规给排水设计中，由于医院建筑对中水原水要求苛刻，中水回用相对困难，由此导致非传统水源利用相对弱化；另一方面，医院建筑所产生污废水均需花费成本经过处理后才能进入市政污水管网，所以医院建筑节水减排更具双重意义。文章结合工程实际，对医院建筑水资源，尤其是非传统水源综合利用进行初步探讨，提出将雨水收集、中央纯水制水废水、空调冷凝水及市政中水综合利用方案，取得了明显社会效益和经济效益。

关键词： 非传统水源  医院建筑  海绵城市  水量平衡

十二五以来，为着力解决“看病难、看病贵”问题，国家层面实施一系列医改政策，包括逐步建立覆盖全民的基本医疗保障制度，促进优质医疗资源有序下沉，提升县域公共卫生服务能力，鼓励和支持社会办医，严格控制公立医院的数量和规模等。在此大背景下，民营医院数量增加，公立医院建设规模得到有效控制。但新冠疫情暴发以来，公立医院承担的社会责任及公共医疗资源紧缺的矛盾进一步凸显，很多大体量公立医院建设项目纷纷落地。

医院建筑作为民用建筑给排水设计最为复杂的一类特殊公共建筑 ^[1] ，其本身具有很多独有的特点：用水量大、用水种类较多、用水点多、排水需分类收集处理达标后才能排放等。

随着医院建筑体量不断加大，医院用水量大的特点更加明显，做好医院建筑水资源综合利用显得更有研究价值。另一方面，医院建筑在公共建筑中容积率相对较高，土地利用率高，尤其公立三级甲等医院，更可以用寸土寸金来形容。非传统水源技术利用肯定会挤占正常医院使用空间，所以需要综合考虑，合理选择。

山东大学齐鲁医院（青岛）二期项目，位于青岛市市北区合肥路758号，西邻劲松四路，包含医疗综合楼、北侧地下仓储式立体车库、西侧地下仓储式立体车库及相应的配套附属用房，总建筑面积297005m ² 。

医疗综合楼地下三层，地上16层（不含机房层），设计总床位数1104（不含抢救及ICU）。医疗综合楼地下车库总面积约为25000m ² 。地下1层至6层主要为门诊医技功能，由于科室较多，平面布局差异化较大；7层至16层主要为标准病房护理单元，布局标准化，相对统一。

西侧地下仓储式立体车库，地下八层，建筑面积19500m ² 。北侧地下仓储式立体车库，地下八层，建筑面积47250m ² 。

配套附属用房用于建设院区消防水池、消防泵房、雨水蓄水池、雨水处理机房等，建筑面积700m ² ，地下单层建筑。

2.1  屋面雨水

国务院办公厅2015年10月印发《关于推进海绵城市建设的指导意见》 ^[2] ，部署推进海绵城市建设工作。山东省人民政府办公厅于2016年2月发布“关于贯彻国办发〔2015〕75号文件推进海绵城市建设的实施意见” ^[3] 。基于以上两个文件，青岛市市北区规划局提出本项目雨水年径流总量控制率不小于72％的硬性指标要求。

本项目容积率高，绿化用地有限，综合径流系数相对较高。为满足年径流总量控制率指标，景观设计部门将有限的绿地区域做成下沉绿地，将地面停车等区域采用透水铺装。采取以上措施后，经过雨水水量计算，仍需设置150m ³ 左右雨水收集装置。

结合以上两点，雨水回用作为必选项介入本工程水资源综合利用的方案制定。相对于地面雨水，屋面雨水污染程度较轻，处理成本低，应作为雨水收集的重点考虑对象 ^[4] 。本工程裙楼屋面采用虹吸雨水排放系统，考虑到雨水收集的总水量及收集成本，仅选择部分裙楼屋面作为固定收集区域，裙楼屋面面积约为4500m ² 。

2.2  中央纯水制水废水

中央纯水概念集成直饮水和医用水，是医院建筑独有集中供水类型，于20世纪末引入国内。相对于传统分散纯水制备而言，中央纯水是将直饮水及各类医用水机房集中设置一处，通过管线分别接至不同用水部门使用。本工程中央制水机房设置于医疗综合楼地下二层，占地面积约为130m ² 。根据各用水单元建设规模及用水点位数，采用分质供水方式，设计制水量为18m ³ /h。

医用纯水及直饮水制备过程中会产生相当数量的废水 ^[5] ，目前本类系统废水率一般在1:1左右，也就是说制备1m ³ 纯水就会相应产生1m ³ 以上的废水。本工程平均日用水量约为100m ³ ，则会产生100m ³ 废水。此部分废水属于优质杂排水，其水质甚至优于中水水质，具有极高的回收利用价值。

2.3  空调冷凝水

空调冷凝水传统处理方法是有限收集后作为废水进入污废水管道。这种做法不仅浪费了大量水资源，而且还会造成环境污染。对于医院建筑来说还要占用污水处理站处理负荷。

空调系统实际产生冷凝水量与空调器循环风量、室内参数、新风比、新风参数、机器露点及空调器制冷量等因素有关 ^[6] 。当然，非常准确的冷凝水量也意义不大，在方案阶段，可以根据经验值估算。

本工程医疗综合楼建筑面积226000m ² ，其中空调面积接近200000m ² ，考虑冷凝水收集的成本及冷凝水管线组织的便利程度，本工程仅选择病房区域，也就是6层以上非净化区域作为冷凝水收集区域，共70000m ² 。青岛地区供冷季节一般在每年的6月10号至9月20号，共100天左右。医院建筑平均冷负荷按照80W/m ² 估算，按照每1kW冷负荷每小时产生0.6kg冷凝水 ^[7] ，病房区域每天供冷时间12小时估算，病房区域在供冷季节每天平均产生的冷凝水量约为40m ³ 。

2.4  市政中水

本工程西邻劲松四路，为城市主干道。本条道路市政部门已经规划并敷设市政中水管线，并为本院区预留DN150中水接口，接口位置靠近院区附属用房，非常便于使用。目前由于中水水源问题，市政中水并未真正实现供水，而且没有时间表。考虑以上因素，本工程预留市政中水接口，作为本系统将来的一个补充水源。

如何将以上水资源合理组织、处理并回用到医院建筑中去是文章需要探讨的核心问题，本方案的合理性也直接决定其初始造价及后期运行维护费用。接下来分几个步骤进行阐述。

3.1  使用区域及类别

非传统水源由于水质原因，其使用区域是有严格限制的，根据《建筑中水设计标准》GB 50336-2018第4.1.2条规定 ^[8] ，中水水质满足相关标准后可用于绿化、冲厕、道路冲洗、消防、景观及冷却水补水；《绿色医院建筑评价标准》GB/T 51153-2015第6.2.10条规定 ^[9] ，绿化灌溉、道路浇洒、洗车用水、室外水景补水等生活杂用水采用非传统水源，可根据使用比例增加分值。

结合规范要求及本工程拟收集非传统水源种类，经过处理满足相关标准后，非传统水源可用于院区绿化、道路冲洗、车库区域地面冲洗、冲厕及消防系统补水。然后以每天固定收集非传统水源水量为基础，对各用水分项进行对比，分析其使用中水的性价比，根据水量平衡计算，确定最终用水类别。

需要着重说明的两项是冲厕和车库区域地面冲洗。门诊医技区域卫生间布置每个楼层没有规律性，中水管路布置较为困难，另一方面其冲厕用水相对于病房区域用量较小。结合非传统水源收集水量，对于冲厕用水，仅选择医疗综合楼病房区域，也就是6层以上病房卫生间。车库区域地面冲洗用水考虑管路复杂程度及安全系数，仅选择西侧及北侧地下仓储式立体车库。

3.2  水量平衡计算

3.2.1  原水量计算

非传统水源根据本文第二部分所述，以年为单位对各类水源做原水量汇总。

（1）雨水原水量 ^[8-23] ：

式中： ——年用水量（m3）；

——雨量径流系数，本工程硬质屋面，取值为0.8；

——常年降雨厚度（mm），青岛地区取值为663mm；

——计算汇水面积（hm ² ），按照雨水蓄水池150m ³ 计算，约为0.25hm ² ；  

0.6-0.7——除去不能形成径流的降雨，弃流雨水等外的可回用系数，本工程取0.6。

雨水原水量 。

（2）中央纯水制水废水原水量：

式中： ——年废水量（m ³ ）；

——平均日废水量，取值为100m ³ ；

——年用水天数，常年使用，取值为365天。

中央纯水制水废水原水量： 。

（3）空调冷凝水原水量：

式中： ——年废水量（m3）；

——平均日废水量，取值为40m ³ ；

——空调供冷持续天数，季节性使用，取值为100天。

空调冷凝水废水原水量： 。

（4）市政中水：由于没有明确的供水时间表，本工程仅预留接口，水量平衡暂不考虑在内。

综合以上四项，非传统水源年收集量：

3.2.2  年用水量计算

（1）绿化灌溉用水：根据青岛气候特点，草坪以暖季型为主，搭配少量冷季型，采用一级养护，绿化灌溉的年均灌水定额取0.28m ³ /m ² .a ^[10-10] ，日均浇水定额取2L/m ² .d。浇洒月份为4月～11月，其他月份植物处于休眠期，不需要浇洒。本项目绿地面积为4005m ² 。

式中： ——绿化灌溉一次用水量（m ³ /d）；

——绿化灌溉年用水量（m ³ /a）。

（2）道路冲洗用水：浇洒道路及广场用水定额取0.5L/m ² .次 ^[10-10] ，浇洒次数按每周两次选择，年均次数按100次估算。本项目道路及广场面积为15640m ² 。

式中： ——道路冲洗一次用水量：（m ³ /次）；

——道路冲洗年用水量：（m ³ /a）。

（3）地下车库冲洗用水：地下车库冲洗用水定额取2L/m ² .次 ^[10-9] ，冲洗次数按每周一次选择，年均次数按50次估算。本项目地下车库面积为66750m ² 。

式中： ——地下车库冲洗一次用水量（m ³ /次）；

——地下车库冲洗年用水量（m ³ /a）。

（4）冲厕：病房设单独卫生间，平均日用水定额为220L/床位.d～320L/床位.d ^[10-8] 。考虑青岛地区属于经济较发达地区，本项目平均提用水定额取300L/床位.d，全年用水。冲厕单项给水百分率按照20％选择，本项目床位数1104。

式中： ——病房冲厕平均日用水量（m ³ /d）；

——病房冲厕年用水量（m ³ /a）。

（5）消防水池补水：此项主要考虑水池外渗、挥发及消防泵试水排水，数量有限，暂不计算在内。

则非传统水源年用水量：

3.2.3  水量平衡分析

通过对非传统水源年收集量和年用水量计算，然后对二者进行比较：

考虑到运输途中及运行过程中的水耗因素，从年用水量指标来看，二者基本达到平衡。

青岛地区降雨量受季节影响较大，夏季降雨较多，6月～8月份降水量约占全年降雨量的57％，春冬季雨水较少 ^[11] 。空调冷凝水主要在医疗综合楼供冷期间产生，青岛地区每年供冷时间相对固定。绿化浇灌并非全年进行，冬天实际用水量较小。针对以上几点，为了更为准确地计算非传统水源的实际用水量，根据青岛地区逐月降雨量及空调制冷月份，进行了月均水量平衡计算，结果详见表1。

3.3  实施细则

3.3.1  设计方案

经过对非传统水源的分类及可使用非传统水源的使用区域描述，结合水量平衡计算结果，本工程确定采用如下方案：对医疗综合楼部分裙楼屋面雨水、中央纯水制水废水及部分空调区域冷凝水进行收集，处理达标后回用于院区绿化灌溉、道路冲洗、西侧及北侧地下仓储式立体车库地面冲洗及医疗综合楼病房区域卫生间冲厕。目前暂使用自来水作为本回用系统的补充水源，预留市政中水接口，作为远期补水水源。本方案一定程度上克服了雨水收集系统的不连续性 ^[12] ，将初投资最大化利用。

3.3.2  机房设计

（1）原水调节池：由于本工程非传统水源采用雨水及其他杂用水，考虑到雨水调节的不确定性高，而且雨水调节容积必须满足海绵城市设置要求，所以雨水系统单设调节池，其有效容积按照海绵城市计算结果，采用150m ³ 。中央纯水废水及空调冷凝水调节池有效容积按照如下公式计算 ^[8-13] ：

式中： ——原水调贮量（m ³ ）；

——中水日处理量（m ³ ），采用非传统水源日用水量；

则调节池有效容积： 。

综上，原水调节水池设两个，其中雨水调节池有效容积150m ³ ，中央纯水废水及空调冷凝水调节水池有效容积75m ³ 。

（2）处理工艺：水处理工艺的选择应根据进水水质及回用水水质标准进行合理选择。对于有雨水作为非传统水源的回用系统，雨水宜单设净化处理工艺。考虑到本工程中央纯水制水废水除含盐量指标较高外，其他指标接近自来水；冷凝水为空气凝结水，水质较接近雨水。两者均不同于传统中水水源所对应的BOD ₅ 指标较高的问题，所以可以合并水处理系统，以减少本系统造价及机房面积。

本工程非传统水源回用于车库地面冲洗及冲厕，存在与人体接触的可能，水质要求较严，系统中必须设置消毒设施，并应在水质净化处理上游投加絮凝剂，提高COD的去除率。

（3）回用水贮存池（清水池）：由于本工程机房与消防水池及消防泵房合建，所以清水池不再单独设置，采用消防水池兼做清水池模式。这样做有诸多好处，既能够促使消防水池水及时更新，省去了消防水池存水处理费用，又能够有效节省造价和机房占地面积。需要注意的是，清水池与消防水池合用需要采取保证消防用水不被动用的措施。清水池有效容积按照如下公式计算：

式中： ——中水调贮量（m ³ ）；

——最高日中水用水量。

调节池有效容积： ，设计取为100m ³ 。

（4）机房平面布置图

完成以上计算过程，结合消防给水系统的计算数据，对机房进行合理布置，如图2所示。

3.3.3  中水给水管路设计

非传统水源经处理合格后贮存到清水池中，下一步就是通过合理的中水给水管路系统以合适的水压将中水分配到各用水区域。中水回用具体管路组织需要考虑合理、便捷、方便使用等因素，管路布置方式与正常生活给水管路类似，但需采取严格的防止误饮误用措施。

本工程中水主要回用于院区绿化灌溉、道路冲洗、西侧及北侧地下仓储式立体车库地面冲洗及医疗综合楼病房区域卫生间冲厕，其中绿化灌溉及道路冲洗需结合景观设计进行。西侧及北侧地下仓储式立体车库采用分单体建筑计量措施，入户设置水表，也便于集中控制。管路设计如图3所示：

中水冲厕是本工程非传统水源回用水量较大区域，采取水池水泵联合供水模式，其中水池与消防水池合用，既可以节省造价，又可以对消防存水进行实时更新，便于保持水质。管路系统采取分区并联多管供水模式，分两个区供应，其中6至10层为低区，11至16层为高区，均由设于消防泵房内两套恒压变频供水机组供水，下供上给，分层分护理单元敷设。为达到节水目的，每层每护理单元均增设计量水表，便于水量计算及成本核算。管路系统如图4所示：

4.1  社会效益

当今时代合理利用水资源已经成为世界各国关注的热点之一。对于中国这样人口基数大，人均水资源不足的大国来说，水资源利用率一直是影响中国经济可持续发展的一个重要因素 ^[14] ，推动非传统水源的合理利用能够有效提高水资源利用率。山东大学齐鲁医院为山东省最具影响力医院，在医院大基建背景下，其工程做法具有良好的示范作用，能够有效带动全省医院建筑对非传统水源利用进行探讨。

非传统水源利用符合现阶段国家海绵城市战略、符合绿色建筑、分质供水等多项国家策略，代表着民用建筑给排水专业水资源利用的前进方向，具有重要的社会意义。

4.2  经济效益

本工程年度非传统水源利用量保守计算为30780m ³ 。青岛市非居民用水综合水价5.4元/m ³ （包含1.4元污水处理费） ^[15] 。经过对同类型、同规模、同工艺调研及多家污水处理专项环保公司同类工程运行数据对比，医院污水处理运行成本约为2.0元/m ³ ～2.5元/m ³ ；本工程选用非传统水源处理工艺运行成本 ^[15] 约为0.15元/m ³ ，所以处理1m ³ 水价差按照2元计算。初投资方面，医院污水处理同等规模、同等工艺可按照6000元/吨估算；非传统水源处理工艺初投资略低，两相抵消本工程不计入，也可以理解为增设非传统水源收集处理装置并不会对整个工程的初投资产生影响。

综合以上各项数据，不考虑输送成本的前提下，本工程采用本方案后年节省费用主要包括两项，一项为自来水水费，另一项为污水处理运行费用：年经济效益=非传统水源利用量×（非居民用水综合单价+水处理运行费用价差）=30780m ³ ×（5.4元/m ³ +2.0元/m ³ ）=227772元。

由于其独特的用水特点，医院建筑非传统水源的利用具有较高的潜力。医院建筑排水种类较多，而且排水水质差异较大，采用何种废水作为非传统水源需要仔细甄别。本文结合实际工程，以海绵城市雨水回用技术为依托，提出将中央纯水制水废水和空调冷凝水等其他非传统水源技术并入雨水回用系统的一整套非传统水源解决方案，并对本方案进行了经济效益分析，希望能够给医院建筑的设计同行提供参考。

非传统水源技术应用要具体工程具体分析，没有统一模板和定论。医院建筑作为最复杂民用建筑，各类管线错综复杂，安装空间非常紧张，非传统水源技术的利用，不能以牺牲空间为代价。方案制定阶段，要对原水种类及回用区域进行严格论证，回收规模和水量计算可以相对保守，充分考虑可实施性及投入产出比。

由于针对医院建筑的本方面可以查阅的资料及文章有限，本文根据笔者多年从业经验，在经济效益分析部分采用了一些经验数据及调研数据，不妥之处还请指正。