通过零水耗建筑解决水资源问题的挑战
~栗田创新中心~
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水是一切生命之源,也是日常作为饮用水、生活用水、农业用水和工业用水使用的最重要的资源。近年来,由于城市人口增加和气候变化等影响,水资源短缺问题在全球范围内日益严重。为此,人们开始呼吁保护并有效利用有限的水资源。日建设计也正在努力从建筑设计和城市规划的角度解决水资源问题。本篇将在介绍日本现状的基础上,就有助于解决问题的“零水耗建筑(Zero Water Building)”的概念及其应用案例进行说明。
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对水资源有较高需求的日本面临的问题
在日本,给排水设施的普及率很高。不管任何时候,只要打开水龙头就会流出干净的自来水,用过的水也会立刻通过地沟排放出去。由于在日常生活中感受不到用水不便,因此人们认为日本民众很难切身体会到与水相关的问题。事实上,数据显示,日本的生活用水消耗量在人均水资源量中所占的比例高于其他国家。
人们可能会认为水资源的枯竭和污染是远在天边的事情,跟自己的生活关系不大。但事实上,日本的水资源严重依赖国外。这是因为日本需要进口许多食品和工业产品,而在这些产品的生产过程中需要使用大量的水。一旦停止进口转而在本国生产的话,日本国内将无法满足农业、畜牧业和工业的用水需求。因此,全球的水资源问题绝非事不关己。
日本的给排水系统如今正面临着各种问题,如在高速发展时期集中建设的基础设施的老化,以及人口减少导致的维护成本的地区差距扩大化。随着突发性集中暴雨和水灾的发生愈加频繁,下水道的负荷不断增加,这一点不容忽视。城市地区在进行大规模再开发时,即使想要扩建给排水设施,由于狭窄道路的地下已经埋设了各种基础设施,因此会出现空间不足的问题。由此可知,避免增加基础设施的负担是至关重要的。
人们可能会认为水资源的枯竭和污染是远在天边的事情,跟自己的生活关系不大。但事实上,日本的水资源严重依赖国外。这是因为日本需要进口许多食品和工业产品,而在这些产品的生产过程中需要使用大量的水。一旦停止进口转而在本国生产的话,日本国内将无法满足农业、畜牧业和工业的用水需求。因此,全球的水资源问题绝非事不关己。
日本的给排水系统如今正面临着各种问题,如在高速发展时期集中建设的基础设施的老化,以及人口减少导致的维护成本的地区差距扩大化。随着突发性集中暴雨和水灾的发生愈加频繁,下水道的负荷不断增加,这一点不容忽视。城市地区在进行大规模再开发时,即使想要扩建给排水设施,由于狭窄道路的地下已经埋设了各种基础设施,因此会出现空间不足的问题。由此可知,避免增加基础设施的负担是至关重要的。
通过在建筑和场地内的循环式用水,实现水收支净零目标
资料来源:Net Zero Water Building Strategies, United States Department of Energy, Energy Efficiency and Renewable energy,https://www.energy.gov/femp/net-zero-water-building-strategies
在此背景下,零水耗建筑(Zero Water Building,以下称为ZWB)的概念开始受到建筑行业的关注。ZWB是一种“水资源自立循环型建筑”,通过在建筑中尽可能地节约用水和废水再利用,以及让雨水渗入场地土壤变回水源,来减轻基础设施的负荷。从用水总量中减去再利用和渗透的水量后小于等于零的建筑物被定义为ZWB。
如果引进水处理设备来实现ZWB化的话,虽然会增加建筑物的能耗和二氧化碳排放量,但整个地区的能耗和二氧化碳排放量反而很可能会减少。与在给排水设施中进行水处理的情况相比,ZWB通过循环利用水资源为节能减排做出了贡献。毫无疑问,ZWB还能在发生灾害时作为BCP(业务连续性计划)和 LCP(生活连续性计划)的相关措施发挥作用。一旦基础设施中断,给排水出现问题,工作和生活就会立刻陷入瘫痪。由于ZWB配备了雨水和井水利用设备等,可以在基础设施恢复之前较好地确保水资源的供应。
国外已有对ZWB进行评估的认证制度,如美国的LEED Zero water certification和印度的Net Zero Water Rating System等。获得高评级不仅会提升不动产的价值,还会成为吸引ESG投资的卖点。希望日本也能制定自己的评估指标,以促进水资源的有效利用。
如果引进水处理设备来实现ZWB化的话,虽然会增加建筑物的能耗和二氧化碳排放量,但整个地区的能耗和二氧化碳排放量反而很可能会减少。与在给排水设施中进行水处理的情况相比,ZWB通过循环利用水资源为节能减排做出了贡献。毫无疑问,ZWB还能在发生灾害时作为BCP(业务连续性计划)和 LCP(生活连续性计划)的相关措施发挥作用。一旦基础设施中断,给排水出现问题,工作和生活就会立刻陷入瘫痪。由于ZWB配备了雨水和井水利用设备等,可以在基础设施恢复之前较好地确保水资源的供应。
国外已有对ZWB进行评估的认证制度,如美国的LEED Zero water certification和印度的Net Zero Water Rating System等。获得高评级不仅会提升不动产的价值,还会成为吸引ESG投资的卖点。希望日本也能制定自己的评估指标,以促进水资源的有效利用。
日本首个ZWB将有效利用水资源做到极致
位于东京都昭岛市的“栗田创新中心(Kurita Innovation Hub)”是水处理领域领军企业栗田工业的研发中心。日建设计在日本首次引入ZWB的概念,以充分有效利用水资源为目标进行了建筑设计。昭岛市是东京都内唯一一个仅以地下水作为自来水水源的地区,地区条例规定不能让雨水流入下水道,而是要渗透到土壤中,是一座“水循环之城”。建筑所在的场地被一条公共道路分为南北两部分,北侧的研发楼与南侧的综合楼通过连廊相连。
为了将整个设施的自来水使用量降至最低,建筑采用了超节水型的厕具和水龙头等。除了饮用水和洗手用水外,其他用途的全部使用再生水。研发楼设有排水处理设备和纯水制造设备,设施排出的废水按系统分别处理。针对各种废水通过相应的优化处理流程,降低了设备的负荷,从而实现了较高的废水回收率和节能效果。
为了将整个设施的自来水使用量降至最低,建筑采用了超节水型的厕具和水龙头等。除了饮用水和洗手用水外,其他用途的全部使用再生水。研发楼设有排水处理设备和纯水制造设备,设施排出的废水按系统分别处理。针对各种废水通过相应的优化处理流程,降低了设备的负荷,从而实现了较高的废水回收率和节能效果。
场地和建筑的水循环流程
根据废水种类优化处理流程
建筑外装呈现出水处理企业的风格,许多管道形状的金属管排列成百叶窗的样子。金属管的排列既具有设计感,又能起到雨水管收集雨水的作用。场地内设有约1,600㎡的大型雨水蓄渗设施。金属管输送的雨水可以暂时储存或渗透到土壤中,这将有助于水资源的有效利用、地下水回补和减轻水灾。
作为雨水管利用的外装管道
通过雨水蓄渗设施回补地下水
在日本,虽然人们在日常生活中尚不能认识到水资源的问题,但在不远的将来,水或许将不再是理所当然的存在。随着人们对水资源问题和水循环重要性认识的不断深入,ZWB的概念普及和社会应用也有望取得进展。日建设计将利用迄今为止积累的节能建筑知识,在保持水和能源平衡的同时,提案符合各种条件的ZWB,迎接通过建筑解决水资源问题的挑战。
照片TOP、2、3:关拓弥
照片TOP、2、3:关拓弥