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。

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。

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。

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

  • 水出 喜太郎

    水出 喜太郎

    常务执行董事
    工程技术总部 首席执行官

    1994年东京都立大学大学院建筑学专业毕业后入职日建设计。以与建筑共生的工程技术设计为理念,主持参与了YKK80大厦、YANMAR FLYING-Y BUILDING、日本生命东栋、阿南市政府大楼、日生新大阪大厦、福山市学习之馆ROSE COM、堺天然气大厦、COOL TREE等多个项目的建筑环境设计。YKK80大厦是亚洲首个荣获ASHRAE Technology Award First Place的项目。还曾获得JIA建筑环境奖、可持续建筑奖大臣奖、空气调和及卫生工学会技术奖等多个奖项。工学博士、卫生工学领域的注册工程师、一级设备设计建筑师、空气调和及卫生工学会技术研究员,同时也是大阪大学、东京都立大学的外聘讲师。

  • 长谷川 巌

    长谷川 巌

    工程技术总部 设备设计部门 副总裁

    1994年在东京工业大学完成社会开发工学硕士课程后加入日建设计。入职以来,通过松下汐留大厦、Hulic总部大楼、电算新总部大楼等国内外项目,在环境规划和设备设计方面进行了新的尝试。此外,还参与了理化学研究所开发的下一代超级计算机“京”和“富岳”的设备改进等支持最尖端功能的工程设计。所负责项目曾获得可持续建筑奖、空调和卫生工学会技术奖、十年奖等多个重要奖项。
    东京工业大学兼职讲师、日本注册工程师(卫生工学)、设备设计一级建筑师、空调和卫生工学会技术研究员。

  • 青井 健史

    青井 健史

    工程技术总部 可持续设计部门
    设计主管

    2007年在关东学院大学大学院完成硕士课程(卫生工学)后加入日建设计。入职以来,负责办公、商业、酒店、研究所及体育设施等各种用途项目的机械设备设计。在研究所设施领域,曾负责设计国立医药品食品卫生研究所的动物实验室和纳米材料研究室、长崎大学高度传染病研究中心的BSL4研究室、栗田创新中心的超低浓度化学洁净室等要求条件极高的设施。此外,作为卫生设备专家,还致力于实现以有效利用水资源为主题的采用Zero Water Building概念的环保建筑。
    日本建筑学会零水耗建筑建模小委员会委员、给排水设备研究会事业委员会委员。拥有设备设计一级建筑师、CASBEE评估员(建筑)、CASBEE健康办公室评估员资格。

  • 今川 俊文

    今川 俊文

    建筑设计总部 设计部门
    设计总监

    1990年从东京大学工学部建筑学科毕业后加入日建设计。入职以来,在建筑设计部负责保育设施、少年宫、集中供热供冷设施、数据中心、超高层总部大楼、研究所及工厂等广泛领域的设计。近年来专注于研究所和工厂的设计。喜欢深入研究加速器、辐射光、电子基板实验室、液体分析实验室、化学实验室、机械制作工厂、半导体工厂及食品类工厂等的特定条件,致力于实现能够提供惊喜体验的设施。

  • 头井 秀和

    头井 秀和

    建筑设计总部 设计部门
    设计主管

    2010年从早稻田大学大学院创造理工学研究科建筑学专业毕业后加入日建设计。入职后,在建筑设计部门参与设计了学校、办公楼、研究所、工厂和住宅等各种类型的建筑。主要负责项目有港区立小中一贯教育校白金之丘学园、早稻田大学高等学院72-2·73·73-3号楼、全药工业研发中心、栗田创新中心、武蔵藤泽之家等。最喜欢的一句话是“像恶魔一样细心,像天使一样大胆”。

  • 田中 雄辅

    田中 雄辅

    建筑设计总部 设计部门

    2005年从长冈造形大学环境设计学科毕业后加入日建设计。入职以来,在建筑设计部门参与设计了展览馆、电波塔、自行车停放设施、实验设施、物流设施、工厂及研究所等广泛领域的项目。代表作品包括东京晴空塔、押上站前自行车存车处、丰洲市场、美泉宫工厂、栗田创新中心等。

  • 水野 悠一郎

    水野 悠一郎

    建筑设计总部 设计部门

    2011年从东京艺术大学大学院建筑专业毕业后,入职瑞士的设计事务所D.Jungling und A.Hagmann Architecten,后于2015年加入日建设计。入职以来在建筑设计部门负责生产设施、机场、工厂及研究所等方面的设计。主要负责项目有全药工业研发中心、栗田创新中心、先进制造业中心(AMC)等。

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