在建筑给排水系统中嵌入可持续性设计-外文翻译 20页

EmbeddingsustainabilityinthedesignofwatersupplyanddrainagesystemsforbuildingsAbstractInaddressingsustainabilityissuesforthebuiltenvironment,focusisoftendirectedtowardsminimisingenergyconsumptionandmaterialuse.Oftenforgottenhowever,isthepotentialfortheintegrationofsustainablesolutionswhendesigningwaterandwastemanagementsystemsforbuildings.Thefundamentalfunctionsofsuchsystemsareclearlyrecognised,buttraditionaldesignprinciplesoftenconstrainopportunitiesforperformanceenhancementandforwaterandpipeworkeconomies.Toanextent,thisisunsurprising,giventhebasicpremisethatsteady-stateanalysisofflowsunderpinsmanyofthecodesandguidelinesusedworldwide.However,advancesinsimulationmethodsmeanthatsystemperformanceresultingfromtheuseofnewtechniquesandfromtheintegrationofinnovativeandmoresustainabledesignapproachescannowbefullyassessed.Thispaperprovidesanoverviewofthewatersupplyanddrainagesystemsforbuildingswhoseperformancehasbeenassessedthroughthedevelopment,atHeriot–WattUniversity,ofasuiteofnumericalsimulationmodels.Thesemodelsaccuratelypredict,usingappropriateformsoftheSt.Venantequations,thepressureandflowregimewithinsuchsystemsbyapplyingtheMethodofCharacteristicsfinitedifferencetechnique.Thepaperprovidesthreedifferentexamplesofapplication,wherethefocusofeachisonembeddingsustainabilityindesign.1.IntroductionInprovidingwatersupplyandwastemanagementsystemsforbuildings,itisessentialthatperformanceisassured.Keyfunctionsencompass:theprovisionofpotablewaterandthatrequiredforbasichygiene;theremovalofwaterthathasbeencontaminatedwithwasteproducts;andtheprovisionofaphysicalbarrierbetweenthepotentiallyharmfulmiasmapresentindrainpipesandsewersandthehabitablespace.Itisalsoimportantthatthebuildingusestobestbenefit,anyimpingingrainwateraswellasanyresultantwastewater,thusreducingunnecessarywastageandlimitingtheloadingonseweranddrainagenetworksand/orcollectionsystems.Sustainabilityshouldunderpindesigntheoryineachoftheseaspectsthroughlimitingwatersupplyandconsumption,andthroughreducingmaterialuse,costandenvironmentalimpact.Watersupplyanddrainagesystemsforbuildingsthereforeprovideanumberof20\nopportunitiesfortheintegrationofsustainablesolutions,however,thesemustbeachievedwithoutcompromisingperformance,andthus,theresponseofsystemsduringusemustbefullyunderstood.Oftentheapproachadoptedforthedesignofwaterandwastewatersystemsisbasedupontheapplicationofsteady-stateprinciplesinordertodetermine,forexample,flowloadingorpressureresponse.Althoughsuchmethodsfacilitatesystemspecificationinasomewhatdeterministicfashion,theyseldomprovidetheopportunitytoassessthetime-dependentresponseofsystems–informationthatcanreadilyinformkeydesigndecisions.Thefollowingtextwillthereforeillustratehowanunderstandingofthedynamicresponseofsystemscoupledwiththedevelopment,atHeriot–Watt,ofasuiteofnumericalsimulationmodelshasfacilitatedtheeffectiveandefficientdesignandanalysisofwatersupplyanddrainageforbuildings,therebyenablingacomprehensiveassessmentofthepotentialforintegrationofinnovativeandsustainabledesignsolutions.Itisworthnotingatthispointthat,throughoutthispaper,theterm‘watersupply’willbepresentedwithinthecontextofwaterusewithinthebuildingthat,indirectly,dictatessupplyfromlargescalenetworks.EachcomponentmodelcontributingtothesuitedevelopedatHeriot–WattutilisestheMethodofCharacteristicstechnique.ThistechniquewasfirstusedbyMassauin1900toanalyseopenchannelflow,andthenbyLamoenin1947toanalysewaterhammer,andtransformstheappropriateformsoftheSt.Venantequationsofcontinuityandmomentumintoapairoftotaldifferentialequationssolvablebyfinitedifferencemethods.TheseequationsaretermedtheC+andC−characteristics,anddefinetheconditionsatanodeonetimestepinthefutureintermsofcurrentconditionsatadjacentupstreamanddownstreamnodes.Thefinitedifferencegridisdefinedusingtheindependentvariablesdistance,xandtime,t,linkedwithdependentvariables,eitheruandc–fluidvelocityandpropagationwavespeedforairoruandh–fluidvelocityanddepthforfreesurfacewater.Itwillbeappreciatedthatatsystemboundaries,anadditionalequationisrequiredtocompletethefinitedifferencesolution.Equationsarethereforedefinedattheselocations,andprovideinformationonthestaticordynamicbehaviour,asappropriate,oftheboundary.ThetheoreticalandempiricaldefinitionoftheseboundaryconditionequationshasformedthefocusofbothpastandpresentresearchatHeriot–Watt,andhasfacilitatedthedevelopmentofthethreecomponentmodelsreferredtointhistext–DRAINET,AIRNETandROOFNET.AllthreearebasedontheMethodofCharacteristicstechniquedescribed,andeachhasbeensuccessfullyusedtoenhancethedesignapproachforrelevantsystems.DRAINETdealswiththetransientanalysisofpartiallyfilled,i.e.freesurface,pipeflow,predominantlyaddressingthe20\nperformanceofinternalbuildingdrainagesystems.Itsapplicationhasrecentlybeenextendedtoencompasslocalexternaldrainagesystemswheretheflowregimemaystillbecharacterisedbywaveattenuation.AIRNETexaminesthetransientresponseofdrainageventilationsystems,bypredictingthepressureandairflowthatinfluencestheintegrityofthewater-basedappliancetrapseal,whereasROOFNETassessestheperformanceofbothconventionalandsiphonicrainwaterdrainagesystemsforbuildings.Itwillbeappreciatedthat,toanextent,ROOFNETandDRAINETcanbeoperatedjointlytofacilitatethepredictionofrainwaterconveyancefromroofsurfacesthroughtolocaldrainagesystems.Thispaperwillillustrate,throughtheuseofexamples,howthesemodelcomponentsmaybeappliedtointegrateandembedsustainabilityinthedesignofwatersupplyanddrainagesystemsforbuildings.2.Potablewateruseandtheimpactofreducingw.c.flushvolumesThedefinitionofsustainabilitymay,andoftendoes,differdependinguponthecontextwithinwhichitisset.Formanydevelopedcountries,sustainabilityfocusesonreducingoroptimisingtheuseof,forexample,energyormaterials,whereasinotherregions,sustainabilityismoreaboutthestableprovisionofbasicneeds.Withinthelattercontext,andsetagainsttheUN'sMillenniumDevelopmentGoals,onekeyaim(conveyedintheUN'sTaskForceonWaterandSanitation)isto‘halve,by2015,theproportionofpeoplewithoutsustainableaccesstosafedrinkingwaterandbasicsanitation’[1].Itthereforeseemscounterintuitivethatinmanycountries,asignificantproportionofthepotablewatersupplytobuildingsisusedforw.c.flushing.Thedirectcostsavingsassociatedwithanyreductioninw.c.flushvolumethatarisefromtreatmentprocessesaloneareclearlysignificant,andwhencoupledwithindirectsavingsfacilitatedbyareductioninpipesizeforbothsupplyanddrainagesystems,increaseyetfurther.Proposalstointroduceanysignificantreductioninw.c.flushvolumehowever,areoftenmetwithconcernsovertheefficiencyoftheremovalofwasteandotherproductsfromsanitaryappliances,andoftheirconveyancethroughassociateddrainagenetworks.IntheUK,aflushvolumeof40lhadbeenrecognisedasexcessiveasearlyasaround1900,howeverfollowingadramaticreductionto9.1l(2gallons),itthentookanumberofdecadesbeforeanyfurthersignificantreductionswereimposed.Statutoryregulations,implementedby2001[2],nowstipulate,forinstallation,amaximumflushvolumeof6landareducedflushvolumenotgreaterthantwothirdsofthemaximum,therebytargetingtheseeminglydisproportionatelevelofaroundonethirdofdomesticwatersupplycurrentlyusedforw.c.flushing[3].20\nAssuminganywasteproductsareeitherorganicorthattheycomplywithacceptedflushabilitycriteria,thefocusthereforeshiftstotheperformanceofthepipeworkthatconveysthiswastetoadownstreamdrainorsewer.Theflowregimeinthepipeworkservingthesanitaryapplianceisinherentlyunsteady,andtherehasbeenasubstantialbodyofworkundertakenatHeriot–Wattandelsewhere,withtheaimofpredictingtheimpactofdesignchangesand/orchangesinwaterconsumptionuponthedrainlinecarryofdiscretesolids.Beingabletopredictthelocationofsoliddeposition,andbeingabletotakepreventativeaction,clearlyavoidsthepropensityforblockage.Thefollowingtextpresentsastraightforwardexampleofhowtheperformanceofpipework,whensubjectedtovariablew.c.dischargevolumes,canbeassessedusingDRAINET.Inthiscase,thedischargevolumefromtheapplianceshownconnectedtoPipe2,Fig.1,hasbeenvariedbetween9,6,4.5and3l.EachofthefourflushvolumesselectedwasrepresentedusingaprofileofthetypealsoshowninFig.1.Inthisexample,thetimeatwhichthesolidleavestheappliancewasvariedappropriatelytoensurethat,inallcases,thisprecededthepointatwhichpeakflowdischargeoccurs.Thisisimportant,asitiswellknownthatinadditiontodischargeprofile,solidparameters,andpipeslope,diameter,roughnessand‘base’flow,thesoliddischargetimerelativetotheoverallflushduration(i.e.therebydefiningthe‘trailingvolume’)hasasignificantinfluenceondrainlinecarry(whereearlysolidremovalensuresagreatertraveldistance)[4].Inthissimulation,asecondw.c.withaflushvolumeof3lisconnected5mdownstream,but,initially,wasnotoperated.Alldownstreampipeworkwasspecifiedas100mmdiameter,setataslopeof1in100.ThroughtheuseofDRAINET,itispossibletosimulateboththefreesurfaceattenuationofthedischargeflowfromthew.c.andthelocationatwhichanydepositionofadiscretesolidwilloccur.Thisrequirestheinclusionofpre-definedboundaryconditionequationsthatlinkflowdepth,flowrateand/ortime,andthatdetermineconditionsatthelocationsofcomponentsofthephysicalsystem,forexample,pipejunctionsandhydraulicjumps.Equationsdefiningtheflow20\nconditionsatthelocationofanydiscretesolidsarealsorequiredtofacilitatethesimulationof(bothsingleandmultiple)soliddeposition.Fig.2showshow,foraflushvolumeof9and6l,thepointofdepositionofthesolidliesbeyondthenetworkmodelledi.e.beyond9m,therebyindicatingthatthesolidhassuccessfullybeenconveyedtoanappropriatedownstreamconnection.Forflushvolumesof4.5and3l,thetraveldistancesare7.9mand5.9mrespectively,thusindicating,inbothcases,depositioninPipe3.Thisscenarioisoftenperceivedasafailureofthesystemtoberemediedbyanincreaseinflushvolume,however,byadjustingthepipediameterto75mm,itcanbeshown,Fig.2,thatthedrainlinecarrycanbeextendedtobeyond9mand7.8m(forthe4.5and3lflushrespectively).Itwillbeappreciatedthat,foradownstreamconnectionpointlocated9mfromtheappliance,thedischargefromthe3lflushremainsinsufficientintermsofconveyance.However,throughthesimulationofasubsequent3lflushfromPipe1(representing,forexample,dischargefromanadjacentpropertyorroom)ata(simulation)timeof30s,flowconditionscanextendthetraveldistanceforthissolidbeyondtheminimumrequired.Fig.2.Comparisonofsoliddeposition,aspredictedbyDRAINET,arisingfromw.c.dischargewithvariablewaterconsumption.Viewthumbnailimages20\nThisexampleillustrateshowareductioninflushvolumeneednotbeaccompaniedbyareductioninthedrainlinecarryperformanceofthenetwork.Inthiscase,conveyancewasfacilitated,inthemain,byareductioninpipediameter.Asimilarimprovementcanbeimplementedthroughanadjustmentofpipeslope,orbyassessingcombinedorsequentialdischargeflows.Itwillbeappreciatedthat,althoughtheexamplepresentedhereinisbasedupontheuseofonlythreepipes,DRAINETisclearlycapableofsimulatinganynumberofpipesrepresentativeofatypicalbuildingorasmallclusterofbuildings,andcanthereforereadilyprovideinformationonthebestapproachwhenimplementingwaterconservationpoliciesorwhenpursuingsustainabilityinthedesignofwatersupplyanddrainagesystems.3.MaintainingaphysicalseparationbetweenthehabitablespaceandthedrainagepipeworkItwillbeappreciatedthatanyunsteadyflowfromadischargingappliancewillnaturallygeneratepressurechangeswithinapipenetwork.Thisisparticularlytruewhenverticalpipesaresubjectedtodischargeflowthatformsawaterannulusandwhereanassociatedairflowisentrainedfromsystemventlocations.Anypressurechangewithinthedrainagepipenetworkwillclearlyhaveaneffectupontheoverallresponseofthesystem,howeveritispredominantlythetransientnatureofpressureexcursionsthatinducesthepotentialfordepletionoftrapsealwater.Typically,thewater-basedtrapsealprovidesthephysicalbarrierbetweenthehabitablespaceandthemiasmapresentinthepipeworkthatservesthebuildingandprovidesaconduittothesewersystem,anditisthereforeimportantthatanypressurechangesthatmightdisplacethiswater,therebycompromisingtheintegrityofthebarrier,areminimised.Airpressuretransientsaremostcommonlygeneratedwithindrainageandventilationpipeworkwhenthereisarelativelyrapidchangeintherateofthedischargeflowfromoneormoreappliances.Fig.3illustrateshowtheformationoftheannuluswithinthevertical,or‘stack’,pipeentrains,thoughtheprincipleof‘no-slip’,anairflowthat,inmostcases,isdrawnfromtheupperstacktermination.Fig.3alsoshowshowachangeinthedischargeflowrateatagivenpointiscommunicatedthroughthesystembymeansofachangeinairpressure,andhow,whenventilationisprovidedbytheupperstacktermination,resultsinanimposedchangeinpressureatallconnectedtrapsencountered‘enroute’.20\nFig.3.Annularflowinthestackpipewhereachangeindischargeflowrateresultsinanairpressuretransientforwhichreliefisprovidedbytheupperstacktermination.ViewthumbnailimagesTheHeriot–Watt-developednumericalmodel,AIRNET,similarlyusestheMethodofCharacteristicstechniquetofacilitatethepredictionofwholesystempressureandairflowresponse.Boundaryconditionsagainrequiredefinitiontoenablesystemsimulation,andasignificantcomponentoftheworkundertakenatHeriot–Watthasfocussedonthecharacterisationofappropriatetheoreticalandempiricallyderiveddescriptivealgorithmsrepresentingboththesystem‘drivers’andcomponents[5].Themodelalsoencompassesanadvancedapproachtothesimulationofthewater–airinterfaceshowninFig.4that,throughtheintegrationofdimensionlessvelocitydifferentialterms,releasesthemodelfromtheconstraintsof‘singledischargeflow’simulationtoenableananalysisofmultiplebranchinletflows[6].Flexibilityofsystemspecificationasinputdata,coupledwithappliancedischargepatternsthusallowsthepredictionoftransientairflowandpressures,andtrapsealretentionlevels,therebyprovidinganimportantstepforwardintheabilitytoassesssystemperformanceinresponseto20\nchangesinitiatedinthepursuitofsustainability.Fig.4.Anillustrationofhowcontroldevicesprovideeffectiveventilation.ViewthumbnailimagesWaterconservationcanclearlyhaveanimpactupontheflowregimewithinthisdrainagepipework.Generally,theeffectofareductioninflowvolumeischaracterisedbyanoverallreductionintheterminalwatervelocitywithinthestack,henceresultinginacorrespondingreductioninairentrainmentandsystempressure.Itwillbeappreciatedhowever,thatreduced-volumeappliancedischargeprofilesremainnotablytime-dependent,andtheimpactoftransientpressuresmustthereforecontinuetobeassessedinordertoensuretrapsealintegrity.Theabilityofthesimulationmodeltoaccuratelypredictsystempressuresnotonlyintroduces20\nthepotentialforasignificantreductioninwaterconsumptionthroughtheuseoflow-flushw.c.'s,butalsofortheintegrationofdesignsolutionsthatyieldpipeworkeconomies.Thebenefitsofreducedpipeworkcostsareclearandtheseareenhancedyetfurtherwheninstallation,maintenanceandspacecosts,aswellasenvironmentalimpactfactorsaretakenintoaccount.Abriefreviewofthehistoricaldevelopmentofdrainageventilationsystemsshowshow,acrossthepastcentury,systemsintheUKandEuropehaveprogressedfromtheoverly-cumbersometwo-pipesystem(comprisingfourverticaldownpipes)throughtheone-pipesystem(withtwoverticalpipes)andonto,forbuildingsuptoaheightofaround30storeys,thesinglestacksystem(withonlyoneverticaldownpipe).Insomeregionsoftheworld,theuseofthesinglestacksystemhasbeenavoidedduetoconcernsrelatedmainlytothepotentialforthegenerationofexcessivepressureexcursions,however,theabilitytounderstandtheoriginandnatureoftheinherentlyunsteadyflowconditionsthatcharacterisesuchsystemsshouldallaysuchconcerns.Notonlycanitbeshown,usingnumericalsimulationtechniques,thatthesinglestackisviable,performswellandreducestheneedforpipework,AIRNETalsofacilitatesanassessmentofoverallsystemperformanceunderpre-definedconditionsand/ortheinstallationofinnovativeandsustainabledesignsolutions.4.ConcludingcommentsThispaperhaspresentedabriefoverviewofhowdevelopmentsindrainagesystemflowmodellingundertakenatHeriot–WattUniversityhavenotonlyenhancedknowledgeofsystemperformancebuthavealsofacilitatedthetimelyexplorationofthesuitabilityofarangeofinnovativesystemcomponentsandsustainabledesignsolutions.ThecommonapproachadoptedbyeachoftheHeriot–Watt-developedcomponentmodelshasbeenhighlighted,andexamplesofapplicationpresented.Theabilitytomodelfreesurfaceflowsanddiscretesoliddeposition,usingDRAINET,clearlyfacilitatesanassessmentoftheimpactofreduceddischargevolumesfromsanitaryappliances,inparticularthew.c.–adisproportionatelyhighpotablewaterconsumer.Theexamplepresentedhereindemonstrateshowsuchreductionsneednotresultindiminishedperformance,asconveyancecanbeenhancedthroughalternativedesignmeasuressuchasareductioninpipediameter,oranincreaseinpipeslope.Theabilityofthemodeltosimulatemulti-level,multi-appliancenetworkshasalsobeenhighlighted.Bybeingabletoassessthetransientpressureandairflowresponseofdrainageventilationsystems,applicationoftheAIRNETmodelhasallowedthecorroborationofthetransmissionroute(throughdrytraps)oftheSARSvirusinAmoyGardens,HongKongin2003.Inaddition,ithasbeenshowninthispaperhowtheintegrationofappropriatelydistributedpressurecontrol20\ndevicescansignificantlyreducetheneedforcomplexandcostlypipeworkdesigns.Theviabilityofa‘sealed’buildingdrainagenetworkhasalsobeendiscussed.Themethodofassessmentofroofdrainagesystemperformancehasbeenpresented,andithasbeenshownhowtheROOFNETmodelcanbecoupledwithDRAINETtoassesstheconveyanceofrainwaterfromtherooforlocalsurfaceareathroughtoanappropriatesewerconnectionpoint(asdeterminedbytheprevalenceofattenuatingflowconditions).Resultsshowhowtherun-offfromimpermeablesurfacesdominatessystemloadinginthisintermediatepipenetwork,andhowofflinestoragecanbeusedtoavoidfloodingortocollectwater.Thepaperthereforedemonstrateshowefficacyandefficiencyindrainageprovisionneednotbesubjectedto‘over-design’,i.e.throughexcessivewateruseand/orcumbersomepipeworkinstallations,andhowbuildingdrainagesystemsneednotbeconstrainedbythesomewhatdeterministicsteady-stateprinciplesunderpinningmanynationalcodes.Applicationofthemodelsdiscussedhereinaffordakeyopportunitytoassessthetransientresponseofsystemsandtointegratesustainablesolutionsthatbothindividuallyandcollectivelyinduceasignificantpositiveimpactuponwaterconsumptionlevelsanduponfinancialandenvironmentalcostsassociatedwithwatersupplyanddrainageprovision.20\n在建筑给排水系统中嵌入可持续性设计文摘在解决可持续发展问题的建筑环境、焦点往往是指向减少能源消耗和材料使用。经常被遗忘的然而,潜在的为一体的可持续的解决方案设计时,水和废物管理系统对建筑物。这类系统的基本功能,有明确的共识,但传统的设计原则经常约束的机会对水和性能的提高、经济的位置。在某种程度上,这并不令人惊讶,因为稳态分析的基本前提,巩固的流动的许多法规和方针在全球范围内使用。然而,先进的模拟方法意味着系统性能造成使用新技术和集成创新的和更具可持续性设计方法可以全面评估。本文概述了建筑给水和排水系统,其性能已被评估过通过发展赫瑞瓦特大学,一系列的数值仿真模型。这些模型准确地预测,利用适当的形式的摩根电子方程、压力和流量的政权在这样一个系统运用有限差分技术方法的特点。提出了三种不同的应用实例,在焦点都是在嵌入式领域的可持续发展1介绍在提供给水和废物管理系统的建筑,它是必要的,性能是保证。主要功能包括:提供饮用水和所需基本卫生;除去水分,垃圾污染了产品,并提供一个物理屏障潜在有害瘴气出现在给排水管道和下水道和居住空间。同样重要的是,建筑采用最佳效益,任何规则雨水以及任何合成废水,从而减少不必要的浪费和限制,装上下水道和排水网络和/或收集系统。可持续发展应该支撑设计理论在每一种方面通过限制给水和消费,并且通过降低材料使用、成本和环境影响。摘要给水排水系统对于建筑因此提供大量的机会为一体的可持续的解决方案,然而,这些必须达到性能的前提下,因而,回应的系统在使用过程中必须充分了解。经常采用的方法设计的水和废水系统是基于稳态原理的应用,以决定,例如,流量负载或压力响应。虽然这些方法便于系统规格以某种确定性时尚,他们很少有机会评估提供含回应的系统-信息,可以很容易地通知关键设计决策。下面的文章将因此说明一个理解的动力学响应系统耦合与发展,在瓦特,一组数值模拟模式已经促成有效和高效的设计与分析,建筑物给水排水,从而使其潜在的综合评价为一体的创新和可持续发展的设计解决方案。值得注意的是在这一点上,在本文所提出的给水"会在其职权范围内用水的建筑物内,间接的,规定供应大型网络。每个组件模型有助于套房开发利用赫瑞瓦特特征线法技术。这种技术第一次用于1900年Massau明渠流分析,然后在1947年Lamoen分析水锤,并改变了适当形式的摩根电子连续性方程和动量成一双总微分方程的解的有限差分方法。这些方程被称为C+和C−20\n特点,确定条件节点一次踩在将来就现状上游和下游相邻节点。有限差分网格定义使用独立变量的距离,x和时间,t因变量联系在一起,要么你和c-流速和传播波速度,对空气或u和h-流体速度和深度的自由表面的水。它将不胜感激,在系统边界,有一个附加的方程有限差分需要完整的解决方案。因此,在这些方程定义位置,并提供了信息静态或动态行为,适当的边界。在理论和实证的定义这些边界条件方程已形成的焦点,不管是过去还是现在的研究在瓦特,促成了三元件模型的发展所DRAINET文本-,AIRNET和ROOFNET。三是基于特征线法技术,阐述了每一个已成功用于提高设计方法,为相关的系统。DRAINET处理部分灌装的瞬态分析,即自由表面、管道流动,主要解决内部buildingdrainage系统的性能。应用最近已经扩展到包括当地外部排水系统在水流流态特征仍会衰减。AIRNET检视瞬态响应的排水通风系统,以预测其压力以及气流影响了完整的水性电器陷阱密封,而ROOFNET性能的评估包括传统的和siphonic雨水排水系统对建筑物。它将不胜感激,在某种程度上,ROOFNET和可操作DRAINET共同促进预测的雨水从屋顶表面通过运输当地排水系统。本文将说明,通过使用的例子,这些模型组件可以应用到整合并嵌入可持续性设计中给水和排水系统的方法对建筑物。2饮用水使用的影响减少厕所冲洗卷可持续发展的定义,并经常这样,取决于不同的脉络是集。对于许多发达国家,可持续发展主要集中在减少或优化使用,例如,能量或材料,而在另一些地区,可持续发展更多的是关于稳定提供的基本需求。在后者语境,反对联合国千禧年发展目标,有一个关键的目标(传达出联合国水与卫生工作小组是“减半,到2015年,这个比例的人没有可持续获得安全饮用水和基本卫生设施的[1]。因此似乎违反直觉的,在许多国家,相当比例的建筑potablewatersupply用于厕所冲洗。直接节省成本之任何厕所冲洗体积减少由于单独处理过程显然是重要的,加上间接储蓄得益于减少管道尺寸对于给排水系统,增加另一个。建议把任何一个厕所冲洗体积显著下降,然而,经常遇到关切的去除效率浪费和其他产品从卫生设备,和他们的交通工具通过排水网络有关。在英国,冲洗体积被认定为40l有过度早在1900年左右,然而随大幅降低到9.1l(2加仑),然后把许多年之前,任何进一步的大幅减少并实施。法规,执行2001[2],现在规定,安装,最大冲刷6l的体积和降低冲洗量不大于三分之二的最大,从而针对看似不成比例水平大约三分之一的国内给水目前用于厕所冲洗[3]。假设任何废物或有机或者他们符合公认的flushability标准,重点分析了因此转移到性能的位置,传递到下游废水排放或下水道。在管道上的水流流态服务卫生用具是固有的不稳定,已经有大量的工作在进行瓦特和其他地方,目标是预测对设计的影响,修改和/20\n或变更在drainline用水量进行离散固体。能够预测位置的固体沉积,并能够采取预防措施,清楚地避免堵塞的习性。下面的文章提出了一种简单的例子管道上的表现,当受到变量的厕所排泄卷,都能被评估DRAINET使用。在这种情况下,流量从电器显示连接管2,图1,一直都介于9、6、4.5至3l。每个四冲卷代表选择使用的类型轮廓也显示在图1。在这个例子中,次固体离开电器是多样的适当的保证,在所有情况下,这个在这一点洪峰流量发生。这是重要的,因为众所周知,除了排放剖面、固体参数、管道的坡度、直径、表面粗糙度和'基地'流程、固体放电状态时间相对于整体冲洗时间(即从而确定“跟踪体积”)有显著的影响drainline携带(在早期的固体去除确保一个更大的出行距离)[4]。在这个模拟,另一个与冲洗厕所的体积3l连接下游5米,但最初,没有操作。所有的下游位置被指定为直径100毫米,设置在一个斜坡在100年。通过使用DRAINET理论上是可行的,模拟两个自由表面衰减卸货流动的厕所和位置的任何沉积对离散固体会发生。这需要包含预定义的边界条件方程连接流量深度、流量和/或时间,确定条件地点元件的物理系统,例如,管道连接和水跃。方程定义与水流条件的地点的任何离散固体也需要推动仿真(单体及多)固体沉积。图2显示,冲洗体积的9号和6l,重点沉积的固体不在网络模型即超过9米,从而表明固体已成功转让给任何一个适当的下游连接。为冲洗卷的4.5至3l,旅行的距离是7.9米和5.9米分别,从而表明,在两种情况下,沉积在管道3。这种情况下通常是被看作是一个失败的系统,此外,在增加冲洗体积,然而,通过调整管的直径为75毫米,它可以证明,图2,drainline携带可以延长到超出9米和7.8米(4.5至3l冲洗分别)。它将不胜感激,对于一个下游的连接点位于9米从电器、出院3l冲洗仍然不够从运输。然而,通过模拟之后3l冲洗从管道1(代表,例如,出院相邻的财产或房间)(模拟)30年代,流条件下可以延长传输距离远为固体超越的最低的要求。20\n这个例子说明如何减少冲洗体积不需要伴随减少drainline携带网络性能。在这种情况下,推动交通工具在大多数情况下,减少管的直径。一个类似的提高可以实现通过调整管斜坡,或通过评估合并或者顺序放电流量。它将不胜感激,尽管这里提供的例子是基于使用只有三个管道,DRAINET显然能够模拟任意数量的管道代表一个典型的建筑或小群建筑,因此可以随时提供了信息的最好方法实现节水政策或当追求可持续发展设计中给水和排水系统的方法。3维持一个物理分离的居住空间和排水管道上它将不胜感激,任何非恒定流从放电电器自然会产生在管网压力变化。这是特别准确的垂直管流形式受到排放水环的地方,一个相关的气流从排气口的位置是带入系统。任何压力变化在排水管网显然将有一个影响整体的反应系统,但是它主要是转瞬即逝的短途旅行的压力导致潜在的损耗疏水阀的密封水。典型地,水性陷阱密封提供物理屏障的居住空间和瘴气在目前的位置服务的建筑,并提供一个管道的下水道系统,因此,重要的压力变化,可能会取代水,从而妥协的完整的障碍,是基础。空气压力瞬变通常是产生在排水和通风管道上有一个相对迅速变化的速率放电流量从一个或多个电器。图3说明了“灭灵之环”的形成在垂直或“叠加”,管entrains,虽然原理的no-slip”,一种空气的流动,在大多数情况下,是来自上层堆栈终止。图3显示改变放电流量在某一给定沟通通过系统通过改变空气压力、如何,当通风是由上部堆栈终止,结果在一个强加的压力变化相互关联的陷阱遇到的航路的。空气压力瞬变通常是产生在排水和通风管道上有一个相对迅速变化的速率放电流量从一个或多个电器。图3说明了“灭灵之环”的形成在垂直或“叠加”,管entrains,虽20\n然原理的no-slip”,一种空气的流动,在大多数情况下,是来自上层堆栈终止。图3显示改变放电流量在某一给定沟通通过系统通过改变空气压力、如何,当通风是由上部堆栈终止,结果在一个强加的压力变化相互关联的陷阱遇到的航路的。空气压力瞬变通常是产生在排水和通风管道上有一个相对迅速变化的速率放电流量从一个或多个电器。图3说明了“灭灵之环”的形成在垂直或“叠加”,管entrains,虽然原理的no-slip”,一种空气的流动,在大多数情况下,是来自上层堆栈终止。图3显示改变放电流量在某一给定沟通通过系统通过改变空气压力、如何,当通风是由上部堆栈终止,结果在一个强加的压力变化相互关联的陷阱遇到的航路的。图3。环状流在堆栈中的管道在放电流量变化的结果导致了一个空气压力瞬变的救济是由上部堆栈终止。Heriot-Watt-developed的数值模型,AIRNET,同样采用特征线法技术有利于预测对整个系统的压力和气流的反应。边界条件再次需要定义,使系统仿真,所进行工作的重要组成部分,已经把注意力集中在瓦特的特征性的适当的理论和实证研究导出描述算法既代表系统的车手和组件[5]。该模型也包括一个先进的仿真方法water-air界面显示在图4,通过整合无量纲速度微分条件,释放模型的约束的单放电流量的仿真,使多学科的分析进口流[6]。灵活的系统规格作为输入数据,再加上电器放电模式从而使得预测的瞬态气流和压力,20\n使得密封保持水平,从而提供迈出重要一步能力评估系统性能响应变化开始追求可持续发展。图4说明如何控制装置提供了一种有效的通风。节约用水可以清楚地有影响的水流流态在这个排水管道上。一般来说,降低的影响流量的特点是全面减少终端水流速在堆栈,因此导致相应的减少空气量和系统压力。它将非常感激,但reduced-volume电器放电型材保持明显的时间,以及影响下的瞬态压力,因此必须继续进行评估以确保陷阱的密封的整体性。能力的仿真模型,准确地预测系统的压力不仅介绍了潜在的显著降低水耗通过使用节水w.c。的年代,但也为一体的设计解决方案产生的位置的经济。通风降低成本的好处是清晰的,这是进一步提高但安装、维护及空间成本,以及环境影响因素都考虑在内。20\n简要回顾历史发展的排水通风系统显示,在过去的一个世纪中,系统在英国和欧洲的overly-cumbersome有进步two-pipe系统(包括四个垂直downpipes)通过one-pipe系统(带有两个垂直管道)和上,对建筑物的高度,大约30层楼,单一的堆栈系统(只有一个垂直downpipe)。在一些地区的世界,使用单一的堆栈系统避免了由于问题相关的主要潜在的产生压力过大短途旅行,然而,有能力去理解的起源和本质的内在特性的非恒定流条件,这类系统应该减轻这样的关注。它不仅可以被显示,利用数值模拟技术,单一的堆栈是可行的,具有良好,减少了需要的位置,也便于AIRNET评估系统整体性能在预先定义的条件和/或安装的创新和可持续发展的设计解决方案。下面的文字说明三个案例,AIRNET已被用来发展系统运行的知识。在第一个这样的例子中,表1提出了AIRNET输入参数用来确证SARS病毒传播的淘大花园的情况下在香港,2003。在详细描述了事件的爆发,SARS专家委员会报告的基础作用水性陷阱已经容许干枯,从而推出了一个联系的居住空间的公寓和排水管道上[7]。中心,AIRNET被用来强调如何修改系统的正常压力,加上那些浴室诱导通风风扇(发生在淘大花园)会导致很严重的空气流动,或许更重要的是,混合潜在的污染空气,当一个或多个建筑陷阱海豹已经损坏[8]。AIRNET输入参数进行了模拟,(香港)淘大花园排水系统。系统类型主要堆栈和排气口,从年代的交叉连接100毫米直径的管道直径。堆栈,100毫米直径。排气没有。33层的通风屋顶开放终止(包括堆栈和排气)每层楼的陷阱(室)w.c。、淋浴、水池、地漏陷阱连接(浴室)的厕所直接向主要堆栈,地漏、淋浴、沈降结合放电栈陷阱的密封的整体性地漏(只)干燥应用环境。负压条件在浴室(中部水平)由于提取迷应用流条件下正常排放(数)和附加费事件(基地)。全表避免利益需要的渗透屋顶结构适应上叠加一段时间终止清晰和现在已经意识到,在某种情况下,通过使用空气准入阀(装甲防护)。这些阀门回应负面压力,允许空气进入网络通过一个整体隔膜,而当受到积极的压力,他们接近防止释放犯规气味和瘴气。它能轻易地显示,使用AIRNET,分布在整个网络的装甲防护(现在正常实践让允许由国家代码),要么除了或代替一个AAV放置在堆栈上位置——可以提供更有效的负压救济狙击暂住人口接近他们的源点。这就避免了这个问题呈现在图3,那里是一个潜在的损失陷阱密封完整性作为电通过网络更遥远的排气口的位置。那次经历重大的变化为系统在积极的压力,引起,例如,通过放电集合容器或在网络设计导致surcharging,研究在进行赫瑞瓦特,结合一个行业的合作伙伴,促进了发展一个积极的空气压力衰减(爸爸)。使用灵活、变容量密封容器,它的主要目的是为了减少变率的气流产生结果通胀的情况下,爸爸对建筑物提供积极的电涌防护器,因此可以避免,但进一步,不必要的夹杂物奢华的通风管道上,图4。图4表明爸爸随时会被如何结合使用,与空气准入阀门提供救济对抗双方的正面和负面的系统压力,从而维持水体的完整性陷阱密封不诉诸包含额外的通风管道上。扩大在这,20\n图5显示这一原则也可以应用到更复杂的密封的建筑即在那里有好些连接的堆栈,集体,无需屋顶渗透。这种方法可采用哪里有,例如,安全问题或在建筑的建筑设计将是负面影响,但视觉效果突出的位置。使用AIRNET作为一个设计分析工具,它可以显示适当的定位的装甲防护产量减轻负面压力(在空气会来自一个安全的内部空间,从而保护系统的密封”),而包含的爸爸设备加上多样性提供了其他的交叉连接下水道允许衰减和救济积极的压力[9]。图54-Stack例子的密封的buildingdrainage系统(没有局部排气规定)。4屋顶和“小规模的当地排水在其职权范围内的雨水运输和使用,已经有大量的工作在进行导致赫瑞瓦特的发展ROOFNET数值模拟模型。该模型使用类似的造型中上述原则,并有能力评估包括传统的性能(如gravity-driven)和siphonic屋顶排水系统。Siphonic系统与传统的系统,当水槽深处足够高,他们建立的,通过使用一个折流板、虹吸作用水槽和downpipe退出。他们的过流能力较高,而且运行特别是在高强度降雨事件。从某种程度上看,siphonic系统通常是最好的,因为他们减少的总体数量downpipes所需的一栋建筑物。系统启动的关键是建立siphonic行动必须吸取屋顶表面。在进行的研究大都集中在瓦特已经在理论和实证的定义适当的边界条件方程的代表这个过渡水流流态[10]。ROOFNET的模型也有能力来模拟20\n流“绿色的屋顶和渗透坚实的结构,能很快用于配合DRAINET模型在自由表面排水管道上的小型衰减主导水流条件。它将被结合在一起,这些组件模型允许考试的时间throughflow雨这一点它落在屋顶或局部表面,沟连接点和到主要下水道。使用一个例子有屋顶的建筑面积为1500平方米,于8雨水downpipes,周围都是平等的地区的透光、防渗土地共2000平方米,这是有可能的,同时使用两ROOFNET和DRAINET评估的影响,降雨事件在下游管道上。ROOFNET可以用来确定两downpipe流出和径流从透光、防渗区域。反过来,对DRAINET收益流的输入数据。为例,从透光面积径流在图6中显示,,,并说明如何在高强度降雨事件(假设为100毫米/小时),也只有有限的流量9~73-年代发生的渗透,之后,毗邻overtops水槽.图6径流预测从1000平方米的透光面积受到降雨强度100毫米/小时。通过建模的流程从屋顶排水downpipes总数,并将这些连同flow-time型材出院的代表建筑和防渗和透光地面地区,DRAINET可以被用来确定下游(连接)管流条件下,图7。模型输出显示,在这种情况下,径流从防渗区域,大约在三次从透光、越南、下游的情形。放电电流从建筑,是相对较低的断断续续,几乎没有影响。20\n图7DRAINET示意图显示模拟宅为基础(的总和)管道流动。DRAINET也能够识别的点满生流条件下在这个位置是迫在眉睫的,因此建议在适应的形式,例如,一个离线存储设备,可能位于最好避免局部洪水。能够准确识别和定位的洪水风险可能以这种方式变得越来越重要和快速城市化和观察和预测气候的变化。5总结评论本文介绍了如何发展的简要概述在排水系统流程模型在进行赫瑞瓦特大学不仅提高知识的系统性能,但也推动了及时的探索合适的一系列创新系统部件和可持续发展的设计解决方案。常用的方法所采用的每一Heriot-Watt-developed组件模型更为突出,并提出了应用实例。能够自由表面流动模型和离散固体沉积,使用DRAINET,清楚地促进一个评估的影响,减少排放卷从卫生设备,特别是w.c。-一个比例高饮用水消费者。这里提供的例子演示了这种减少不一定要减少表现,作为交通工具可提高通过其他的设计措施,如减少管道直径、或增加管道坡。能力的模型来模拟多层次、multi-appliance网络也更为突出。有能力评估的瞬态压力以及气流回应的排水通风系统,应用AIRNET模型可以传输线路的又一证据(通过干燥陷阱)的SARS病毒淘大花园,香港在2003年。此外,它已经表明,本文结合如何适当的分布式压力控制装置,可以大大降低需要复杂的和昂贵的通风设计。的能力“密封”buildingdrainage网络进行了论述。该方法评估屋顶排水系统性能提出了,它已被证明ROOFNET如何模型可以加上DRAINET评估输送的雨水从房顶或局部表面面积通过适当的下水道连接点(由普遍存在的衰减水流条件)。结果表明如何从表面渗径流占主导地位的系统负载在这中间管网,离线存储可以用来避免洪水或收集雨水。本文因此演示了有效性和效率提供不用受排水的over-design”,即通过过度用水和/或笨重的通风设施,以及如何buildingdrainage系统不需要有所限制了确定性稳态原理基础许多国家代码。应用该模型讨论了速凝剂买得起关键机会评估系统的瞬态响应,结合可持续的解决方案,两个人和集体诱发有显著的正影响水消费水平和在金融和环境相关费用摘要给水排水规定。20