节水型高校建设是节水型城市建设的重要组成部分，高校节水对进一步推动社会节水具有重要意义。文中以上海市某高校为例，围绕高校普遍采取的 4 项主要节水措施（节水型器具改造、管网漏损控制、中水回用、雨水回用），分别探讨其节水效益、经济效益和碳减排效益。结果表明，直接节约水量措施的碳减排效益远远大于回用水量措施；节水型器具改造工程节水、经济、碳减排效益均较好；管网漏损控制节水及碳减排效益处于中间水平，但不同高校管网节水潜力差异较大；中水回用节水效益最佳，但碳减排效益最差；雨水回用节水及经济效益处于中间水平，碳减排效益较差。因此，应优先开展节水型器具改造，加强精细化管理的同时，严格落实管网漏损控制，结合实际情况适时开展中水回用或雨水回用。

关键词：

        高校 节水效益 经济效益 碳核算 碳减排效益

 

        党的十九大报告指出，要“推进资源全面节约和循环利用，实施国家节水行动”，并在《国家节水行动方案》中将“全面推进节水型城市建设”列为了重点行动之一。高校作为节水型城市建设的重要载体，是落实节水措施、传播节水知识、树立节水理念的有利园地，对进一步推动社会节水具有重要意义。在日常节水管理及节水型高校创建工作中发现，高校用水普遍存在以下问题：（1）老旧校区节水型器具普及率较低；（2）管理粗放，不能及时发现跑冒滴漏现象；（3）水表计量率偏低，不能有效监控各部位用水情况；（4） 非常规水、杂排水等利用率不高。针对以上问题采取具体节水措施时，许多高校存在节水工作重点不清、节水措施选择不恰当的问题。在“碳达峰”“碳中和”目标背景下，对节水与减碳关系的研究也相对较少。故针对高校主要节水措施的节水效益、经济效益及碳减排效益分析是非常有必要的。

       上海市某高校水源取自青草沙水库，占地面积约为 7.8 万 m2，绿化面积约为 2.5 万 m2，2021 年用水量为 84 940 m3。在创建节水型学校过程中，针对高校用水普遍存在的问题，不考虑制度建设和宣传教育，高校采取的主要节水措施包括节水型器具改造、管网漏损严格控制和中水回用系统建设等。虽然未建设雨水回用系统，但考虑到雨水等非常规水源利用为节水工作的重要内容之一。故本文将围绕节水型器具改造、管网漏损控制、中水回用和雨水回用，分析某高校采取各项措施后所产生的节水效益、经济效益以及碳减排效益，对 4 种节水措施进行综合比较，并提出优化方案，以期为高校开展节水、低碳工作提供借鉴和参考。

1     节水效益分析

1.1  节水型器具改造节水量

        某高校用水器具主要有洗面器水嘴、厨房水嘴、普通水嘴、淋浴花洒、坐便器和小便器，其中普通水嘴主要用于洗涤、清洁用水。改造前，各类用水器具水效等级为 3 级，改造后，水效等级达到了2 级（节水型器具标准）。通过实际调查，在校师生人数共1 516 人，其中住宿 684 人，住宿学生洗漱（洗脸刷牙）平均每人 2 次 ／ d，1 次 15 s，共 20 520 s；在校师生洗手次数平均每人 5 次 ／ d，1 次 5 s，共37900 s；洗面器水嘴（共 731 个）每天使用总时长 58420 s，平均每个洗面器水嘴每天使用时长约为 80s。校内两个食堂共 71 个水嘴，分布在操作区、粗加工区等 6 个区域，每做一餐，每个区域平均用水时长为 600 s，单个食堂做一餐用水时长为 3 600 s，两个食堂做三餐用水的总时长为 21 600 s，平均每个厨房水嘴每天使用时长约为 304 s。普通水嘴共 108个，安装于各楼层卫生间，用于楼层卫生保洁等，每个楼层每天拖地一次，台面擦拭一次，拖把浸湿一次，时长 20 s，冲洗 4 次，每次时长 30 s，抹布冲洗5 次，每次 15 s，平均每个普通水嘴每天使用时长215 s。淋浴花洒共 535 个，住宿 684 人，6 月—9 月 4个月洗浴 1 次/d，其他月份平均洗浴 3 d ／ 次，则平均洗浴约为 380 次/d，洗浴一次时长为 300 s，平均每个花洒每天使用时长为 213 s。坐便器共 791 个，小便斗共 155 个，在校师生（1 516 人）按 1 次 ／ d 大便、4 次 ／ d 小便的频率，坐便器 1 d 的全冲次数为1 516 次，平均每个坐便器的全冲次数约为1.92 次 ／ d，坐便器半冲次数和小便斗使用次数之和为师生人数的 4 倍（6 064 次），平均每个坐便器半冲次数或小便斗使用次数为 6.41 次 ／ d，故坐便器使用次数为 8.33 次/d。坐便器水效等级指标采用平均用水量，各节水型器具年节水量如表 1 所示，计算如式（1）。

           

1.2    管网漏损控制节水量

         根据对美洲、欧洲、亚洲的许多城市数据统计，市政管网漏损率差异较大，部分城市在 25%~50%，也有部分国家比如荷兰、德国、瑞士等，经过多年努力将管网漏损率控制在了 6.3%以下。根据《城市供水统计年鉴》，我国城市供水管网漏损率为 15%左右。住建部、国家发改委发布的《关于加强公共供水管网漏损控制的通知》要求，到 2025 年，全国城市公共供水管网漏损率力争控制在 9%以内。

         根据近几年用水统计，该高校管网漏损率为10.74%，为此，该高校建设了智慧水务信息化平台，利用信息化手段随时监控各用水点情况，以期及时发现用水异常，高效控制管网漏损。福州市自 2018年建立智慧水务信息化平台后，四城区管网漏损率年均下降 6.13%，节水效果显著。建设智慧水务信息化平台后，该高校规划远期管网漏损率为 2%，根据《节水型社会建设规划编制导则》中对供水管网节水潜力的计算公式，可计算出预期管网年节水量为 7 578 m3。

1.3   中水回用节水量

        该高校绿化面积约为 25 000 m3，有 9 个大小不等的景观水池，在夏季高温少雨季节，若全部采用市政水浇灌绿化和补充景观水池，水量消耗较大。为此，学校建设了中水回用系统，收集学校的餐饮污水和生活废水，餐饮污水经过旋流曝气除油池处理后，进入调节池，与生活废水一起，主要利用“膜-生物反应器”技术进行处理，出水水质可达地表水环境质量标准 V 类水标准。中水回用覆盖了校区全部绿化浇灌以及景观水池补水。设计中水回用量为150 m3 ／ d，实际中水平均回用量为 85 m3 ／ d，实际上中水年节水量为 31 025 m3。

1.4   雨水回用节水量

        该校未安装雨水回用系统，但考虑到上海雨水资源丰富，开展雨水回收利用为节水型示范高校的评价指标之一，故本文对雨水回用量做一个估算。设计两个容积为 200 m3 的雨水蓄水池，最高需用水量为 100 m3 ／ d，根据《民用建筑节水设计标准》《建筑与小区雨水控制及利用工程技术规范》，计算可得年实际雨水利用量为 5 036 m3。

1.5   节水效益分析

         对比高校内不同节水型器具的节水量，由表1 可知，淋浴花洒和坐便器节水量最大，这是因为高校用水单元中，宿舍及教学办公用水占比 40%~60%，用水基数大，故节水潜力大。浴室内花洒的使用非常必要，同时可通过加装智能 IC 卡，进一步提高节水量。对比 4 项措施节水量可知，中水回用节水量最大，但对工艺要求较高。另外 3 项措施节水量差异不大，其中雨水回用量受到降雨、汇水面积、日需水量,蓄水池容积等多方面因素影响，高校可以根据实际情况，合理设计雨水系统，提高雨水回用量，而对于人口密度更大、或者用水量更大、漏水现象频发的高校，节水型器具改造和管网漏损控制有更大的节水潜力。

2      经济效益分析

        根据该高校节水改造实际情况，各项目投资金额如表 2 所示。其中在节水型器具改造中，根据实际调研，1 级水效用水器具价格比 2 级水效用水器具价格高 20%左右，故估算 1 级水效用水器具改造投资金额为 12 万元。根据式（1），可计算出使用1 级水效用水器具年节水量为 11 665 m3。管网漏损控制工程中，规划远期管网漏损率对节水量也有较大影响。针对不同水效等级的用水器具、不同规划远期管网漏损率、中水回用和雨水回用的经济效益做计算分析，具体如表 2 所示。

       

        由表 2 可知，节水型器具改造回收期最短，1 级水效用水器具节水量约为 2 级水效器具的两倍，回收期可再缩短 1 年，仅需 2.38 年即可收回成本，可操作性强，经济效益最佳；中水回用和雨水回用的投入回收期均不到 10 年，但是中水回用系统前期投入非常大，对于高校资金储备的要求较高，雨水回用前期投入相对较低，具备相应条件即可开展。

         管网漏损控制投入回收期在 15 年左右，但此数据有其特殊性，主要原因在于该高校原本的管网漏损率较低，查漏堵漏节水量有限，而建设智慧水务平台前期投入较大，导致回收期较长。因此，对于用水量大，或者地下管网使用年限长、管网老化严重的高校，建设智慧水务平台可以迅速察觉用水异常情况，快速确定漏点位置并修复，且由于节水量大，能较快收回投资成本。而对于水量小、用水情况简单、地下管网较新的高校，建设智慧水务平台经济效益不明显，可通过完善表具安装、完善抄表台账制度及巡检制度等，采用人工抄表方式进行管理，资金投入小，缺点是对于用水管理制度和人员素质要求较高。

3      高校水系统碳排放核算

3.1   核算边界的确定

         碳排放过程分为直接排放和间接排放，直接排放是指化石能源的燃烧或者生产活动中直接产生的温室气体的排放；间接排放是指在生产生活过程中因使用了电能、热能等其他能源而导致的间接温室气体排放。城市水系统运行过程中，碳排放主要来源于设备运行所需的能耗以及水处理过程中所需的药耗产生的间接碳排放，而其中能耗为主要碳排放源，故本文主要核算高校水系统运行过程中能源投入产生的能耗碳排放。

3.2   高校水系统碳排放核算公式

        高校水系统涉及到的碳排放环节包括供水、用水、排水以及中水回用和雨水回用，其中供水环节包括取水、制水和配水，用水环节主要为加热自来水产生的碳排放。各个环节碳排放量分别为取水碳排放量（C 取）、制水碳排放量（C 制）、配水碳排放量（C 配）、热能碳排放量（C 热）、排水碳排放量（C 排）、中水回用系统碳排放量（C 中）、雨水系统碳排放量（C 雨），统一用变量 Ck 表示，碳排放核算如式（2）。

         

3.3   各环节能耗强度的确定

        各环节能耗强度取值及来源如表 3 所示。

        

        其中，水源来自青草沙水库，故供水环节中的取水碳排放即为蓄水工程碳排放，能耗强度取蓄水工程能耗强度；用水环节涉及到热能碳排放的主要有盥洗、洗浴等需要用到热水的环节，该高校使用空气热泵机组生产热水，使用的是电能，故式（2）计算热能碳排放时仍然采用 EFCO2 计算。热泵机组的热效率通常是300%~500%，本文取中间值 400%，根据式（3）~式（4），可计算出加热能耗强度。

       

4     碳减排效益分析

4.1  节水型器具改造减碳量分析

       节水型器具改造通过直接节约水量减少碳的排放，在洗面器水嘴和淋浴花洒使用环节，节约了热水用量，故其减碳量为所节约水量的供水碳排放量（C 供）、C 排以及 C 热之和。根据式（2）计算，结果如表 4 所示。

4.2   管网漏损控制减碳量分析

        管网漏损控制同样是通过直接节约水量减少碳的排放，由于不涉及水加热环节，故其减碳量为C 供与 C 排之和。

4.3   中水回用减碳量分析

        本应排放的生活废水进入了中水回用系统，故减少了此部分废水（即中水）的排水碳排放量；另外中水回用于绿化浇灌等，节约了同等量自来水，故减少了这部分自来水的供水碳排放量。但中水回用系统设施设备的运行维护会产生能耗碳排放，故中水回用减碳量为所节约水量的 C 供与 C 排之和，再减去 C 中。根据式（2）计算，结果如表 4 所示。

4.4    雨水回用减碳量分析

         雨水回用就近用于绿化浇灌，减少了自来水的使用量，从而减少了这部分水量的供水碳排放量。但雨水回用系统中设施设备的运行维护同样会产生能耗碳排放，故雨水回用系统减碳量为 C 供-C 雨。根据式（2）计算，结果如表 4 所示。

         

4.5    碳减排效益分析

         由表 4 可知，直接节约水量措施（节水型器具改造、管网漏损控制）的减碳效率远远大于回用水量措施的减碳效率，碳减排效益最佳。故在“双碳”目标背景下，更应该切实落实节水优先方针，优先考虑源头节水。

直接节约水量的措施中，节水型器具改造的减碳效率为管网漏损控制减碳效率的 2~3 倍，主要是在此高校案例中，减少了部分热水的使用，从而降低了部分热能碳排放，导致在同等节水量下，节水型器具改造的减碳量更大。若没有热排放环节，仅考虑供水和排水碳排放两部分，直接节约水量措施的减碳效率应是相同的，由此也看出热能碳排放量非常大，不容忽视。

         中水回用减碳效率最低，主要是中水回用系统能耗强度较高，对比供水和排水环节的能耗强度没有优势，故在设计中水回用系统时，需进一步优化工艺，降低系统能耗强度，提高减碳效率。

          雨水回收系统能耗强度比供水低，有一定的碳减排效益。若结合海绵城市建设理念，通过构建低影响开发系统实现雨水的渗透、调蓄、净化和利用，省去了水处理过程中的能源消耗，能进一步减少碳排放。

5     综合效益对比分析

           

         由图 1 可知，节水型器具改造工程虽然年节水量处于中间水平，不及中水回用，但是年减碳量最大，且投入回收期最短，节水、经济、碳减排效益均较好，综合效益最佳。

          管网漏损控制（采用智慧水务系统）年节水量和年减碳量均处于中间水平，而投入回收期最长。但此项措施个体差异化较大，对于用水量大、管网漏损频发的高校，其节水潜力非常大，回收期也会相应缩短。中水回用工程年节水量最大，但是减碳量最小，前期资金投入非常大，适合资金充裕的高校，可以取得不错的节水效益。雨水回用工程节水、经济效益处于中间水平，碳减排效益较差。
 

6     结论

       从源头开始节水产生的碳减排效益最大，故应落实节水优先方针，在做好源头节水减碳的基础上，开展其他节水措施。在节水措施的选择上，提出以下建议。

       （1）优先开展节水型器具改造，优先选择 1 级水效用水器具。

       （2）加强精细化管理，严格落实管网漏损控制。管网漏损控制的节水潜力非常大，高校应根据自身实际情况，选择适合的措施进行漏损管控。对于水量大、漏损频发的高校，可建设智慧水务信息平台，能快速响应异常用水并及时修复；对于水量小、管道新、资金紧缺的高校，可采用人工抄表方式进行管理。

       （3）适时开展中水回用。对于绿化面积大、景观用水多、杂排水回用范围较广的高校，中水回用系统节水量非常可观，而在高回用量的情况下，能较快收回投资成本。针对前期投资金额大的问题，可以通过政府近期推出的“节水惠”业务，获得金融机构对节水项目的绿色金融扶持，推动中水项目的开展。针对碳减排效益低的问题，可以通过进一步优化工艺，降低能耗，减少碳减排。

        （4）适时开展雨水回用。雨水回用量受到降雨量、汇水面积、蓄水池容积等多方面因素影响，应根据实际情况，设计合理的雨水回用系统，提高回用量，缩短回收期。可以多途径探索雨水利用方式，将集蓄雨水的传输和储存与校园景观建设、生态环境建设相结合，进一步降低碳排放，建设绿色校园，实现可持续发展。

 

 

原标题：上海市某高校节水及碳减排效益分析

原作者：谭清文