李 毅

(太原市市政工程設計研究院，山西太原 030002)

2011年3月，經(jīng)過省政府多次研究而決定建設山西省高校教育園區(qū)。山西大學城位于晉中市北部新城，擬入住11所高校，該項建設工程已被列為山西省重點工程。山西醫(yī)科大學新校區(qū)位于山西大學城的東南角，占地1 138.06畝，總建筑面積40萬m2，包括單體建筑46棟，概算投資15億。2013年9月，山西醫(yī)科大學新校區(qū)的啟動區(qū)已投入使用。

1 工程概況

本文為山西醫(yī)科大學新校區(qū)D區(qū)范圍內(nèi)的二次供熱管網(wǎng)的設計。D區(qū)位于山西醫(yī)科大學新校區(qū)啟動區(qū)的東北角，建筑面積12.5萬m2。該區(qū)域熱源為新校區(qū)1號換熱站，供熱管線敷設方式采用無補償冷安裝直埋敷設，供回水溫度為85℃/60℃，設計壓力為1.0 MPa。本文將對D區(qū)的供熱二次管網(wǎng)設計要點管網(wǎng)平面圖布置、縱斷面和橫斷面設計等要點進行介紹，以期對類似工程提供借鑒。

2 設計要點

2.1 供暖熱負荷的計算

供熱設計熱負荷的計算可采用面積指標法，即:

其中，Qh為采暖設計熱負荷，kW;q為采暖熱指標，W/m2;A為采暖建筑物的建筑面積，m2。建筑物供暖推薦熱指標q可采用CJJ 34城市熱力網(wǎng)設計規(guī)范采暖熱指標推薦值［1］，如表1所示。

根據(jù)原始資料中建筑面積，逐一計算各單體建筑的采暖設計熱負荷。D區(qū)所有建筑物的面積與熱負荷匯總見表2。D區(qū)供熱范圍包括10座單體構筑物:學生公寓(2-1～2-8)，學生活動中心、預留書吧等，總供熱建筑面積為12.11萬m2，采暖熱負荷為18.20 MW。

表1 采暖節(jié)能措施后采暖熱指標推薦值q W/m2

2.2 平面設計

1號換熱站位于浴室水房內(nèi)，1號熱力站引出兩條供熱管線，分別為1-1號支線和1-2號支線。1-1號支線起點為1號熱力站，終點為基礎教學樓(1-4號)，管徑為DN250～DN80，管線全長為484.5 m;1-2號支線起點為1號熱力站，終點為宿舍樓(1-2號)，管徑為DN250～DN80，全長為108.5 m。

供熱管道隨著熱媒溫度升高，會產(chǎn)生熱伸長現(xiàn)象。如果該伸長無法得到補償，將使管道承受巨大的應力，甚至破壞管道。因此，必須在管道上設置補償器，以補償管道的熱伸長，從而減小應力［2］。補償器分為自然補償和方形補償器、波紋補償器、套筒補償器、球形補償器等等。熱力管道應盡量利用自然補償，利用管道自身的彎曲管段(如L形和Z形等)來補償管段的熱身長。

如供熱管網(wǎng)平面總圖所示，對于管段較短(如接入單體的支線)，熱伸長量小于33 mm的管段，不設置補償器，本設計均利用L形或Z形彎管。補償彎臂長度取1.25倍～2倍的彈性臂長。為了充分利用自然彎頭的補償能力，均在主線彎頭兩側設置了軟回填，其厚度根據(jù)管道伸長量確定，當彎臂橫向位移量ΔL≤40 mm，軟回填厚取δ=40 mm;當ΔL=40 mm～60 mm時，取δ=60 mm，如圖1所示。

表2 熱負荷統(tǒng)計表

圖1 軟回填橫斷面圖

2.3 縱斷面設計

為避免地上荷載或其他因素對供熱直埋管道構成危害，設計時應保證最小的管頂覆土厚度，用來提供必須的垂直荷載來抵消垂直向上的反力。根據(jù)新校區(qū)道路縱向坡度和各建筑物采暖入口高程，確定供熱管網(wǎng)縱斷面。供熱干管坡度為 2.7% ～0.046%，坡向設計終點方向，平均埋深為1.5 m。圖2為該區(qū)域1-2-3-1號支線的縱斷面圖。

圖2 1-2-3-1支線縱斷面圖

2.4 橫斷面設計

根據(jù)山西省勘察設計研究院編制的《山西醫(yī)科大學新校區(qū)建設項目巖土工程勘察報告》，擬建場地為非自重場地，地基的失陷性等級為一級，勘察深度范圍內(nèi)未揭露地下水，因此需在管底鋪設30 cm厚的3∶7灰土。

管道橫斷面圖詳見圖3，回填細砂中不得含有任何雜質(zhì)及鋒利石塊。填砂及原土應分層夯實，每層虛鋪250 mm?；靥顟螩JJ 28-2004城鎮(zhèn)供熱管網(wǎng)工程施工及驗收規(guī)范3.3.9的要求。

圖3 直埋供熱管道橫斷面圖

2.5 閥門設置

各支線及入戶口均設置球閥和平衡閥，并設置于檢查井內(nèi)。在管道最高點設放氣閥，最低點設泄水閥，并置于檢查井內(nèi)。管道穿越井壁處裝設穿墻套管，水坑位置宜設在靠近道路一側人孔的下方，以利檢修。檢查井需進行地基處理:根據(jù)地質(zhì)勘查報告，該場地地質(zhì)情況為一級非自重失陷性黃土，因此，需在檢查井底板的墊層下鋪3∶7灰土，厚度為300 mm，并在檢查井底板邊緣多鋪100 mm，并且使回填土的壓實系數(shù)達到0.95。

2.6 管道保溫及管材

直埋管道采用工廠預制的直埋保溫管，保溫材料采用硬質(zhì)聚氨脂泡沫塑料，保護層用高密度聚乙烯管殼，預制保溫管應符合CJ/T 114-2000高密度聚乙烯外護管聚氨酯泡沫塑料預制直埋保溫管;預制保溫管件應符合CJ/T 155-2001高密度聚乙烯外護管聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料預制直埋保溫管件。鋼管均采用無縫鋼管，材質(zhì)為Q235B，質(zhì)量符合GB 700-2006碳素結構鋼。

3 結語

目前山西醫(yī)科大學新校區(qū)的啟動區(qū)已投入使用，2013年冬季供暖效果良好。本文對D區(qū)的供熱二次管網(wǎng)設計要點進行了介紹，該工程主要特點為:依據(jù)地理條件，直埋供熱管線充分利用自然補償，減少補償器的使用，從而減少了投資費用，并為施工提供方便可行的條件。

［1］CJJ 34-2010，城市熱力網(wǎng)設計規(guī)范［S］.

［2］王 飛，張建偉.直埋供熱管道工程設計［M］.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2006.