米長虹，孔維一，姚晨，孫化文

（1.哈爾濱工業(yè)大學(xué)建筑設(shè)計研究院有限公司，哈爾濱 150090；2.中國建筑設(shè)計研究院有限公司，北京 100044）

0 引言

針對嚴(yán)寒地區(qū)不設(shè)置集中供暖系統(tǒng)地下車庫建筑停車區(qū)域?qū)崪y溫度是否能達(dá)到5℃的問題，由于受地域局限與氣候不確定因素影響，目前國內(nèi)沒有相關(guān)長期實(shí)測數(shù)據(jù)及研究，導(dǎo)致業(yè)內(nèi)對此問題一直有爭議。一方面，建設(shè)運(yùn)營方為降低建造及運(yùn)營成本，主張在嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)地下車庫不設(shè)置集中供暖系統(tǒng)，且表述有很多成功的工程案例，可以滿足車庫停車區(qū)域溫度達(dá)到規(guī)范要求的5～10℃。另一方面，根據(jù)GB 50736《民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》及JGJ 100《汽車庫建筑設(shè)計規(guī)范》的規(guī)定，嚴(yán)寒地區(qū)機(jī)動車庫內(nèi)應(yīng)設(shè)集中采暖系統(tǒng)。就此問題，在2016～2020年，持續(xù)對無集中供暖系統(tǒng)地下車庫建筑停車區(qū)域?qū)崪y溫度數(shù)據(jù)收集。

1 整體調(diào)查

數(shù)據(jù)收集分別位于2016～2017 年冬季、2019～2020年冬季與2020～2021 年冬季。3 次調(diào)查地均在嚴(yán)寒地區(qū)，調(diào)查對象為哈爾濱市各轄區(qū)不同民用建筑中住宅居住小區(qū)地下車庫。數(shù)據(jù)收集均選在最冷月持續(xù)2個月（首年的12 月中旬～次年的2 月中旬）的時間段內(nèi)。

無集中供暖系統(tǒng)地下車庫測試數(shù)據(jù)均選在地下車庫地下一層距車庫入口距離為100m 以內(nèi)的不同位置。車庫入口的形式有入口設(shè)普通卷簾和快開保溫卷簾兩種不同方式；車庫正常使用中，以過夜后車庫早晨環(huán)境溫度做為記錄溫度，室外最低及最高溫度按當(dāng)?shù)靥鞖忸A(yù)報計錄。2016～2017 年度經(jīng)數(shù)據(jù)分析后，設(shè)置有集中供暖系統(tǒng)車庫實(shí)測溫度均在5℃以上；不設(shè)置集中供暖系統(tǒng)的車庫，停車區(qū)域?qū)崪y溫度高于0℃占比不足38%[1]，具體數(shù)據(jù)見表1。

表1 2016～2017 年車庫溫度分析

2018～2019 年對不設(shè)置集中供暖系統(tǒng)的地下車庫建筑提出諸多改進(jìn)措施[1]，2019～2020 年度受新冠病毒疫情爆發(fā)影響，數(shù)據(jù)樣本采集中途中斷，沒有形成完整有效的數(shù)據(jù)，無法進(jìn)行分析。2020～2021 年度冬季再一次開展數(shù)據(jù)采集。測試位置較2016～2017 年度有所增多。測試結(jié)果顯示，停車區(qū)域?qū)崪y溫度高于0℃以上占比為82.3%，溫度高于5℃占比為54.3%[2]，具體見表2。

表2 2020～2021 年車庫溫度分析

2 個體分析

2.1 數(shù)據(jù)采集

兩次數(shù)據(jù)采集中某一住宅小區(qū)地下車庫，兩次分別在設(shè)置有集中供暖設(shè)施組別與無集中供暖設(shè)施組。此地下車庫地下一層，2016～2017 年工程地下車庫設(shè)置有集中供暖系統(tǒng)，測試點(diǎn)距離車庫入口50m 處，車庫門采用雙道卷簾門。采集到車庫停車區(qū)域?qū)崪y溫度滿足規(guī)范要求，采集數(shù)據(jù)見圖1。2020～2021 年度采集數(shù)據(jù)時，車庫管理方受無集中供暖系統(tǒng)的地下車庫能保證停車區(qū)域溫度維持在5～10℃的說法影響,保持供暖系統(tǒng)干管、管路布置不變動的情況下，取消車庫內(nèi)的散熱器及其供暖支管，在測試點(diǎn)位置、卷簾門型式未變的情況下，測試沒有集中供暖系統(tǒng)（散熱器與支管）后車庫停車區(qū)域溫度，每個測試點(diǎn)同時放置每日補(bǔ)水、管徑為DN25mm、長度為500mm、管材為熱鍍鋅管的單側(cè)開口短立管，收據(jù)數(shù)據(jù)同時，觀察管道內(nèi)水凍結(jié)情況，采集數(shù)據(jù)見圖2。兩次測試的數(shù)據(jù)采集期均為2個月，記錄時間持續(xù)60 多天。

圖1 2016～2017 年度某地下車庫有集中供暖系統(tǒng)時實(shí)測溫度

圖2 2020～2021 年度某地下車庫無集中供暖系統(tǒng)時實(shí)測溫度

2.2 數(shù)據(jù)分析

兩組數(shù)據(jù)收集發(fā)生在不同年份，車庫使用運(yùn)行中冬季氣溫雖有所波動，但室外氣溫變化幅度和走向趨勢基本相同。我們忽略在不同年份中的自然氣溫的影響后，從以上圖表中可以清晰的看出溫度在最冷月持續(xù)的63d 里，實(shí)測溫度變化和趨勢。并且得出，圖1 有集中供暖設(shè)施時，車庫溫度記錄曲線平緩，不受外界天氣氣溫影響，使用舒適，車庫停車區(qū)域溫度穩(wěn)定在12℃附近，最低測試溫度為11℃，溫度具有一定的安全余量，能保證生活及消防供排水系統(tǒng)安全。圖2 無集中供暖設(shè)施時，車庫溫度記錄曲線明顯受室外氣候溫度影響，隨著室外天氣溫度上下波動，在實(shí)測溫度中，車庫內(nèi)最高測試溫度在4～-4℃間隨天氣溫度波動。在持續(xù)記錄的63d 中，高于5℃以上記錄天數(shù)為0d；高于0℃以上天數(shù)為27d,占總分析數(shù)據(jù)的43%；低于0℃以下天數(shù)為31d,占總分析數(shù)據(jù)的49%；其中有5d，車庫溫度在0℃徘徊，占總分析數(shù)據(jù)的8%；具體見表3。

表3 無集中供暖系統(tǒng)車庫測試日溫度分析

整理無集中供暖系統(tǒng)車庫的溫度圖，加大豎向溫度梯度，以便進(jìn)一步觀察分析，在室外溫度有明顯的波動時，車庫溫度也跟隨波動，波動幅度較室外溫度曲線平緩；除去溫度大幅度升溫或降溫外（如12 月22日、1 月12 日、1 月20 日、1 月25 日、2 月12 日），溫度曲線在跨越0℃時，會出現(xiàn)在某一溫度附近持續(xù)徘徊。如：車庫溫度在12 月16 日～12 月19 日有4d 溫度徘徊在0.5℃，12 月26 日～12 月27 日有2d 溫度徘徊在0℃，12 月31 日～1 月4 日有5d 溫度徘徊在-1℃，1月14 日～1 月19 日有5d 溫度徘徊在0℃，2 月5 日-2 月7 日有3d 溫度徘徊在0℃，這幾處是需要持續(xù)吸收熱量或釋放熱量的節(jié)點(diǎn)。這些節(jié)點(diǎn)后的停車區(qū)域溫度會持續(xù)在持續(xù)在某一相對穩(wěn)定溫度。在持續(xù)低于0℃環(huán)境下，沒有設(shè)置保溫防凍設(shè)施的供水管道會出現(xiàn)凍結(jié)積冰，需要吸收大量熱能才能融化，即使后續(xù)如1 月17 日室外溫度雖短時上升，但熱量不足以融化車庫內(nèi)供水系統(tǒng)管道內(nèi)的積冰。試驗(yàn)短管內(nèi)的積冰在1 月14 日～1 月19 日中持續(xù)存在，不曾融化。連續(xù)多日溫度持續(xù)升溫，持續(xù)熱量才能緩慢融化管道內(nèi)的積冰。

在嚴(yán)寒地區(qū)冬季，某一日溫度回升偶有發(fā)生，但持續(xù)數(shù)日溫度回升的概率很低。在初春時，室外氣溫持續(xù)回升才能提供持續(xù)熱量。這與現(xiàn)場試驗(yàn)中觀察到測試立管內(nèi)的積冰融化規(guī)律一致。即無集中供暖系統(tǒng)的地下車庫，當(dāng)管道中水一旦凍結(jié)，在無人為干擾的狀態(tài)下，融化過程緩慢且滯后，在沒有持續(xù)足夠熱量補(bǔ)充時管道內(nèi)的積冰不會融化。嚴(yán)寒地區(qū)為減少室外直埋管線工程量減少投資，消防供水干管多敷設(shè)在地下車庫中，車庫環(huán)境溫度低于5℃的區(qū)域，消防供水干管一旦凍結(jié)形成冰塞，危及后續(xù)管網(wǎng)所負(fù)擔(dān)建筑的消防供水安全。

3 其他凍融

在工程調(diào)查中還發(fā)現(xiàn)，很多嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)無集中供暖系統(tǒng)車庫在設(shè)計，受運(yùn)營方誤導(dǎo)，不設(shè)置集中供暖系統(tǒng)車庫停車區(qū)域仍能持續(xù)保證設(shè)計溫度5℃以上，車庫內(nèi)供水系統(tǒng)不需要設(shè)置防凍措施。導(dǎo)致車庫停車區(qū)域內(nèi)的生活及消防供水系統(tǒng)存在凍結(jié)風(fēng)險。除車庫口部一定范圍內(nèi)設(shè)置保溫防凍保護(hù)外，其他部位生活給排水及消防給水系統(tǒng)均未設(shè)置保溫防凍措施。部分項(xiàng)目雖然自動噴水滅火系統(tǒng)采用了預(yù)作用系統(tǒng)或干式系統(tǒng)，但在噴淋管道遇到障礙物時，沒有采用直立噴頭或下彎部位管道沒有設(shè)置保溫防凍措施，如伴熱保溫或設(shè)置泄水閥放空，導(dǎo)致局部下彎管道內(nèi)積水凍結(jié)，在設(shè)置有機(jī)械立體停車設(shè)備的停車庫內(nèi)，發(fā)生此類凍脹現(xiàn)象尤其嚴(yán)重；室內(nèi)消火栓系統(tǒng)未做防凍保溫或沒有采用局部干式系統(tǒng)[3]。

近幾年時常收到建設(shè)或運(yùn)營管理方反饋：無集中供暖系統(tǒng)的車庫運(yùn)營中伴有管道凍脹破壞，多發(fā)生在消防供水系統(tǒng)管道中。部分項(xiàng)目運(yùn)營管理方為了徹底解決管道凍脹的困擾，擅自在冬季將消防系統(tǒng)直接放空，造成空管現(xiàn)象，這樣的做法十分危險，無法保證冬季火災(zāi)發(fā)生時消防系統(tǒng)及時啟動運(yùn)行，快速滅火。鑒于近年來數(shù)據(jù)采集中這樣的情況有增多趨勢，設(shè)計方案初期應(yīng)慎重選擇無集中供暖系統(tǒng)地下車庫方案，一旦選用無集中供暖系統(tǒng)方案時，應(yīng)完善系統(tǒng)防凍保溫方案，確保系統(tǒng)運(yùn)行安全。

4 凍結(jié)試驗(yàn)

供水系統(tǒng)管道在嚴(yán)寒天氣條件下發(fā)生凍裂的因素有很多,如管道材質(zhì)、管徑大小、管道內(nèi)水流狀況、環(huán)境溫度以及是否包裹保溫棉或伴熱措施等。有研究表明：在供水不流動時，供水溫度在1～3℃時，不同環(huán)境溫度下（-5、-10℃）不同保溫棉厚度（25、40mm）的不同材質(zhì)（不銹鋼、PPR、內(nèi)襯塑鍍鋅管）管道內(nèi)水溫降至0℃的時間分布見圖3[4]。沒有保溫棉防護(hù)時,各種材質(zhì)立管內(nèi)水溫降至0℃的時間無明顯差異，均小于3h;在包裹25mm 保溫棉及40mm 保溫棉厚度的情況下,管道內(nèi)水溫降至0℃的時間有不同，為4～18h 不等。

圖3 不同材質(zhì)立管管道內(nèi)水溫降至0℃的時間分布

地下車庫內(nèi)常敷設(shè)有生活給水系統(tǒng)、室內(nèi)消火栓系統(tǒng)、自動噴水滅火系統(tǒng)、壓力排水系統(tǒng)等，尤其是消防管道內(nèi)水長時間不流動，無集中供暖系統(tǒng)的地下車庫內(nèi)的供水系統(tǒng)很容易發(fā)生凍結(jié)的風(fēng)險。

5 解決辦法

根據(jù)以上調(diào)查及分析，嚴(yán)寒地區(qū)當(dāng)?shù)叵萝噹煸O(shè)置有集中供暖系統(tǒng)、車庫內(nèi)停車區(qū)域溫度滿足規(guī)范設(shè)計溫度時，供水系統(tǒng)除車庫口部一定范圍設(shè)置有保溫防凍措施外，其他區(qū)域可不另行設(shè)置保溫防凍措施；當(dāng)?shù)叵萝噹鞗]有設(shè)置集中供暖系統(tǒng)時，在完整冬季內(nèi)，地下車庫內(nèi)溫度無法保證始終持續(xù)在5℃以上,需要采取加強(qiáng)防凍措施。

首先，建立長效管理機(jī)制，且不抱有僥幸心理。否則，這樣的設(shè)計指導(dǎo)思想會為低溫冰凍天氣下居住建筑給水設(shè)施的供水安全留下隱患。嚴(yán)寒地區(qū)機(jī)動車庫應(yīng)設(shè)置集中供暖系統(tǒng)，當(dāng)確實(shí)受條件限制，無法設(shè)置集中供暖系統(tǒng)時，內(nèi)部設(shè)置供熱設(shè)施，每日檢測車庫溫度，確保車庫溫度達(dá)保持在5℃以上，保證生活及消防供水系統(tǒng)安全可靠。

其次，應(yīng)根據(jù)GB 50015-2019《建筑給水排水設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)》、GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統(tǒng)技術(shù)規(guī)范》、GB 50084-2017《自動噴水滅火系統(tǒng)設(shè)計規(guī)范》、GB 50261-2017《自動噴水滅火系統(tǒng)施工及驗(yàn)收規(guī)范》等要求，充水管道敷設(shè)在環(huán)境溫度低于5℃的區(qū)域時，應(yīng)對供水系統(tǒng)中可能遭受冰凍影響的部分采取防凍措施。

具體可以采用解決辦法：

（1）對車庫內(nèi)生給水排水管道采取防凍保溫措施。管道保溫層應(yīng)選用絕緣性能好,吸水性小的保溫材料，如聚酚醛泡沫塑料、可發(fā)性聚苯乙烯泡沫塑料、硬質(zhì)聚氨脂泡沫塑料等。當(dāng)計算的管道保溫厚度過厚時，可采用蒸汽（熱水）伴熱管或電伴熱等措施。

（2）排水管道采用大坡度敷設(shè)。通常在外部環(huán)境溫度不低于5℃條件下采用管道外包裹絕熱層。研究證明單純增加保溫層厚度不能防止管道靜流速水的凍結(jié)，對小口徑管道尤其危險。對嚴(yán)寒地區(qū)，通常與伴熱防凍方式聯(lián)用，達(dá)到保溫節(jié)能的綜合效果[5]。

（3）自動噴水滅火系統(tǒng)可采用干式系統(tǒng)（或預(yù)作用系統(tǒng)），系統(tǒng)局部下彎部位管道設(shè)置泄水閥[6]，或采用充裝防凍液的消防系統(tǒng)[7]。采用充裝防凍液的消防系統(tǒng)，部分種類防凍液充裝濃度在火災(zāi)初期時有的會增大火勢[8]，尚且需要進(jìn)一步深入研究。易凍部位消火栓可以采取伴熱防凍保護(hù)、局部設(shè)置泄水閥、干式消火栓系統(tǒng)等[9]，保證消防水系統(tǒng)運(yùn)行安全。

再次，多專業(yè)協(xié)調(diào)配合，例如：避免車庫入口迎向冬季主導(dǎo)風(fēng)向，可采用回轉(zhuǎn)坡道的方式，減少車庫口部冷風(fēng)入侵；車庫入口設(shè)置雙道快開保溫卷簾門，保證車行中兩道卷簾不同時開啟；口部保溫門與建筑本體連接部位避免遺留縫隙，做好封堵措施；車庫口部應(yīng)設(shè)置冷風(fēng)阻斷熱風(fēng)幕等措施。

最后，加強(qiáng)供水安全宣傳，普及供水設(shè)施及防寒保暖常識，提高居民供水安全意識，尤其是消防供水管道的供水安全，加強(qiáng)管理。不能因?yàn)榉磸?fù)凍漲破壞，直接采用關(guān)閉放空消防供水管網(wǎng)。

6 結(jié)語

通過多年調(diào)查實(shí)測及數(shù)據(jù)整理分析，得出如下結(jié)論：

（1）建設(shè)運(yùn)營方主張在嚴(yán)寒地區(qū)地下車庫不設(shè)置集中供暖系統(tǒng)可以保證停車區(qū)域車庫溫度維持5℃以上的說法不準(zhǔn)確。

（2）現(xiàn)有無集中供暖系統(tǒng)地下車庫的供水安全應(yīng)引起業(yè)界相關(guān)人士重視。嚴(yán)寒地區(qū)不設(shè)置集中供暖系統(tǒng)的地下車庫實(shí)測溫度低于5℃的現(xiàn)象普遍存在，車庫內(nèi)的供水系統(tǒng)存在凍結(jié)風(fēng)險，首先要從設(shè)計抓起，按照國家相關(guān)規(guī)范要求，保證供水安全，不能存在僥幸心理。

（3）嚴(yán)寒地區(qū)地下機(jī)動車庫應(yīng)設(shè)置集中供暖設(shè)施；當(dāng)受條件限制確實(shí)無法設(shè)置集中供暖設(shè)施時，應(yīng)多專業(yè)應(yīng)協(xié)調(diào)配合，敷設(shè)在下車庫中有可能凍結(jié)區(qū)域地的給排水及消防供水管道應(yīng)采用可靠的保溫防凍措施，保證生活及消防系統(tǒng)供排水系統(tǒng)安全可靠。

（4）鑒于近年嚴(yán)寒地區(qū)采用無集中供暖系統(tǒng)地下車庫方案明顯有上升趨勢，冬季極端天氣多在最冷月的一部分時間段出現(xiàn)，冬季大部分時間可以保證生活及消防系統(tǒng)運(yùn)行安全，建議相關(guān)規(guī)范編寫組加強(qiáng)嚴(yán)寒及寒冷地區(qū)無集中采暖建筑的相關(guān)數(shù)據(jù)調(diào)研，結(jié)合我國能源節(jié)約建設(shè)要求，在保證生活及消防系統(tǒng)供水安全的前提下，解決工程中現(xiàn)實(shí)存與經(jīng)濟(jì)運(yùn)營之間存在的矛盾。