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严寒及寒冷地区防冻害措施探讨

严寒及寒冷地区防冻害措施探讨
　　关键词 冻裂爆管 保温防冻 预作用系统 防冻栓 自限温电伴热 保温材料
　　近年来连续罕见的低温雨雪天气给我国寒冷地区的生活带来了诸多不便，室内给排水管道设备冻裂爆管现象时有发生，给人民群众的生活造成不必要的经济损失与麻烦，建筑给排水专业的管道设备保温防冻成了一项重要工作。极端恶劣的寒冷天气是导致给排水管道设施冻结冻裂的罪魁祸首，这就需要我们在工程安装过程中采取预防和保护措施，以最大可能降低管道设备冻裂爆管现象的发生。
　　1 管道设备冻裂爆管原因分析
　　根据《建筑给水排水设计规范》2009版第3.5.25条：敷设在有可能结冻的房间、地下室及管井、管沟等处的给水管道应有防冻措施。05SS904《民用建筑工程设计常见问题分析及图示》第1.23条关于给水管道遗漏防冻措施提出了两条改进措施：1、一般采用电伴热保温防冻;2、只有在短时有结冻可能(或供水保持常流)，且管径较大的给水管可采用防冻保温做法，绝热层厚度应由计算确定。
　　为了防止环境温度低于0℃的时段内管内结冻，《建筑给排水设计手册》给出了金属管道保温层厚度的计算公式：

　　笔者以青岛为例，参照当地的最冷月平均气象参数(无人居住且无供暖设施的室内环境温度取-5℃，管内水温在12h内由4℃降至0℃)，采用超细玻璃棉保温( 0.041)，不同管径镀锌钢管所需保温层厚度计算如下表：

　　由上可得，保温层厚度与金属管道外径成反比，也即管道公称直径越小，就越容易冻结，需要的保温层就越厚，反之则需要的保温层越薄。通过表2可见管径小于DN80时保温层厚度急剧增加，仅仅通过增加保温层厚度来解决防冻问题，一来安全系数降低且不经济，二来设备管线安装会影响层高且不美观，这与上述05SS904《民用建筑工程设计常见问题分析及图示》的第2条改进措施基本吻合。这种情况下，就需要通过设置电伴热保温防冻，具体做法参见03S401《管道和设备保温、防结露及电伴热》，此处不再赘述。
　　2 给排水系统保温防冻案例
　　2.1给水系统防冻
　　2.1.1新建住宅楼自管井入户管道防冻
　　考虑到建筑的美观和降低工程造价，新建住宅的给水入户管一般经管井内水表后下返沿楼板面层敷设到每户，给水管道须与暖管相间布置，或者敷设在暖管之下的保温层内，利用供暖管道的辐射热伴热保温，做法见图1所示。

a 水暖管水平敷设(户内设暖气片)      b 水暖管上下敷设(户内设地暖)
图1 利用供暖管道的辐射热伴热保温
　　管井内经水表后下返的立管设置三通引至下层管井，并设放空阀门以便泄空防冻，见图2所示。这样新交付的住宅楼房，若寒冷季节无人入住，便可由物业管理人员通过泄水防止冻胀管道。

图2 管井给水管道放空防冻做法
　　另自户外管井沿楼板面层敷设到户的给水管道，应避免经过露天开敞的走廊、入户花园等直接与室外寒冷空气相通的部位，倘无法避免应采用自限温电伴热保温防冻。
　　2.1.2室外景观用水管道防冻
　　绿地浇灌及水景补水管道在寒冷季节使用完毕应立即把水泄空，通常采用在低点设置泄水井的方式泄空防冻。由于泄水井一般较深，人工操作很不方便，笔者建议采用市场上的新出现的防冻阀产品：立管防冻栓，将防冻阀延长杆延伸至成品阀门箱底部，通过上阀体的开关灵活控制下阀体，使用原理：用水时上阀体开启→下阀体泄水口关闭，供水主管与通水管联通→通水管充水;防冻时上阀体关闭→下阀体泄水口开启，供水主管与通水管切断→通水管放水，见图3所示。

a 绿地浇灌接水栓地下阀门箱内安装   b 绿地浇灌接水栓地上明装   c 开敞阳台洗衣机用水安装
图3 立管防冻栓产品的应用
　　2.1.3太阳能热水设施防冻
　　太阳能作为清洁低碳的能源，在政府的大力推广和支持下逐步得到广泛的应用。在寒冷地区太阳能生活热水系统的防冻建议采取以下措施：
　　a.逆循环防冻，无日照的寒冷结冻期间，将贮热水箱的热水返回集热器做定时定温逆循环。
　　b.循环工质采用乙二醇、丙三醇等防冻液，间接换热制备热水。
　　c.电伴热保温防冻，仅适应于管路保温防冻。
　　2.2地下车库防冻
　　《建筑给水排水设计手册》第6.3.1条规定：严寒地区和寒冷地区的汽车库内应设集中采暖系统。但是随着汽车低温启动性能的提高，大部分北方地区的地下车库均不设置采暖系统;另《建筑给水排水设计手册》第6.3.4条规定：地下汽车库宜设置独立的送风、排风系统，其风量应按允许的废气标准量计算，且换气次数每小时不应小于6次，其排风机宜选用变速风机。依此条规定，严寒地区的地下车库的气温很容易达到0℃以下，这势必对我们车库内的消防系统造成不利影响。
　　2.2.1自喷淋灭火系统防冻
　　通常寒冷地区地下车库内自喷淋灭火系统的防冻建议采取以下措施：
　　a.地下车库尽量避免设置露天敞开的采光通风窗井。
　　b.自喷淋采用预作用系统，报警阀前湿式管道的保温加厚或采用电伴热保温。
　　c.地下室若设置湿式喷淋系统，则在车库出入口、采光窗井等容易与外界形成空气对流的部位，设置自限温电伴热保温防冻。
　　d.采用防冻湿式系统，使用符合国家和地方有关卫生标准的防冻液(与饮用水系统相连须使用甘油和丙二醇防冻液，与非饮用水系统相连可使用工业防冻液)，其与水混合的冰点参见《自动喷水灭火系统设计手册》表3.2-6和表3.2-7，所配置防冻液的冰点应低于环境历年统计最低温度，防冻液的比重应校核。由于此系统比较复杂，工程造价也较高，所以在万达目前项目中并未进行应用。
　　2.2.2消火栓系统等常温水媒介管道防冻
　　集团通常做法是严寒和寒冷地区地下车库距离车库入口30米范围内的消火栓等常温水媒介管道设阻燃自限温电伴热带，外包绝热层应采用A级保温材料。在哈尔万达城项目中，不仅对车库入口30米范围内的常温水媒介管道进行了电伴热保温带的处理，还在车库入口处增设了快速电动卷帘保温门，阻挡了冷风大量进入车库造层车库30米以外范围的管道冻胀现象发生。通过此次项目后总结发现如果在电动卷帘门上再设置一道电热风幕能更有效的阻挡冷风侵入，并且电热风幕可以联动到车库快速卷帘保温门或车库入户口进出车刷卡系统上，避免电热风幕长期开启造成能源的浪费。
　　2.3室内排水系统防冻
　　近年来住宅项目飞跃发展，新建住宅高度不断增加，在入住率不高的前提下，寒冷地区的排水管道冻结胀裂的现象也时有发生，究其原因在于少量排水在贴着管壁旋流排放的过程中，温度不断降低，在无人居住的房间内极易达到冰点，随着排水量的累加，管壁结冰厚度亦逐渐增加，从而导致管道堵塞胀裂溢流。
　　《建筑给水排水设计规范》2009版第4.9.12条“注：当生活阳台设有生活排水设备及地漏时，可不另设阳台雨水排水地漏。”此条意为开敞阳台的雨水排水和生活排水合用排水地漏(此地漏须设置防串味水封措施)，由于寒冷地区会对此水封地漏造成冻胀性破坏，故此条应仅适用于常年气温在0℃以上的南方地区。笔者建议排水管道防冻要做到以下几点：
　　a.开敞阳台避免设置洗衣机，如必须设置，则建议排水管道及地漏伴热保温处理，水龙头采用市场上的新兴防冻阀产品，如上图3.c所示。
　　b.北向厨房、卫生间内贴北墙的排水立管宜做保温处理。
　　2.4下沉庭院压力排水系统防冻
　　北方地区的一些项目设置露天的下沉庭院或采光井，比室外地面低，需要设置压力排水设施，这就给寒冷季节防冻带来一定难度，笔者建议采取如下防冻措施：
　　a.如有条件建议建筑专业设置防雨采光顶棚，给排水专业不做压力排水设施。
　　b.如必须做成开敞的下沉庭院或采光井，则建议压力排水设施设置在一个相对封闭的小室内，压力提排管路如下图所示，使立管中不存水，横管中的雨水废水能立即排至检查井。

图4 下沉庭院压力排水防冻做法
　　3 特殊部位保温防冻案例
　　3.1屋顶水箱间设施防冻
　　屋顶高位消防水箱内水体容积较大，一般不易结冻，而水箱间内的增压稳压泵不经常运转，其与管路均容易结冻造成系统故障。增压稳压水泵一旦运转需要散热，尤其是轴承部位不宜做电伴热，建议采取以下保温防冻的措施。
　　屋顶水箱间外墙必须做保温处理，检修门尽量开在冬季非主导风向的部位，并采用密封性能好的有保温层的门，尽量开小窗采光，水箱、气压罐及管路要做加厚保温处理，必要时设置自控温散热装置(如电油汀等)，保持室内温度为4℃以上。
　　3.2设备转换层或避难层给排水设施防冻
　　设备转换层或避难层的土建保温要求同上述，但暖通专业通常在设备转换层或避难层设置大面积的通风百叶，室内外空气对流很明显，建议设置预作用喷淋系统，穿越此房间的重力流排水管道要做保温处理，其他湿式管道均采用自限温电伴热措施。
　　3.3一层入口门斗防冻
　　尤其是北向一层入口门斗处，受冷空气影响很严重，暖通专业一般设置热风幕来提高空气温度，但是夜间或节假日非营业时段热风幕一旦停止运行，管道就会出现结冻现象，建议设置在此处的湿式管道采用自限温电伴热措施。在哈尔滨万达城项目中，考虑入口大堂如果设置热风幕来提高门斗处的温度，夜间关闭后会造成大堂内管道结冻现象，后经过研究在入口大堂门斗处设置了电地热盘管进行防冻处理，避免了将低温的水地热盘管在门厅处发生冻胀危险。
　　3.4水暖管井防冻
　　水暖管井应避免贴北外墙设置，受条件所限必须贴北外墙设置的管井，建议管井内墙加强保温处理，给排水管道要加厚保温。
　　4 管道设备保温应注意的问题
　　4.1绝热保温材料一般选用不燃、难燃类材料，外包防潮层，不然潮湿部位的水汽(如地库、管沟)极易侵入保温层，降低保温效果。采用泡沫橡塑材料，可不设防潮层。防潮层的燃烧性能应与保温绝热层的燃烧性能相匹配。绝热保温材料的选择应注明耐火性能和使用密度。
　　4.2电伴热适应于工业与民用建筑室内给排水金属管道及设备的保温和防冻，推荐采用自限温电伴热，其具有一定的自调控功能，在各个区段能随时调整功率，自动跟踪按需供热，使管温处处、时时均匀同步;当用于防冻时，应采用环境型温度传感器，安装在气温变化比较敏感的地方(如地库出入口或采光井百叶窗处)，当气温低于4℃时，电气开关箱内电源接通，与该电气开关箱连接的所有电热带系统都通电工作;当气温高于4℃时，电源切断，所有电热带系统断电，停止工作。
　　4.3管道支、吊架处的保温，在管道和支、吊架之间应设置隔热硬垫木，防止冷桥现象。
　　5 结语
　　现行国标图集03S401《管道和设备保温、防结露及电伴热》中仅对管道和设备的保温、防结露提供了相关参数和做法，除电伴热防冻外无其他防冻相关的做法。现行的规范手册中明确了给排水管道的防冻要求，却鲜有防冻做法。由于我国地域广阔，南北各地的气象参数差别甚大，保温防冻做法必然不尽相同，笔者有针对性的列举了几个典型案例供各位读者参考，以期共同探讨。