噴灑降溫系統有效性研究
——以攀枝花學院九號樓為例

徐宇鳴 李 順 尹藝芝

（攀枝花學院土木與建筑工程學院， 四川 攀枝花 617000）

夏季氣溫過高時，建筑外圍護結構和室內受到太陽輻射迅速升溫，宿舍樓內往往因為通風循環系統不良、圍護結構隔熱性不強、室內無制冷設備等原因，導致室內溫度久高不下。由于以上原因，樓內南向寢室的氣溫較之北向寢室更為酷熱難耐。為在不改變房屋結構的條件下，更為經濟有效的提高降溫效率，我校于2016年引進屋面噴水裝置，是攀西地區第一所利用噴灑系統物理降溫消暑的高校。

近日我們通過問卷調查得知有不少同學反映此降溫系統于宿舍降溫無效，特此實地調研與測驗，通過一系列方法分析，判斷此降溫系統在中高層宿舍應用中的有效性。

1 宿舍現狀分析

攀枝花學院地處于川滇交界的攀枝花市，屬于亞熱帶河谷干熱氣候，平均海拔1130米，年日照小時數2700小時，年均氣溫19℃～21℃之間，年最高氣溫超40℃，熱量豐富，干濕季分明。干季與夏季并存的四、五月份，形成一種干熱難耐的地域性小氣候。

隨著我國經濟的快速發展，學校規模持續擴大，使用人群對校園生活的質量也在不斷提高。二十多年前修建的學生宿舍，建筑物在隔熱、通風和節能方面已逐漸跟不上時代的步伐。我校宿舍外墻使用的是240mm厚非承重空心磚墻體，內外都使用瓷磚貼面。屋面是普通的鋼筋混凝土結構，無保溫層，隔熱效果較差。沒有遮陽措施的宿舍安裝的大面積的單層玻璃窗則導致室內吸收大量熱量，而室內缺乏通風散熱手段，夏季長時間的熱輻射會導致室溫不斷上升。以上不利條件均能看出宿舍本身圍護結構熱工性能差，導致后來再安裝設備來調整，不僅不利于建筑節能，并且會加大建筑能耗。

2 使用噴灑降溫系統原因

學校采用屋頂噴灑降溫系統作為宿舍降溫的主要措施，原因有三：一、宿舍內原使用電風扇降溫，但在夏季由于室內外基本無溫差，電風扇只能改變空氣流速，降溫效果差，且增加能耗。二、安裝遮陽措施僅能削弱太陽輻射，無法阻擋空氣傳熱，且安裝工程量大，可輔助其它降溫手段使用。三、空調設施雖然因為其高效的降溫效率曾被考慮過使用，但費用高昂，維護復雜，最終未被采用。低廉的購買安裝成本，簡單的后期維護工作，是學校使用它的主要原因。

3 屋面噴灑降溫系統工作原理

屋面噴灑降溫系統可簡要分為三大功能系統，主要包括給水、補水和電氣設備控制。

給水系統由一臺離心泵，若干霧化噴頭，不同半徑規格的PPR管及其管件構成。將若干霧化噴頭裝在PPR主管件上均勻散布在屋頂四周，每隔1m安裝一個噴霧管件，可以使其噴灑范圍更加集中，并分別與屋面水平夾角成45°安裝以擴大灑水范圍，主管件連接離心泵，離心泵用于將水泵至屋面。補水系統由管件直接連接至市政自來水。電氣設備及控制系統由一個防水插座和開關組成，主要控制離心泵的開關。主要由生活處工作人員控制。

天氣炎熱之時，由生活處工作人員打開離心泵開關，離心泵將市政自來水泵至屋面，通過管件及霧化噴頭后，水將斜噴出去成霧狀散開落下，水霧在下降過程中或散布在建筑外圍護結構上，或散布于周圍環境中，在氣流及太陽熱輻射作用下將蒸發帶走熱量，并在墻內外產生熱壓帶動室內外風流動，從而達到為建筑物降溫的作用。

4 屋面噴灑降溫系統降溫測驗與分析

4.1 測驗與分析

攀枝花學院九號樓宿舍是一棟十層高的建筑，層高均3m，總建筑高度為31m，南北朝向。由于山地地形限制，該宿舍四樓有三座天橋連接主要道路以作為出入口，底層出入口則作為次入口供人們進出。此次調研的噴水降溫系統安裝在該宿舍頂層女兒墻上。

本組于2018年4月20日對以安裝噴灑系統完成并投入使用的攀枝花學院九號樓宿舍進行溫濕度測量，通過對比每層樓同一時間噴灑降溫裝置開啟與未開啟時的平均溫濕度來分析噴灑降溫裝置對室內溫濕度的作用。

圖1 未開啟噴灑降溫系統溫濕度統計圖

圖2 開啟后噴灑降溫系統溫濕度統計圖

從圖1、2數據來看，噴灑降溫系統在建筑使用過程中降溫效果明顯，但降溫效果隨樓層的降低而削弱，水霧在降至四樓時達到所能有效降溫的極限距離——18m。這是因為水霧在下降的過程中有損失（如風的影響，外界溫度的影響），損失較大時則不利于低樓層的降溫。而之所以一樓溫度較二樓低一些，是由于一樓周圍的綠化，削弱了建筑底部的熱輻射。

噴灑降溫系統的增濕效用在測試過程中數據變化尤為明顯，從圖1、2中可以看出從一樓到頂樓相對濕度從21.2%RH增長到36.4%RH。頂樓因為水汽較為集中，受到外界因素的影響較小，蒸發散失量較小，所以相對濕度較高。而樓層越低，水分因受到外界的影響散失的越多，故相對濕度降低。由于大量的水分最終都會匯集到一樓的周圍環境中，故一樓相對濕度較二樓有所提高。

4.2 影響屋面噴灑降溫系統有效性的因素

（1）外界因素：風、建筑高度、氣溫等。

噴灑系統的水霧在下降的過程中易受到自然風的影響。風的存在雖會加速水汽的蒸發帶走熱量但風也將改變了水霧下降的位置，從而導致在給建筑物降溫時出現降溫不均勻的現象。風速極大的情況下也將大大削弱給建筑降溫的有效范圍。氣溫的影響相對較小，但是在極其炎熱的天氣下，空氣中水分蒸發的速度很快，也不利于較低的樓層降溫。

（2）內在因素：噴頭所能承受的水壓、管件噴灑角度、管件排布的密度等。

噴頭的水壓直接影響水霧噴灑的射程，噴射距離過遠則導致水霧在下降過程中過快的散失，直接削弱較低的樓層降溫的性能；噴射距離過近則不利于噴灑出的水霧霧化，間接影響了蒸發吸熱，并且會浪費一部分水資源。管件噴灑角度的影響也是同理。

5 結語

根據測驗結果，可知屋面噴灑降溫系統應用在建筑室內外降溫增濕方面確實有效可行，并且配合著其余的降溫措施效果更顯著。只是由于該系統在應用過程中易受到如：樓層高度的限制、空氣流速等影響，會削弱降溫的有效性，因此在實踐過程中不適用于中高層以上的建筑。該系統的應用不僅為師生們改善了學習和生活環境，也為該系統今后在國內建筑領域的廣泛應用提供參考。屆時，本組也還會繼續探究該系統的節能性能以及在防火應急方面的應用，希望它能夠在更廣的建筑領域中應用開來。

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