無集中供暖車庫現狀調查與供水安全

米長虹，孔維一，姚晨，孫化文

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

0 引言

針對嚴寒地區不設置集中供暖系統地下車庫建筑停車區域實測溫度是否能達到5℃的問題，由于受地域局限與氣候不確定因素影響，目前國內沒有相關長期實測數據及研究，導致業內對此問題一直有爭議。一方面，建設運營方為降低建造及運營成本，主張在嚴寒及寒冷地區地下車庫不設置集中供暖系統，且表述有很多成功的工程案例，可以滿足車庫停車區域溫度達到規范要求的5～10℃。另一方面，根據GB 50736《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》及JGJ 100《汽車庫建筑設計規范》的規定，嚴寒地區機動車庫內應設集中采暖系統。就此問題，在2016～2020年，持續對無集中供暖系統地下車庫建筑停車區域實測溫度數據收集。

1 整體調查

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

無集中供暖系統地下車庫測試數據均選在地下車庫地下一層距車庫入口距離為100m 以內的不同位置。車庫入口的形式有入口設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境溫度做為記錄溫度，室外最低及最高溫度按當地天氣預報計錄。2016～2017 年度經數據分析后，設置有集中供暖系統車庫實測溫度均在5℃以上；不設置集中供暖系統的車庫，停車區域實測溫度高于0℃占比不足38%[1]，具體數據見表1。

表1 2016～2017 年車庫溫度分析

2018～2019 年對不設置集中供暖系統的地下車庫建筑提出諸多改進措施[1]，2019～2020 年度受新冠病毒疫情爆發影響，數據樣本采集中途中斷，沒有形成完整有效的數據，無法進行分析。2020～2021 年度冬季再一次開展數據采集。測試位置較2016～2017 年度有所增多。測試結果顯示，停車區域實測溫度高于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 數據采集

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

圖1 2016～2017 年度某地下車庫有集中供暖系統時實測溫度

圖2 2020～2021 年度某地下車庫無集中供暖系統時實測溫度

2.2 數據分析

兩組數據收集發生在不同年份，車庫使用運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的63d 里，實測溫度變化和趨勢。并且得出，圖1 有集中供暖設施時，車庫溫度記錄曲線平緩，不受外界天氣氣溫影響，使用舒適，車庫停車區域溫度穩定在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安全。圖2 無集中供暖設施時，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，在實測溫度中，車庫內最高測試溫度在4～-4℃間隨天氣溫度波動。在持續記錄的63d 中，高于5℃以上記錄天數為0d；高于0℃以上天數為27d,占總分析數據的43%；低于0℃以下天數為31d,占總分析數據的49%；其中有5d，車庫溫度在0℃徘徊，占總分析數據的8%；具體見表3。

表3 無集中供暖系統車庫測試日溫度分析

整理無集中供暖系統車庫的溫度圖，加大豎向溫度梯度，以便進一步觀察分析，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，會出現在某一溫度附近持續徘徊。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℃，這幾處是需要持續吸收熱量或釋放熱量的節點。這些節點后的停車區域溫度會持續在持續在某一相對穩定溫度。在持續低于0℃環境下，沒有設置保溫防凍設施的供水管道會出現凍結積冰，需要吸收大量熱能才能融化，即使后續如1 月17 日室外溫度雖短時上升，但熱量不足以融化車庫內供水系統管道內的積冰。試驗短管內的積冰在1 月14 日～1 月19 日中持續存在，不曾融化。連續多日溫度持續升溫，持續熱量才能緩慢融化管道內的積冰。

在嚴寒地區冬季，某一日溫度回升偶有發生，但持續數日溫度回升的概率很低。在初春時，室外氣溫持續回升才能提供持續熱量。這與現場試驗中觀察到測試立管內的積冰融化規律一致。即無集中供暖系統的地下車庫，當管道中水一旦凍結，在無人為干擾的狀態下，融化過程緩慢且滯后，在沒有持續足夠熱量補充時管道內的積冰不會融化。嚴寒地區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在地下車庫中，車庫環境溫度低于5℃的區域，消防供水干管一旦凍結形成冰塞，危及后續管網所負擔建筑的消防供水安全。

3 其他凍融

在工程調查中還發現，很多嚴寒及寒冷地區無集中供暖系統車庫在設計，受運營方誤導，不設置集中供暖系統車庫停車區域仍能持續保證設計溫度5℃以上，車庫內供水系統不需要設置防凍措施。導致車庫停車區域內的生活及消防供水系統存在凍結風險。除車庫口部一定范圍內設置保溫防凍保護外，其他部位生活給排水及消防給水系統均未設置保溫防凍措施。部分項目雖然自動噴水滅火系統采用了預作用系統或干式系統，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置保溫防凍措施，如伴熱保溫或設置泄水閥放空，導致局部下彎管道內積水凍結，在設置有機械立體停車設備的停車庫內，發生此類凍脹現象尤其嚴重；室內消火栓系統未做防凍保溫或沒有采用局部干式系統[3]。

近幾年時常收到建設或運營管理方反饋：無集中供暖系統的車庫運營中伴有管道凍脹破壞，多發生在消防供水系統管道中。部分項目運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直接放空，造成空管現象，這樣的做法十分危險，無法保證冬季火災發生時消防系統及時啟動運行，快速滅火。鑒于近年來數據采集中這樣的情況有增多趨勢，設計方案初期應慎重選擇無集中供暖系統地下車庫方案，一旦選用無集中供暖系統方案時，應完善系統防凍保溫方案，確保系統運行安全。

4 凍結試驗

供水系統管道在嚴寒天氣條件下發生凍裂的因素有很多,如管道材質、管徑大小、管道內水流狀況、環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，不同環境溫度下（-5、-10℃）不同保溫棉厚度（25、40mm）的不同材質（不銹鋼、PPR、內襯塑鍍鋅管）管道內水溫降至0℃的時間分布見圖3[4]。沒有保溫棉防護時,各種材質立管內水溫降至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,管道內水溫降至0℃的時間有不同，為4～18h 不等。

圖3 不同材質立管管道內水溫降至0℃的時間分布

地下車庫內常敷設有生活給水系統、室內消火栓系統、自動噴水滅火系統、壓力排水系統等，尤其是消防管道內水長時間不流動，無集中供暖系統的地下車庫內的供水系統很容易發生凍結的風險。

5 解決辦法

根據以上調查及分析，嚴寒地區當地下車庫設置有集中供暖系統、車庫內停車區域溫度滿足規范設計溫度時，供水系統除車庫口部一定范圍設置有保溫防凍措施外，其他區域可不另行設置保溫防凍措施；當地下車庫沒有設置集中供暖系統時，在完整冬季內，地下車庫內溫度無法保證始終持續在5℃以上,需要采取加強防凍措施。

首先，建立長效管理機制，且不抱有僥幸心理。否則，這樣的設計指導思想會為低溫冰凍天氣下居住建筑給水設施的供水安全留下隱患。嚴寒地區機動車庫應設置集中供暖系統，當確實受條件限制，無法設置集中供暖系統時，內部設置供熱設施，每日檢測車庫溫度，確保車庫溫度達保持在5℃以上，保證生活及消防供水系統安全可靠。

其次，應根據GB 50015-2019《建筑給水排水設計標準》、GB 50974-2014《消防給水及消火栓系統技術規范》、GB 50084-2017《自動噴水滅火系統設計規范》、GB 50261-2017《自動噴水滅火系統施工及驗收規范》等要求，充水管道敷設在環境溫度低于5℃的區域時，應對供水系統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）對車庫內生給水排水管道采取防凍保溫措施。管道保溫層應選用絕緣性能好,吸水性小的保溫材料，如聚酚醛泡沫塑料、可發性聚苯乙烯泡沫塑料、硬質聚氨脂泡沫塑料等。當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。通常在外部環境溫度不低于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，對小口徑管道尤其危險。對嚴寒地區，通常與伴熱防凍方式聯用，達到保溫節能的綜合效果[5]。

（3）自動噴水滅火系統可采用干式系統（或預作用系統），系統局部下彎部位管道設置泄水閥[6]，或采用充裝防凍液的消防系統[7]。采用充裝防凍液的消防系統，部分種類防凍液充裝濃度在火災初期時有的會增大火勢[8]，尚且需要進一步深入研究。易凍部位消火栓可以采取伴熱防凍保護、局部設置泄水閥、干式消火栓系統等[9]，保證消防水系統運行安全。

再次，多專業協調配合，例如：避免車庫入口迎向冬季主導風向，可采用回轉坡道的方式，減少車庫口部冷風入侵；車庫入口設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；車庫口部應設置冷風阻斷熱風幕等措施。

最后，加強供水安全宣傳，普及供水設施及防寒保暖常識，提高居民供水安全意識，尤其是消防供水管道的供水安全，加強管理。不能因為反復凍漲破壞，直接采用關閉放空消防供水管網。

6 結語

通過多年調查實測及數據整理分析，得出如下結論：

（1）建設運營方主張在嚴寒地區地下車庫不設置集中供暖系統可以保證停車區域車庫溫度維持5℃以上的說法不準確。

（2）現有無集中供暖系統地下車庫的供水安全應引起業界相關人士重視。嚴寒地區不設置集中供暖系統的地下車庫實測溫度低于5℃的現象普遍存在，車庫內的供水系統存在凍結風險，首先要從設計抓起，按照國家相關規范要求，保證供水安全，不能存在僥幸心理。

（3）嚴寒地區地下機動車庫應設置集中供暖設施；當受條件限制確實無法設置集中供暖設施時，應多專業應協調配合，敷設在下車庫中有可能凍結區域地的給排水及消防供水管道應采用可靠的保溫防凍措施，保證生活及消防系統供排水系統安全可靠。

（4）鑒于近年嚴寒地區采用無集中供暖系統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，冬季大部分時間可以保證生活及消防系統運行安全，建議相關規范編寫組加強嚴寒及寒冷地區無集中采暖建筑的相關數據調研，結合我國能源節約建設要求，在保證生活及消防系統供水安全的前提下，解決工程中現實存與經濟運營之間存在的矛盾。