无集中供暖车库现状调查与供水安全

米长虹，孔维一，姚晨，孙化文

（1.哈尔滨工业大学建筑设计研究院有限公司，哈尔滨 150090；2.中国建筑设计研究院有限公司，北京 100044）

0 引言

针对严寒地区不设置集中供暖系统地下车库建筑停车区域实测温度是否能达到5℃的问题，由于受地域局限与气候不确定因素影响，目前国内没有相关长期实测数据及研究，导致业内对此问题一直有争议。一方面，建设运营方为降低建造及运营成本，主张在严寒及寒冷地区地下车库不设置集中供暖系统，且表述有很多成功的工程案例，可以满足车库停车区域温度达到规范要求的5～10℃。另一方面，根据GB 50736《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》及JGJ 100《汽车库建筑设计规范》的规定，严寒地区机动车库内应设集中采暖系统。就此问题，在2016～2020年，持续对无集中供暖系统地下车库建筑停车区域实测温度数据收集。

1 整体调查

数据收集分别位于2016～2017 年冬季、2019～2020年冬季与2020～2021 年冬季。3 次调查地均在严寒地区，调查对象为哈尔滨市各辖区不同民用建筑中住宅居住小区地下车库。数据收集均选在最冷月持续2个月（首年的12 月中旬～次年的2 月中旬）的时间段内。

无集中供暖系统地下车库测试数据均选在地下车库地下一层距车库入口距离为100m 以内的不同位置。车库入口的形式有入口设普通卷帘和快开保温卷帘两种不同方式；车库正常使用中，以过夜后车库早晨环境温度做为记录温度，室外最低及最高温度按当地天气预报计录。2016～2017 年度经数据分析后，设置有集中供暖系统车库实测温度均在5℃以上；不设置集中供暖系统的车库，停车区域实测温度高于0℃占比不足38%[1]，具体数据见表1。

表1 2016～2017 年车库温度分析

2018～2019 年对不设置集中供暖系统的地下车库建筑提出诸多改进措施[1]，2019～2020 年度受新冠病毒疫情爆发影响，数据样本采集中途中断，没有形成完整有效的数据，无法进行分析。2020～2021 年度冬季再一次开展数据采集。测试位置较2016～2017 年度有所增多。测试结果显示，停车区域实测温度高于0℃以上占比为82.3%，温度高于5℃占比为54.3%[2]，具体见表2。

表2 2020～2021 年车库温度分析

2 个体分析

2.1 数据采集

两次数据采集中某一住宅小区地下车库，两次分别在设置有集中供暖设施组别与无集中供暖设施组。此地下车库地下一层，2016～2017 年工程地下车库设置有集中供暖系统，测试点距离车库入口50m 处，车库门采用双道卷帘门。采集到车库停车区域实测温度满足规范要求，采集数据见图1。2020～2021 年度采集数据时，车库管理方受无集中供暖系统的地下车库能保证停车区域温度维持在5～10℃的说法影响,保持供暖系统干管、管路布置不变动的情况下，取消车库内的散热器及其供暖支管，在测试点位置、卷帘门型式未变的情况下，测试没有集中供暖系统（散热器与支管）后车库停车区域温度，每个测试点同时放置每日补水、管径为DN25mm、长度为500mm、管材为热镀锌管的单侧开口短立管，收据数据同时，观察管道内水冻结情况，采集数据见图2。两次测试的数据采集期均为2个月，记录时间持续60 多天。

图1 2016～2017 年度某地下车库有集中供暖系统时实测温度

图2 2020～2021 年度某地下车库无集中供暖系统时实测温度

2.2 数据分析

两组数据收集发生在不同年份，车库使用运行中冬季气温虽有所波动，但室外气温变化幅度和走向趋势基本相同。我们忽略在不同年份中的自然气温的影响后，从以上图表中可以清晰的看出温度在最冷月持续的63d 里，实测温度变化和趋势。并且得出，图1 有集中供暖设施时，车库温度记录曲线平缓，不受外界天气气温影响，使用舒适，车库停车区域温度稳定在12℃附近，最低测试温度为11℃，温度具有一定的安全余量，能保证生活及消防供排水系统安全。图2 无集中供暖设施时，车库温度记录曲线明显受室外气候温度影响，随着室外天气温度上下波动，在实测温度中，车库内最高测试温度在4～-4℃间随天气温度波动。在持续记录的63d 中，高于5℃以上记录天数为0d；高于0℃以上天数为27d,占总分析数据的43%；低于0℃以下天数为31d,占总分析数据的49%；其中有5d，车库温度在0℃徘徊，占总分析数据的8%；具体见表3。

表3 无集中供暖系统车库测试日温度分析

整理无集中供暖系统车库的温度图，加大竖向温度梯度，以便进一步观察分析，在室外温度有明显的波动时，车库温度也跟随波动，波动幅度较室外温度曲线平缓；除去温度大幅度升温或降温外（如12 月22日、1 月12 日、1 月20 日、1 月25 日、2 月12 日），温度曲线在跨越0℃时，会出现在某一温度附近持续徘徊。如：车库温度在12 月16 日～12 月19 日有4d 温度徘徊在0.5℃，12 月26 日～12 月27 日有2d 温度徘徊在0℃，12 月31 日～1 月4 日有5d 温度徘徊在-1℃，1月14 日～1 月19 日有5d 温度徘徊在0℃，2 月5 日-2 月7 日有3d 温度徘徊在0℃，这几处是需要持续吸收热量或释放热量的节点。这些节点后的停车区域温度会持续在持续在某一相对稳定温度。在持续低于0℃环境下，没有设置保温防冻设施的供水管道会出现冻结积冰，需要吸收大量热能才能融化，即使后续如1 月17 日室外温度虽短时上升，但热量不足以融化车库内供水系统管道内的积冰。试验短管内的积冰在1 月14 日～1 月19 日中持续存在，不曾融化。连续多日温度持续升温，持续热量才能缓慢融化管道内的积冰。

在严寒地区冬季，某一日温度回升偶有发生，但持续数日温度回升的概率很低。在初春时，室外气温持续回升才能提供持续热量。这与现场试验中观察到测试立管内的积冰融化规律一致。即无集中供暖系统的地下车库，当管道中水一旦冻结，在无人为干扰的状态下，融化过程缓慢且滞后，在没有持续足够热量补充时管道内的积冰不会融化。严寒地区为减少室外直埋管线工程量减少投资，消防供水干管多敷设在地下车库中，车库环境温度低于5℃的区域，消防供水干管一旦冻结形成冰塞，危及后续管网所负担建筑的消防供水安全。

3 其他冻融

在工程调查中还发现，很多严寒及寒冷地区无集中供暖系统车库在设计，受运营方误导，不设置集中供暖系统车库停车区域仍能持续保证设计温度5℃以上，车库内供水系统不需要设置防冻措施。导致车库停车区域内的生活及消防供水系统存在冻结风险。除车库口部一定范围内设置保温防冻保护外，其他部位生活给排水及消防给水系统均未设置保温防冻措施。部分项目虽然自动喷水灭火系统采用了预作用系统或干式系统，但在喷淋管道遇到障碍物时，没有采用直立喷头或下弯部位管道没有设置保温防冻措施，如伴热保温或设置泄水阀放空，导致局部下弯管道内积水冻结，在设置有机械立体停车设备的停车库内，发生此类冻胀现象尤其严重；室内消火栓系统未做防冻保温或没有采用局部干式系统[3]。

近几年时常收到建设或运营管理方反馈：无集中供暖系统的车库运营中伴有管道冻胀破坏，多发生在消防供水系统管道中。部分项目运营管理方为了彻底解决管道冻胀的困扰，擅自在冬季将消防系统直接放空，造成空管现象，这样的做法十分危险，无法保证冬季火灾发生时消防系统及时启动运行，快速灭火。鉴于近年来数据采集中这样的情况有增多趋势，设计方案初期应慎重选择无集中供暖系统地下车库方案，一旦选用无集中供暖系统方案时，应完善系统防冻保温方案，确保系统运行安全。

4 冻结试验

供水系统管道在严寒天气条件下发生冻裂的因素有很多,如管道材质、管径大小、管道内水流状况、环境温度以及是否包裹保温棉或伴热措施等。有研究表明：在供水不流动时，供水温度在1～3℃时，不同环境温度下（-5、-10℃）不同保温棉厚度（25、40mm）的不同材质（不锈钢、PPR、内衬塑镀锌管）管道内水温降至0℃的时间分布见图3[4]。没有保温棉防护时,各种材质立管内水温降至0℃的时间无明显差异，均小于3h;在包裹25mm 保温棉及40mm 保温棉厚度的情况下,管道内水温降至0℃的时间有不同，为4～18h 不等。

图3 不同材质立管管道内水温降至0℃的时间分布

地下车库内常敷设有生活给水系统、室内消火栓系统、自动喷水灭火系统、压力排水系统等，尤其是消防管道内水长时间不流动，无集中供暖系统的地下车库内的供水系统很容易发生冻结的风险。

5 解决办法

根据以上调查及分析，严寒地区当地下车库设置有集中供暖系统、车库内停车区域温度满足规范设计温度时，供水系统除车库口部一定范围设置有保温防冻措施外，其他区域可不另行设置保温防冻措施；当地下车库没有设置集中供暖系统时，在完整冬季内，地下车库内温度无法保证始终持续在5℃以上,需要采取加强防冻措施。

首先，建立长效管理机制，且不抱有侥幸心理。否则，这样的设计指导思想会为低温冰冻天气下居住建筑给水设施的供水安全留下隐患。严寒地区机动车库应设置集中供暖系统，当确实受条件限制，无法设置集中供暖系统时，内部设置供热设施，每日检测车库温度，确保车库温度达保持在5℃以上，保证生活及消防供水系统安全可靠。

其次，应根据GB 50015-2019《建筑给水排水设计标准》、GB 50974-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》、GB 50084-2017《自动喷水灭火系统设计规范》、GB 50261-2017《自动喷水灭火系统施工及验收规范》等要求，充水管道敷设在环境温度低于5℃的区域时，应对供水系统中可能遭受冰冻影响的部分采取防冻措施。

具体可以采用解决办法：

（1）对车库内生给水排水管道采取防冻保温措施。管道保温层应选用绝缘性能好,吸水性小的保温材料，如聚酚醛泡沫塑料、可发性聚苯乙烯泡沫塑料、硬质聚氨脂泡沫塑料等。当计算的管道保温厚度过厚时，可采用蒸汽（热水）伴热管或电伴热等措施。

（2）排水管道采用大坡度敷设。通常在外部环境温度不低于5℃条件下采用管道外包裹绝热层。研究证明单纯增加保温层厚度不能防止管道静流速水的冻结，对小口径管道尤其危险。对严寒地区，通常与伴热防冻方式联用，达到保温节能的综合效果[5]。

（3）自动喷水灭火系统可采用干式系统（或预作用系统），系统局部下弯部位管道设置泄水阀[6]，或采用充装防冻液的消防系统[7]。采用充装防冻液的消防系统，部分种类防冻液充装浓度在火灾初期时有的会增大火势[8]，尚且需要进一步深入研究。易冻部位消火栓可以采取伴热防冻保护、局部设置泄水阀、干式消火栓系统等[9]，保证消防水系统运行安全。

再次，多专业协调配合，例如：避免车库入口迎向冬季主导风向，可采用回转坡道的方式，减少车库口部冷风入侵；车库入口设置双道快开保温卷帘门，保证车行中两道卷帘不同时开启；口部保温门与建筑本体连接部位避免遗留缝隙，做好封堵措施；车库口部应设置冷风阻断热风幕等措施。

最后，加强供水安全宣传，普及供水设施及防寒保暖常识，提高居民供水安全意识，尤其是消防供水管道的供水安全，加强管理。不能因为反复冻涨破坏，直接采用关闭放空消防供水管网。

6 结语

通过多年调查实测及数据整理分析，得出如下结论：

（1）建设运营方主张在严寒地区地下车库不设置集中供暖系统可以保证停车区域车库温度维持5℃以上的说法不准确。

（2）现有无集中供暖系统地下车库的供水安全应引起业界相关人士重视。严寒地区不设置集中供暖系统的地下车库实测温度低于5℃的现象普遍存在，车库内的供水系统存在冻结风险，首先要从设计抓起，按照国家相关规范要求，保证供水安全，不能存在侥幸心理。

（3）严寒地区地下机动车库应设置集中供暖设施；当受条件限制确实无法设置集中供暖设施时，应多专业应协调配合，敷设在下车库中有可能冻结区域地的给排水及消防供水管道应采用可靠的保温防冻措施，保证生活及消防系统供排水系统安全可靠。

（4）鉴于近年严寒地区采用无集中供暖系统地下车库方案明显有上升趋势，冬季极端天气多在最冷月的一部分时间段出现，冬季大部分时间可以保证生活及消防系统运行安全，建议相关规范编写组加强严寒及寒冷地区无集中采暖建筑的相关数据调研，结合我国能源节约建设要求，在保证生活及消防系统供水安全的前提下，解决工程中现实存与经济运营之间存在的矛盾。