浅谈北方寒冷地区室外给水防冻设计要点

浅谈北方寒冷地区室外给水防冻设计要点摘要：北方冬季寒冷地区，室外区域给水、消防管道及设施均存在发生冻结现象，严重制约着给水的正常使用。本文结合相关的规范标准及实际情况，针对一些典型的情况进行分析，提出合理应对北方冬季寒冷地区给水管道及设施的防冻措施，以防止管道及设施内水冻结现象的产生。关键词：寒冷地区；给水管道；消防管道；循环水管道；防冻结我国幅员辽阔，南北地区气候差异较大，而寒冷地区主要指我国的东北、西北、内蒙古以及华北部分地区，这些地区冬季气温均处于o°c以下，由于设计上未充分考虑防冻问题，室外的给水设施及消防设施均存在一些被冻结的现象，严重影响给水设施的使用及消防救援工作。需考虑防冻设计的管道或设备根据GB50794-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》第5.2.5条规定"高位消防水箱间应通风良好，不应结冰，当必须设置在严寒、寒冷等冬季结冰地区的非采暖房间时，应采取防冻措施，环境温度或水温不应低于5°C",及第8.2.10条规定“架空充水管道应设置在环境温度不低于5°C的区域，当环境温度低于5°C时，应采取防冻措施"，我们可知当给水管道或给水设施所处的环境温度低于5°C时，应进行防冻设计。此处应注意保证管道结冰的环境温度不是0C。室外给水系统防冻设计1）埋地管道的防冻设计根据GB50015-2019《建筑给水排水设计标准》第3.5.3条规定"管顶最小覆土深度不得小于土壤冰冻线以下0.15m",此条规定保证对室外埋地生产、生活给水管道不被冻结，管道埋设在冰冻线以下是最安全的，每个地区的土壤冰冻深度建议查阅地勘报告更为准确。2）室外阀门井防冻设计根据图集05S502《室外给水管道附属构筑物》规定：采暖计算温度高于或等于-20C的地区采用单层井盖，采暖计算温度低于-20C的地区采用保温井盖，砖砌井保温井盖做法见图集05S502-25，；钢筋混凝土保温井盖做法见图集05S502-81。此条规定是保证在温度较低地区阀门井内管道的防冻，采暖计算温度见暖通专业规范《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012。故项目位于严寒地区的恶劣气候地区时，设计中要注意室外阀门井应设双层保温井盖。3）室外给水栓防冻设计室外直埋敷设给水管道引出地面时，应根据露天地面设备可能间断操作或冬季检修等要求，考虑采用引出地面的给水管设电伴热保温（比较复杂，不建议采用）或在给水管上设置放空阀如图1所示：3室外消防给水防冻设计根据GB50794-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》第8.2.6条规定："管道最小管顶覆土应至少在冰冻线以下0.3m",对于消火栓系统管道、自动喷水灭火系统室外管道按此执行即可。上述条文的规定仅仅是对于消防管道而未提及室外消火栓的埋深要求,无论是室外地上式消火栓还是室外地下式消火栓的栓口都位于冰冻线以上,若不采用消火栓自带的泄水阀自动泄水，则室外消火栓内水将发生冻结，此时泄水阀的埋设深度至关重要。根据图集13S201《室外消火栓及消防水鹤安装》说明4.3.2条规定：“室外消火栓给水管道覆土深度的选择应考虑地面荷载的因素，并需使室外消火栓泄水口位于冰冻线以下"。但13S201图集执行时，GB50794-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》并未执行，故图集13S201并未以GB50794-2014《消防给水及消火栓系统技术规范》作为设计依据，同时根据13S201《室外消火栓及消防水鹤安装》说明2.2条规定：“当依据的标准规范进行修订或有新的标准规范出版实施时，应对本图集相关内容进行复核后选用”，故应对图集13S201《室外消火栓及消防水鹤安装》中室外消火栓泄水口的埋深进行修正，为保证室外消火栓给水系统不被冻结，室外消火栓泄水口应至少在冰冻线以下0.3。4室外循环冷却水系统防冻设计循环冷却水系统当为工艺设备服务时，循环水系统会冬季运行，循环冷却水系统冬季运行考虑一下几点：1）机械通风冷却塔进风口大量结冰。由于水汽蒸发遇冷凝固，在冷却塔进风口结冰，堵塞进风口，笔者于北京地区设计冷却塔循环水，冷却塔塔冬季运行期间结冰现象严重，已堵塞约50%进风口且冰渣已至地面。由于大部分机械冷却塔是为夏天空天系统服务，厂家未考虑冬季运行工况，故应在设计说明中着重提出冷却塔需冬季运行，设备制造厂家应考虑冷却塔冻结结冰问题。其次，冷却塔多半布置于屋顶，由于冬季结冰现象严重，会增大冷却塔部分支腿的荷载，建议设计时考虑荷载裕量。2）循环水系统补水管防冻设计。冷却塔运行当中，循环水一直处于损失的状态，故补水管当中一直处于流动状态，当冬季循环水系统处于运行状态时，补水管不会结冰，根据设计经验建议做防冻保温（冬季防冻，夏季隔热）。但考虑冷却塔冬季停运，补水管按一定坡度设计，并在室内或阀门井内设置泄水管，当循环系统停运时应能把裸露于室外的管道泄空3）循环水管道防冻设计。室外架空的循环水连续24h运行，管内水一直处于流动状态且温度较高，不会结冰，因此室外管道架空敷设时可不设保温。但考虑到冬季检修时的放空措施，建议在管道的地点设置放空阀，管道尽量做到一直上升或一直下降，以减少放空阀的数量。因为从主管道接出的放空支管水流一直处于静态，冬季会结冰，故室外设置的放空支管应采取电伴热保温措施。我国地区辽阔，气候差距较大，给水管道的防冻设计也各不相同，以上防冻工程做法仅为典型的常规做法，实际工程进行防冻设计应在遵守规范的基础上结合当地工程经验，以安全、节能、经济为原则合理的选用防冻措施。参考文献GB50015-2019建筑给水排水设计标准.0