高層民用建筑燃?xì)夤こ痰蛪翰糠值乃τ?jì)算淺析

賴文光 羊飛

摘 要 本文旨在對(duì)高層民用建筑燃?xì)夤こ痰蛪翰糠值乃τ?jì)算，進(jìn)行淺析。通過(guò)低壓部分水力計(jì)算結(jié)果的分析，從而對(duì)高層民用建筑燃?xì)夤こ痰恼{(diào)壓設(shè)備出口壓力的選取、低壓燃?xì)夤艿拦軓降倪x取，提供計(jì)算的理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞 高層民用建筑;燃?xì)夤こ?低壓;水力計(jì)算;淺析

1高層民用建筑的定義

根據(jù)《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》GB50016-2014（2018年版），高層民用建筑是建筑高度大于27m的住宅建筑和建筑高度大于24m的其他民用建筑。其中一類高層民用建筑指的是建筑高度大于54m的住宅建筑（包括設(shè)置商業(yè)服務(wù)網(wǎng)點(diǎn)的住宅建筑）[1]。

2高層民用建筑燃?xì)夤こ痰牡蛪核τ?jì)算依據(jù)

低壓燃?xì)夤艿绬挝婚L(zhǎng)度的摩擦阻力損失應(yīng)按《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范GB50028-2006》中式6.2.5計(jì)算。室外低壓燃?xì)夤艿赖木植孔枇p失可按燃?xì)夤艿滥Σ磷枇p失的5%～10%進(jìn)行計(jì)算。室內(nèi)低壓管道的局部阻力損失應(yīng)單獨(dú)考慮燃?xì)獗淼木植孔枇s120～130Pa。

3高層民用建筑燃?xì)夤こ痰蛪翰糠值乃τ?jì)算影響因素

高層民用建筑燃?xì)夤こ痰蛪翰糠值乃τ?jì)算的影響因素主要有附加壓頭的影響、管道沿程阻力和局部阻力的影響。

（1）附加壓頭的影響：對(duì)于比空氣密度輕的燃?xì)猓ㄈ缣烊粴狻⑷斯っ簹猓?，管道由低處往高處輸送，附加壓頭使燃?xì)饨橘|(zhì)壓力增加;對(duì)于比空氣密度重的燃?xì)猓ㄈ缫夯蜌猓艿烙傻吞幫咛庉斔?，附加壓頭使燃?xì)饨橘|(zhì)壓力減小。通過(guò)計(jì)算，人工煤氣附加壓頭約為8.083Pa/m，天然氣附加壓頭約為5.43Pa/m，液化石油氣附加壓頭約為-11.833Pa/m。具體附加壓頭計(jì)算公式參照《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范GB50028-2006》中式10.2.13計(jì)算。

（2）沿程阻力和局部阻力的影響：由于流體具有黏滯性和慣性，因而引起流體經(jīng)過(guò)管道時(shí)，產(chǎn)生沿程阻力損失;由于管路界面突然擴(kuò)大或縮小等原因，固體壁面對(duì)流體的阻滯作用和擾動(dòng)作用引起局部阻力損失。沿程阻力和局部阻力的產(chǎn)生，均使得燃?xì)饨橘|(zhì)壓力減小。

4高層民用建筑燃?xì)夤こ痰挠脷庾顦O端情況

高層民用建筑燃?xì)夤こ痰挠脷庾顦O端情況可分為兩種：

流量最小情況的極端情況：某戶人家燃?xì)庠O(shè)備前的壓力超過(guò)1.5倍額定壓力的情況。比如距離調(diào)壓設(shè)備最近的立管頂樓只開雙眼灶的其中一個(gè)灶眼，而整個(gè)小區(qū)其他用戶均不用氣的情況;

流量最大情況的極端情況：某戶人家燃?xì)庠O(shè)備前的壓力不足0.75倍額定壓力的情況。比如距離調(diào)壓設(shè)備最遠(yuǎn)的立管的某層用戶開啟一臺(tái)灶具和熱水器（不一定是底樓用戶），而整個(gè)小區(qū)按照最大計(jì)算流量進(jìn)行用氣的情況[2]。

5高層民用建筑低壓部分的水力計(jì)算

綜合考慮，高層民用建筑在進(jìn)行低壓水力計(jì)算時(shí)，應(yīng)按極端情況，進(jìn)行水力計(jì)算。

流量最大情況的極端情況：流量最大情況的極端情況為所有用戶按照同時(shí)工作系數(shù)正常工作時(shí)，距離調(diào)壓裝置最遠(yuǎn)的立管中某一戶的壓力最低的情況。此時(shí)，庭院部分按照選用同時(shí)工作系數(shù)法計(jì)算出的計(jì)量流量來(lái)計(jì)算庭院部分的沿程阻力損失和局部壓力損失。室內(nèi)部分按照一戶燃燒設(shè)備全部開啟的計(jì)算流量來(lái)計(jì)算室內(nèi)部分的沿程阻力和局部阻力，且應(yīng)單獨(dú)考慮燃?xì)獗淼木植孔枇s120～130Pa。同時(shí)，室內(nèi)部分應(yīng)考慮附加壓頭的影響。通過(guò)對(duì)室內(nèi)的各項(xiàng)壓力進(jìn)行疊加，得出室內(nèi)部分的壓力損失。庭院部分壓力損失加上室內(nèi)部分壓力損失，等于低壓燃?xì)庀到y(tǒng)的總壓力降。

流量最小情況的極端情況：流量最小情況的極端情況為只有距離調(diào)壓裝置最近的立管的頂樓用戶，開啟半臺(tái)灶具使用的情況。這時(shí)候這戶人家壓力為系統(tǒng)最高。此時(shí)計(jì)算流量為0.35Nm3/h（整個(gè)系統(tǒng)的最小流量，包括庭院部分和室內(nèi)部分），通過(guò)對(duì)流量最小情況的極端情況下庭院部分壓力損失和室內(nèi)部分壓力損失進(jìn)行計(jì)算，得出此時(shí)低壓燃?xì)庀到y(tǒng)的總壓力降。此時(shí)附加壓頭作用顯著。沿程阻力和局部阻力作用不這么明顯。

這兩種極端情況的水力計(jì)算，是調(diào)壓設(shè)備出口壓力的最低值和最高值選擇的依據(jù)。選擇過(guò)低，有可能小區(qū)內(nèi)的最不利端的用戶出現(xiàn)欠壓情況，選擇過(guò)高，有可能小區(qū)內(nèi)靠近調(diào)壓裝置的頂樓用戶出現(xiàn)超壓的情況[3]。

6水力計(jì)算結(jié)果的應(yīng)用舉例

因篇幅有限，本文僅列出某高層民用燃?xì)夤こ痰牡蛪翰糠炙τ?jì)算結(jié)果，對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。

第一種情況：管網(wǎng)確定后，確定調(diào)壓設(shè)備出口壓力。適用于管網(wǎng)改造項(xiàng)目。舉例如下：

一個(gè)高層建筑小區(qū)共有6幢樓，均為24層高層建筑，建筑層高2.9m，合計(jì)698戶用戶。原使用液化石油氣供氣（管網(wǎng)設(shè)計(jì)前期已按使用天然氣設(shè)計(jì)），現(xiàn)要求使用介質(zhì)更換為天然氣。請(qǐng)對(duì)低壓管網(wǎng)進(jìn)行水力計(jì)算和對(duì)調(diào)壓設(shè)備進(jìn)行選取。

經(jīng)過(guò)對(duì)這個(gè)小區(qū)庭院低壓燃?xì)夤芫W(wǎng)進(jìn)行水力計(jì)算，得出最大流量的極端情況下，庭院部分低壓管道至最不利點(diǎn)的沿程阻力和局部阻力之和為400Pa。室內(nèi)部分最大壓力降為沿程阻力5.75Pa，局部阻力132Pa，附加壓頭3.25Pa。得出本項(xiàng)目在極端情況下（最大流量時(shí)），低壓管道系統(tǒng)的總壓力降為400+5.75+132-3.25=534.5Pa;

流量最小情況下的極端情況，庭院部分低壓管道至距離調(diào)壓設(shè)備最近點(diǎn)用戶的室外部分沿程阻力和局部阻力之和為2.3Pa。室內(nèi)壓力降計(jì)算如下：沿程阻力4.24Pa，局部阻力132Pa，附加壓頭366.5Pa。得出本項(xiàng)目在極端情況下（最小流量時(shí)），低壓管道系統(tǒng)的總壓力降為2.3+4.24+132-366.5= -227.96Pa。

通過(guò)對(duì)本項(xiàng)目的高層民用建筑低壓部分的極端情況水力計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，可確定本項(xiàng)目調(diào)壓設(shè)備的出口壓力最低值為1500+534.5=2034.5Pa，壓力最高值為3000-227.96=2772.04Pa，綜合考慮，選取調(diào)壓箱出口壓力為2300～2600Pa。

注意：液化石油氣管網(wǎng)更換為輸送天然氣時(shí)，計(jì)算流量應(yīng)按天然氣的計(jì)算流量進(jìn)行，同時(shí)低壓管網(wǎng)水力計(jì)算公式中的密度應(yīng)取天然氣的密度。

第二種情況：新項(xiàng)目設(shè)計(jì)，現(xiàn)場(chǎng)管網(wǎng)和調(diào)壓設(shè)備均為空白的情況。舉例如下：一個(gè)高層建筑小區(qū)共有6幢樓，均為24層高層建筑，建筑層高2.9m，合計(jì)698戶用戶。為新小區(qū)，使用介質(zhì)為天然氣。請(qǐng)對(duì)低壓管網(wǎng)進(jìn)行水力計(jì)算進(jìn)行配管和對(duì)調(diào)壓設(shè)備進(jìn)行選取。

這種情況的計(jì)算過(guò)程同第一種，也是分庭院部分和室內(nèi)部分，兩種極端情況進(jìn)行分別計(jì)算。不同的是管徑可以自主選取，這種情況在做水力計(jì)算時(shí)，就應(yīng)該對(duì)管網(wǎng)進(jìn)行試算，可取經(jīng)濟(jì)流速，低壓管道一般流速不應(yīng)超過(guò)5m/s，庭院最不利點(diǎn)總壓力降一般不超過(guò)700Pa，室內(nèi)壓力降一般不超過(guò)300Pa，從而確定低壓管網(wǎng)管徑。待低壓管網(wǎng)管徑確定好以后，反過(guò)來(lái)計(jì)算調(diào)壓設(shè)備出口的最低壓力值和最高壓力值。

由于庭院部分管徑選取大于第一種情況的管徑，通過(guò)計(jì)算，選取調(diào)壓箱出口壓力為2200～2500Pa。

7結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)高層民用建筑燃?xì)夤こ痰牡蛪翰糠炙τ?jì)算進(jìn)行分析，我們得出結(jié)論：高層民用建筑燃?xì)夤こ陶{(diào)壓裝置出口壓力不能過(guò)高，也不能過(guò)低，應(yīng)通過(guò)極端情況的水力計(jì)算確定調(diào)壓裝置的出口壓力范圍。

8延伸擴(kuò)展

若小區(qū)過(guò)大，一個(gè)調(diào)壓裝置滿足不了整個(gè)項(xiàng)目的調(diào)壓要求時(shí)，應(yīng)考慮將項(xiàng)目分解為兩個(gè)或多個(gè)，增設(shè)調(diào)壓設(shè)備，分開調(diào)壓?；蛘卟捎弥袎喝霊?，室內(nèi)加中-低壓調(diào)壓器或分段設(shè)置低～低壓調(diào)壓器的方式進(jìn)行供氣。

參考文獻(xiàn)

[1] GB50028-2006.城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2006.

[2] 羅義英，尚毅.高層建筑燃?xì)夤?yīng)系統(tǒng)中附加壓頭的影響[J].河南城建高等?？茖W(xué)校學(xué)報(bào)，2000，9（3）：36-38.

[3] 王海濤，譚春艷，馮濤.燃?xì)夤艿浪τ?jì)算初探[C].2013中國(guó)燃?xì)膺\(yùn)營(yíng)與安全研討會(huì).2013中國(guó)燃?xì)膺\(yùn)營(yíng)與安全研討會(huì)論文集.成都：中國(guó)土木工程學(xué)會(huì)，2014：144-151.