噴灑降溫系統(tǒng)有效性研究
——以攀枝花學(xué)院九號樓為例

徐宇鳴 李 順 尹藝芝

（攀枝花學(xué)院土木與建筑工程學(xué)院， 四川 攀枝花 617000）

夏季氣溫過高時(shí)，建筑外圍護(hù)結(jié)構(gòu)和室內(nèi)受到太陽輻射迅速升溫，宿舍樓內(nèi)往往因?yàn)橥L(fēng)循環(huán)系統(tǒng)不良、圍護(hù)結(jié)構(gòu)隔熱性不強(qiáng)、室內(nèi)無制冷設(shè)備等原因，導(dǎo)致室內(nèi)溫度久高不下。由于以上原因，樓內(nèi)南向?qū)嬍业臍鉁剌^之北向?qū)嬍腋鼮榭釤犭y耐。為在不改變房屋結(jié)構(gòu)的條件下，更為經(jīng)濟(jì)有效的提高降溫效率，我校于2016年引進(jìn)屋面噴水裝置，是攀西地區(qū)第一所利用噴灑系統(tǒng)物理降溫消暑的高校。

近日我們通過問卷調(diào)查得知有不少同學(xué)反映此降溫系統(tǒng)于宿舍降溫?zé)o效，特此實(shí)地調(diào)研與測驗(yàn)，通過一系列方法分析，判斷此降溫系統(tǒng)在中高層宿舍應(yīng)用中的有效性。

1 宿舍現(xiàn)狀分析

攀枝花學(xué)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(shí)數(shù)2700小時(shí)，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(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，學(xué)校規(guī)模持續(xù)擴(kuò)大，使用人群對校園生活的質(zhì)量也在不斷提高。二十多年前修建的學(xué)生宿舍，建筑物在隔熱、通風(fēng)和節(jié)能方面已逐漸跟不上時(shí)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(nèi)外都使用瓷磚貼面。屋面是普通的鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，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(dǎo)致室內(nèi)吸收大量熱量，而室內(nèi)缺乏通風(fēng)散熱手段，夏季長時(shí)間的熱輻射會導(dǎo)致室溫不斷上升。以上不利條件均能看出宿舍本身圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能差，導(dǎo)致后來再安裝設(shè)備來調(diào)整，不僅不利于建筑節(jié)能，并且會加大建筑能耗。

2 使用噴灑降溫系統(tǒng)原因

學(xué)校采用屋頂噴灑降溫系統(tǒng)作為宿舍降溫的主要措施，原因有三：一、宿舍內(nèi)原使用電風(fēng)扇降溫，但在夏季由于室內(nèi)外基本無溫差，電風(fēng)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(diào)設(shè)施雖然因?yàn)槠涓咝У慕禍匦试豢紤]過使用，但費(fèi)用高昂，維護(hù)復(fù)雜，最終未被采用。低廉的購買安裝成本，簡單的后期維護(hù)工作，是學(xué)校使用它的主要原因。

3 屋面噴灑降溫系統(tǒng)工作原理

屋面噴灑降溫系統(tǒng)可簡要分為三大功能系統(tǒng)，主要包括給水、補(bǔ)水和電氣設(shè)備控制。

給水系統(tǒng)由一臺離心泵，若干霧化噴頭，不同半徑規(guī)格的PPR管及其管件構(gòu)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(gè)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(kuò)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(bǔ)水系統(tǒng)由管件直接連接至市政自來水。電氣設(shè)備及控制系統(tǒng)由一個(gè)防水插座和開關(guān)組成，主要控制離心泵的開關(guān)。主要由生活處工作人員控制。

天氣炎熱之時(shí)，由生活處工作人員打開離心泵開關(guān)，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(hù)結(jié)構(gòu)上，或散布于周圍環(huán)境中，在氣流及太陽熱輻射作用下將蒸發(fā)帶走熱量，并在墻內(nèi)外產(chǎn)生熱壓帶動室內(nèi)外風(fēng)流動，從而達(dá)到為建筑物降溫的作用。

4 屋面噴灑降溫系統(tǒng)降溫測驗(yàn)與分析

4.1 測驗(yàn)與分析

攀枝花學(xué)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(jìn)出。此次調(diào)研的噴水降溫系統(tǒng)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(tǒng)完成并投入使用的攀枝花學(xué)院九號樓宿舍進(jìn)行溫濕度測量，通過對比每層樓同一時(shí)間噴灑降溫裝置開啟與未開啟時(shí)的平均溫濕度來分析噴灑降溫裝置對室內(nèi)溫濕度的作用。

圖1 未開啟噴灑降溫系統(tǒng)溫濕度統(tǒng)計(jì)圖

圖2 開啟后噴灑降溫系統(tǒng)溫濕度統(tǒng)計(jì)圖

從圖1、2數(shù)據(jù)來看，噴灑降溫系統(tǒng)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(shí)達(dá)到所能有效降溫的極限距離——18m。這是因?yàn)樗F在下降的過程中有損失（如風(fēng)的影響，外界溫度的影響），損失較大時(shí)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(tǒng)的增濕效用在測試過程中數(shù)據(jù)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?yàn)樗^為集中，受到外界因素的影響較小，蒸發(fā)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(huán)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(tǒng)有效性的因素

（1）外界因素：風(fēng)、建筑高度、氣溫等。

噴灑系統(tǒng)的水霧在下降的過程中易受到自然風(fēng)的影響。風(fēng)的存在雖會加速水汽的蒸發(fā)帶走熱量但風(fēng)也將改變了水霧下降的位置，從而導(dǎo)致在給建筑物降溫時(shí)出現(xiàn)降溫不均勻的現(xiàn)象。風(fēng)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(fā)的速度很快，也不利于較低的樓層降溫。

（2）內(nèi)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(yuǎn)則導(dǎo)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(fā)吸熱，并且會浪費(fèi)一部分水資源。管件噴灑角度的影響也是同理。

5 結(jié)語

根據(jù)測驗(yàn)結(jié)果，可知屋面噴灑降溫系統(tǒng)應(yīng)用在建筑室內(nèi)外降溫增濕方面確實(shí)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(tǒng)在應(yīng)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(shí)踐過程中不適用于中高層以上的建筑。該系統(tǒng)的應(yīng)用不僅為師生們改善了學(xué)習(xí)和生活環(huán)境，也為該系統(tǒng)今后在國內(nèi)建筑領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用提供參考。屆時(shí)，本組也還會繼續(xù)探究該系統(tǒng)的節(jié)能性能以及在防火應(yīng)急方面的應(yīng)用，希望它能夠在更廣的建筑領(lǐng)域中應(yīng)用開來。

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