新疆寒冷地區(qū)建筑給排水常見問題及解決

阿依妮尕爾·艾爾肯

（新疆水利水電勘測設(shè)計研究院，新疆 烏魯木齊 830000）

0 引言

作為建筑工程的核心工程之一，建筑給排水工程直接影響著用戶的用水情況。對于新疆等寒冷地區(qū)，由于溫度過低導(dǎo)致給排水工程運行更容易出現(xiàn)問題，對建筑給排水工程建設(shè)提出了更高的要求。在設(shè)計、施工以及后續(xù)管理過程中，要合理進(jìn)行完善，實現(xiàn)建筑給排水工程的有序進(jìn)行。

1 建筑給排水的概述分析

建筑給排水系統(tǒng)是將城鎮(zhèn)給水管網(wǎng)或自備水源中的流動水引入室內(nèi)，經(jīng)人們使用過后，再將廢水排出建筑物的一體化系統(tǒng)，主要由給水系統(tǒng)和排水系統(tǒng)兩部分組成。給排水系統(tǒng)的主要任務(wù)是保證建筑生產(chǎn)以及生活用水的正常進(jìn)行，并且能夠?qū)τ谂欧艔U水進(jìn)行有效的處理和利用，保證環(huán)境不被污染。其中，給水系統(tǒng)主要包括生活用水供應(yīng)系統(tǒng)，由小區(qū)進(jìn)水管、給水干管、給水立管等組成，一般通過直接供水、二次加壓供水、并聯(lián)分區(qū)供水和串聯(lián)分區(qū)供水4 種方式組成。排水系統(tǒng)主要是指生活排水系統(tǒng)、雨水系統(tǒng)、冷凝水排水系統(tǒng)3 個部分組成，負(fù)責(zé)將廢水排出建筑外。

2 寒冷地區(qū)對建筑給排水工程的影響

由于氣候的影響，新疆部分地區(qū)冬季的氣溫可達(dá)到-20℃，在給排水工程的實際施工中，寒冷的環(huán)境對后續(xù)的設(shè)備管理增加了難度，造成一定損失[1]。因此對給排水系統(tǒng)實施保溫防凍措施，實現(xiàn)對給排水設(shè)備的有效管理和維護(hù)，確保在寒冷地區(qū)的給排水工程能夠正常運行，避免出現(xiàn)設(shè)備凍結(jié)、爆管等現(xiàn)象。

3 寒冷地區(qū)建筑給排水工程常見的問題

3.1 給水系統(tǒng)管道凍結(jié)問題

給水系統(tǒng)是通過給水設(shè)備，將外部水源的水引入到室內(nèi)。由于氣候的環(huán)境影響，在新疆的寒冷地區(qū)，建筑給排水工程不能按照常規(guī)的建筑規(guī)范來進(jìn)行建設(shè)，在實際的建設(shè)中，無論是居民區(qū)的建設(shè)還是工業(yè)區(qū)的建設(shè)，建筑給排水工程都會受到環(huán)境的影響。以工業(yè)廠房為例，由于廠房的面積較大，管線鋪設(shè)的跨度大，導(dǎo)致給水系統(tǒng)的設(shè)計較為復(fù)雜，在冬季的寒冷環(huán)境中，管道容易出現(xiàn)凍結(jié)情況。在靠近門口的位置，由于廠房的工作需求，頻繁的進(jìn)料、出車使廠房的大門經(jīng)常被開啟，導(dǎo)致靠近門口的管道頻繁接受來自外界的冷空氣，使其凍結(jié)，影響正常使用。部分被設(shè)計在門口上方的設(shè)備，例如閥門、消防管道等在接受到冷空氣后出現(xiàn)凍結(jié)，導(dǎo)致其不能正常使用，如果出現(xiàn)火災(zāi)隱患等問題，會嚴(yán)重影響了工廠的安全。

3.2 排水系統(tǒng)污水廢水管道凍結(jié)問題

在民用建筑的污水、廢水排出過程中，由于冬季的廢水溫度較高，且民用污水排水量較大，因此在常規(guī)的排水系統(tǒng)中，民用排水系統(tǒng)的管道不易出現(xiàn)凍結(jié)問題，為減輕地面荷載采用管道淺埋，但由于新疆寒冷地區(qū)的室內(nèi)外溫差較大，溫度較低，依然會出現(xiàn)外設(shè)管道凍結(jié)的問題。對于廠房的排水系統(tǒng)，管道凍結(jié)的問題會比較容易出現(xiàn)。廠房的廢水來源主要出自衛(wèi)生間廢水以及工業(yè)廢水等，由于廠房的溫度較低，工業(yè)廢水的排放速度緩慢，導(dǎo)致工業(yè)廢水排放管極易出現(xiàn)凍結(jié)，從而造成廢水堵塞，影響工業(yè)生產(chǎn)的進(jìn)行。同時，由于室內(nèi)外溫差較大，在通氣管道內(nèi)部出現(xiàn)水蒸氣凝結(jié)成霜的現(xiàn)象，導(dǎo)致管道內(nèi)部有效排氣面積降低，影響工業(yè)排水能力，從而導(dǎo)致排水系統(tǒng)無法正常運行。

3.3 建筑場館內(nèi)部滅火系統(tǒng)管道凍結(jié)問題

公共場所的滅火裝置一般設(shè)置在頂棚，運用自動噴水滅火系統(tǒng)對其進(jìn)行火災(zāi)隱患的防護(hù)。公共場所的大廳為了保持美觀，大廳的設(shè)計多為挑高設(shè)計，大面積的玻璃幕墻突出大廳寬敞的效果，忽略了保溫措施，導(dǎo)致在新疆的寒冷地區(qū)公共場所的大廳溫度較低，從而導(dǎo)致頂棚上鋪設(shè)的滅火系統(tǒng)的管道發(fā)生凍結(jié)，噴淋設(shè)備等無法正常使用，使場所內(nèi)部消防系統(tǒng)出現(xiàn)運行故障，埋下消防安全隱患。

3.4 春季雨水排出問題

在新疆的寒冷地區(qū)，春秋季節(jié)的晝夜溫差較大，由于溫度驟變，對室外的雨水管道排水系統(tǒng)產(chǎn)生影響，使其出現(xiàn)凍裂現(xiàn)象。在寒冷的地區(qū)，白天的氣溫高，使冰雪融化流入雨水排水系統(tǒng)，夜晚溫度下降，導(dǎo)致白天融化的雨水冰凍，遺留在管道內(nèi)部，由于管道鋪設(shè)在外部陰暗的地方，管道內(nèi)的冰塊不易融化，導(dǎo)致排水管道堵塞凍結(jié)，影響其排水效果。由于其排水的主立管被堵塞，導(dǎo)致部分的冰雪沉積在屋頂，其融化的雨水停留在屋頂，加重了防水層的壓力，導(dǎo)致屋面的防水層受損，從而影響建筑的防水效果。對于新疆寒冷地區(qū)頂層設(shè)有露臺的高層建筑，暴露在外部空氣中的排水管道非常容易因為空氣溫度較低而產(chǎn)生結(jié)冰堵塞或者凍裂的問題，繼而使得冰雪融化而形成的水順著管道壁表面傾瀉而下，嚴(yán)重破壞了建筑外表層，更可能出現(xiàn)冰柱懸掛于房檐處的危險，不利于建筑的安全。

4 寒冷地區(qū)建筑給排水的解決措施

4.1 改善設(shè)計方案，合理敷設(shè)管道

針對廠房的給水系統(tǒng)管道凍結(jié)問題，在進(jìn)行建筑給排水設(shè)計的時候應(yīng)該考慮到廠房的需求，將水管敷設(shè)在遠(yuǎn)離頻繁開啟的門口，避免其經(jīng)常接觸冷空氣。當(dāng)建設(shè)需求必須將管道鋪設(shè)在門口處時，應(yīng)該加強(qiáng)其保溫防凍措施，可以采取電伴熱帶保溫技術(shù)，對其采取保溫措施，并對管道進(jìn)行加工，在管道外層包裹保溫材料，防止其熱量散失。在設(shè)計管道敷設(shè)時，避免廠房內(nèi)部通過單一進(jìn)水口給予水源供給，要增加廠房內(nèi)部的進(jìn)水口，保證在管道出現(xiàn)問題時，有備用進(jìn)水口對廠房進(jìn)行供水，保證廠房內(nèi)部的給水系統(tǒng)的可靠性。在居民民建筑的排水管道設(shè)計中，可以將廚房的污水排放管和衛(wèi)生間的污水排放管分開排放，避免廚房污水的油污對衛(wèi)生間污水的影響，防止油污影響管道的排水效率，使一些污漬粘在管道管壁上，時間久了導(dǎo)致管道堵塞。除此之外，加強(qiáng)建筑給排水工程的工作人員的管理，通過培訓(xùn)增強(qiáng)施工人員的職業(yè)技能，嚴(yán)格按照建筑標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行測量施工，提高測量精度，核對好排水基準(zhǔn)的標(biāo)準(zhǔn)高度，避免排水在管道內(nèi)部的停留時間過長，降低其凍結(jié)的風(fēng)險。減少管道內(nèi)部存水也是寒冷地區(qū)防止管道凍結(jié)的有效措施之一，從而實現(xiàn)給排水工程的正常運行[2]。

例如，在實際的給排水工程建設(shè)設(shè)計中，由于靠近建筑外墻的管道溫度較低，在設(shè)計時盡量避免將管道敷設(shè)于接近建筑外墻的部分，通過加強(qiáng)防凍措施，合理設(shè)計管道敷設(shè)方案，提高管道周圍溫度，避免其出現(xiàn)管道凍結(jié)的問題。在居民建筑裝修時，也要考慮給排水的問題，盡量避免廚房和衛(wèi)生間采用同一個入水口和排出口，以防止出現(xiàn)管道凍結(jié)問題。通過設(shè)立敷設(shè)管道的高度差，提高排水管道的排水效率，降低管道凍結(jié)的概率，從而實現(xiàn)排水系統(tǒng)的正常運行。在實際的施工過程中，加強(qiáng)對人員的管理，施工單位做好自檢、專檢、交接檢，避免由于設(shè)備故障造成建筑排水系統(tǒng)的倒坡現(xiàn)象發(fā)生，增加排水管道負(fù)擔(dān)，出現(xiàn)管道內(nèi)積水現(xiàn)象，從而容易凍結(jié)。對出戶排水管深入檢查，保證出戶排水管的管頂大于或等于室外排水管的管頂?shù)臉?biāo)準(zhǔn)高度，避免室外排水倒灌至室內(nèi)造成堵塞形成積水。通過降低管道內(nèi)部的積水量，實現(xiàn)對管道凍結(jié)現(xiàn)象的改善，從而促進(jìn)建筑給排水系統(tǒng)的正常運行。

4.2 改善外設(shè)管道的防凍措施

由于排水系統(tǒng)的污水廢水的排水管道要敷設(shè)在室外，新疆的寒冷地區(qū)溫度較低，因此要增加管道的敷設(shè)深度，利用土層的厚度對管道進(jìn)行保溫。另外，室外管道應(yīng)該采用合適的保溫材料進(jìn)行保護(hù)，降低其被冰凍的概率，增強(qiáng)管道的抗凍能力。對廠房的排水進(jìn)行科學(xué)管理，保證其排水量達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)，防止由于排水量的降低導(dǎo)致管道內(nèi)部溫度降低，容易凍結(jié)。對于排放污水廢水流速的控制也是防止管道凍結(jié)的方式之一，在管道鋪設(shè)過程中，可以設(shè)計一定的坡度，通過排水口和管道末端的高度差增加廢水的流速，來實現(xiàn)對管道的保護(hù)，避免外設(shè)管道出現(xiàn)凍結(jié)，爆管等現(xiàn)象。除此之外，通氣口的結(jié)霜問題可以通過增加管道直徑來改善，增加管道的有效通風(fēng)面積，實現(xiàn)管道通風(fēng)功能的正常運行，并在管道的周圍安裝檢查口，確保定期對管道進(jìn)行檢查維護(hù)，處理管道內(nèi)壁產(chǎn)生的結(jié)霜，避免由于結(jié)霜導(dǎo)致的管道堵塞問題。在目前的給排水系統(tǒng)中，室外采用的埋地式管道敷設(shè)的常用形式，主要包括直接埋地和架空敷設(shè)兩種方式。在架空敷設(shè)的過程中，應(yīng)該將管架和保溫工程作為重點施工項目，由于新疆地區(qū)的氣候較為寒冷，需要借助蒸汽加溫的方式對于管線進(jìn)行保溫，并添加其他輔助保溫材料，這樣才能夠提升管道敷設(shè)的質(zhì)量和效率，防止進(jìn)行后續(xù)補(bǔ)修，提升管線運輸效率。對此，需要在敷設(shè)與管道相同長度的蒸汽管線以保證排水管道不被凍壞的同時，用保溫材料對給水管道和蒸汽管線進(jìn)行包裹，降低散熱速度，實現(xiàn)對排水管道的有效保護(hù)，必要時，應(yīng)該采用合適的材料，實現(xiàn)管道的防凍效果。

例如，首先在對廠房建設(shè)給排水系統(tǒng)時，測試出給排水管道能夠承受的最低溫度，確保在后續(xù)管理過程中，實現(xiàn)有效管理，避免控制溫度不理想導(dǎo)致的管道凍結(jié)問題。其次經(jīng)過長期的實踐，進(jìn)行管道內(nèi)部排水速率的控制，加大日常排水量，保證管道內(nèi)部的水流速度達(dá)到管理標(biāo)準(zhǔn)，通過動態(tài)流水減少管道內(nèi)部凍結(jié)現(xiàn)象，實現(xiàn)對排水管道保護(hù)的作用。最后設(shè)立專門的管道排查小組，對所有的排水管道進(jìn)行定期排查，將管道內(nèi)部的結(jié)霜、凍結(jié)的冰晶及時清理，避免其對管道的堵塞，從而避免了管道凍結(jié)引發(fā)的管道破裂等情況。由于受新疆寒冷地區(qū)的地勢影響，可以通過放大設(shè)計坡度，并采用塑料管材進(jìn)行施工。因為塑料管道的保溫性能高于鑄鐵管道，不易被凍結(jié)，更適應(yīng)于新疆寒冷地區(qū)的氣候。如果管道填埋深度在冰凍線以上20cm，就應(yīng)該加強(qiáng)管道的保暖措施，通過伴熱管對管道進(jìn)行保溫，從而實現(xiàn)管道防凍性能的提升。除此之外，室外的排水管道的填埋深度在冰凍線以上時，還要對檢查井實行保暖措施，避免冷空氣通過井蓋進(jìn)入管道，使排水管道發(fā)生凍結(jié)堵塞，影響排水系統(tǒng)的正常運行。

4.3 改善消防系統(tǒng)

消防安全的設(shè)備維護(hù)是減少安全隱患的主要途徑，因此在建筑給排水系統(tǒng)設(shè)計時要重點考慮消防管道的防凍措施。首先可以通過改善滅火系統(tǒng)，來降低消防管道的凍結(jié)問題。將自動噴水滅火系統(tǒng)的濕式系統(tǒng)改為干式系統(tǒng)，干式系統(tǒng)的滅火機(jī)制是在發(fā)生火災(zāi)時才會給管道內(nèi)充水，平時的管道及噴頭都是干式的，這樣可以有效避免濕式系統(tǒng)中管道內(nèi)部的存水出現(xiàn)凍結(jié)現(xiàn)象，從根本上解決管道凍結(jié)問題。其次要加大對管道的管理力度，提升管道的防凍屬性。通過對管道采用電伴熱技術(shù)等保溫措施，增強(qiáng)管道的抗寒能力，從而實現(xiàn)避免管道凍結(jié)問題。除此之外，防火措施不能只局限于公共場所設(shè)立的自動滅火系統(tǒng)，還應(yīng)該增加其他的防火措施，例如氣體滅火、滅火器等設(shè)施，預(yù)防管道凍結(jié)影響滅火系統(tǒng)的正常運行導(dǎo)致存在的火災(zāi)安全隱患。

例如，測量室外溫度低于-10℃的地區(qū)，相關(guān)的各種室外設(shè)備，如水表井、閥門井、消火栓井、水泵接合器井、各種水池等設(shè)備，都應(yīng)該做好保溫的措施，保證其不被凍結(jié)。首先，可以在入口處設(shè)立保溫井口及聚苯乙烯泡沫板材質(zhì)的保溫蓋。消火栓井蓋高出周圍地面100mm 以上，防止雨水等流入內(nèi)部。其次，對于室外埋設(shè)的各種水池也要做好防凍措施，對水池進(jìn)行填埋，使其深度達(dá)到冰凍線以下，實現(xiàn)利用土層覆蓋保溫。又如以辦公建筑大廳等場所為例，也應(yīng)改善消防系統(tǒng)，增強(qiáng)自噴管道的防凍性能，具體措施可以采取以下幾點。首先，工作人員檢查自動噴水滅火系統(tǒng)是否為干式系統(tǒng)，如果是濕式系統(tǒng)需要轉(zhuǎn)變成干式系統(tǒng)。究其原因在于干式系統(tǒng)的管道，在未使用階段不含消防水，且噴頭是干式噴頭，發(fā)生火災(zāi)后，消防用水才流經(jīng)管道，有針對性地進(jìn)行滅火，所以干式系統(tǒng)有助于緩解管道凍結(jié)現(xiàn)象。其次，提高管道環(huán)境溫度，也能夠防止出現(xiàn)管道凍結(jié)問題，這就需要在屋面做好保溫處理，還要對管道進(jìn)行相應(yīng)的處理，如借助電拌熱技術(shù)，使管道溫度處于恒定狀態(tài)。管道外與冷空氣直接接觸，可以外包保溫材料，增強(qiáng)抗凍性能，防止管道外開裂的現(xiàn)象產(chǎn)生，同時也能進(jìn)一步提高管道內(nèi)的溫度。最后，完善消防設(shè)施，補(bǔ)充設(shè)置氣體滅火。建筑物一旦發(fā)生火災(zāi)，會造成不可估計的損失，這就體現(xiàn)出消防設(shè)施的重要性，尤其是寒冷地區(qū)，要考慮消防設(shè)施的防凍問題，在設(shè)計環(huán)節(jié)把好關(guān)，采取有效的措施，保證設(shè)施的使用性能，使其在發(fā)生火災(zāi)后能夠發(fā)揮最大的應(yīng)用價值。

4.4 改善雨水排放管道的建設(shè)

在設(shè)計排水管道敷設(shè)問題時，應(yīng)該考慮到當(dāng)?shù)貧夂虻挠绊?，根?jù)其特點采取合理的敷設(shè)方案。首先是通過改善外敷設(shè)的排水結(jié)構(gòu)，在廠房陰暗面容易結(jié)冰的地方設(shè)計內(nèi)排水系統(tǒng)，將雨水的排除管道設(shè)立在室內(nèi)，避免其出現(xiàn)融化的雨水凍結(jié)在管道內(nèi)發(fā)生堵塞現(xiàn)象。其次，要增加其外排水系統(tǒng)的敷設(shè)深度，利用土層厚度進(jìn)行保溫。最后，在提高管道的防凍屬性的同時，也要增加雨水排放的管道放水量，通過增加管道的橫截面積，減少雨水在排放管道中的時間，降低其凍結(jié)的速率。也可以使用增加側(cè)墻式雨水斗來增加雨水的匯集面積，從而降低屋面的存水量，防止水位超過防水線，降低排水故障導(dǎo)致對防水性能的影響[3]。在住宅類建筑雨水排放管道的建設(shè)方面，應(yīng)該密切結(jié)合建筑實際建設(shè)情況，將公共部位的雨水排放管道建設(shè)作為重中之重，加強(qiáng)對于封閉性陽臺以及景觀陽臺的雨水排放管道敷設(shè)，如果有洗衣機(jī)等生活設(shè)備，則需要設(shè)置專門的洗衣機(jī)專用地漏，幫助廢水實現(xiàn)合理排放。同時，由于新疆地區(qū)嚴(yán)寒的氣候條件，應(yīng)該提高建筑方案設(shè)計的可行性與科學(xué)性，加強(qiáng)對于露臺設(shè)計方位的綜合考量，進(jìn)一步提升給排水專業(yè)水平與建筑設(shè)計的綜合協(xié)作水平，為室內(nèi)給排水工程的設(shè)計提供可優(yōu)化條件，有效防止新疆寒冷氣候條件對于室內(nèi)給排水工程的正常運轉(zhuǎn)造成不必要的影響，保證人民群眾的生活質(zhì)量。

例如，在廠房施工過程中，對冬季雨雪情況進(jìn)行分析，改善屋檐設(shè)計，減少房檐存雪的概率，避免融化的雪水積存在屋檐上導(dǎo)致對其防水層的破壞。另外，增加廠房的朝陽面積，防止陰暗面過多加重內(nèi)排水系統(tǒng)的壓力，在朝陽面多設(shè)立外排水用于排放融化的雪水、雨水等廢水，并增加其橫截面積，從而加快廢水在管道內(nèi)部的流動速度，避免在管道內(nèi)部發(fā)生凍結(jié)，影響管道的排水效果。針對露臺的管道防凍結(jié)問題，首先，在建筑方案設(shè)計時，設(shè)置雨水管道的室內(nèi)空間，確保在室內(nèi)為給排水管道的建設(shè)留有足夠的空間，如果沒有足夠的空間建立排水管道，可以選擇將建筑露臺與公共樓梯間、走廊、水暖管道井等設(shè)施作為雨水排出管道的相鄰公共區(qū)域，通過設(shè)置側(cè)排式雨水口將露臺上的雨水雪水接引至室內(nèi)排水管道中并排走。其次，將與露臺同層的房間地板加厚，使其可以埋設(shè)不小于DN50 的排水管，使露臺雨水和雪水通過本戶地板內(nèi)的暗敷設(shè)雨水管道引入到公共區(qū)域的雨水立管中。但這種方式雖然能夠為外設(shè)的雨水排放管道的凍結(jié)問題提供解決方案，但是會增加室內(nèi)管道維護(hù)的壓力。最后，在建筑方案設(shè)計時盡量減小露臺面積，加強(qiáng)露臺防水和防溢水措施，在有雨雪水時，由用戶手動清除，避免其積攢在露臺造成防水層壓力，避免清理不及時可能出現(xiàn)向室內(nèi)灌水現(xiàn)象，通過改善建筑設(shè)計，降低排水管道凍結(jié)問題。

5 結(jié)語

綜上所述，對于新疆的寒冷地區(qū)，應(yīng)該做好建筑給排水工程的管道防凍措施，在前期的設(shè)計到后期的使用維護(hù)，都應(yīng)該加強(qiáng)管理。通過合理的敷設(shè)管道設(shè)計，減少給排水管道接觸冰冷、容易凍結(jié)的地方，有效避免管道設(shè)計不合理導(dǎo)致的給排水管道凍結(jié)問題。同時，在外排水系統(tǒng)中，增加管道敷設(shè)深度，利用土層對管道進(jìn)行保護(hù)，將管道埋在冰凍線以下，降低給排水管道的凍結(jié)概率。通過增強(qiáng)管道的抗凍性，從而實現(xiàn)給排水管道的保護(hù)，對其進(jìn)行保溫材料的包裹，利用蒸汽管線的輔助敷設(shè)保證管道的溫度，通過包裹保溫材料增強(qiáng)管道的抗凍性，實現(xiàn)給排水工程的正常運行。以確保公共場所的消防系統(tǒng)的正常進(jìn)行，保證消防安全，實現(xiàn)給排水工程的價值。