四川利能燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)有限公司 李茜璐

隨著城市都市化的發(fā)展，住宅建筑樓層越來越高，由此帶來管道附加壓力增加的問題越來越突出。如何保證燃?xì)獍踩⒖煽康墓?yīng)，是超高層建筑燃?xì)夤こ淘O(shè)計(jì)時(shí)的一個(gè)常見問題。居民生活中的燃?xì)庠O(shè)備的使用量越來越大，已建管道不能滿足用氣需求，更換管道費(fèi)時(shí)費(fèi)力，簡便快捷的管道擴(kuò)容方式也成為現(xiàn)階段及未來擺在燃?xì)夤久媲靶枰芯康膯栴}。本文結(jié)合成都片區(qū)的天然氣供應(yīng)現(xiàn)狀，提出適合成都片區(qū)超高層建筑燃?xì)飧郊訅毫耙呀ü艿罃U(kuò)容的解決辦法：使用戶內(nèi)調(diào)壓器。

1 超高層建筑附加壓力

現(xiàn)行國家標(biāo)準(zhǔn)GB 50028—2006(2020年版)《城鎮(zhèn)燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)范》第 10.2.13條規(guī)定：計(jì)算低壓燃?xì)夤艿缐毫p失時(shí)，對地形高差大或高層的建筑立管應(yīng)考慮因高程差而引起的燃?xì)飧郊訅毫?。燃?xì)飧郊訅毫砂聪率接?jì)算：

式中：△H——燃?xì)飧郊訅毫Γ琍a；

ρk——空氣密度，kg/m3；

ρm——燃?xì)饷芏?，kg/m3；

h——燃?xì)夤艿澜K、起點(diǎn)高程差，m。

在標(biāo)準(zhǔn)狀況下，天然氣的密度為0.717 kg/m3，空氣密度為1.29 kg/m3，住宅層高按照3.0 m計(jì)算，根據(jù)式(1)，對于一定層數(shù)的建筑，使用天然氣時(shí)的附加壓力計(jì)算結(jié)果見表1(頂層用氣點(diǎn)高度按樓板高度加2.2 m計(jì))。

表1 建筑物天然氣附加壓力

GB 50028—2006(2020年版)第10.4.1條規(guī)定：用氣設(shè)備前(灶前)的燃?xì)鈮毫?yīng)為0.75～1.5Pn的范圍內(nèi)(pn為燃具的額定壓力)。現(xiàn)行行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJJ 12—2013《家用燃?xì)馊紵骶甙惭b及驗(yàn)收規(guī)程》附錄B：當(dāng)海拔 500 m時(shí)(成都平原)，燃具額定壓力為2 100 Pa。即當(dāng)居民使用低壓燃具時(shí)，成都片區(qū)用氣設(shè)備前的天然氣供應(yīng)壓力應(yīng)在 1 575～3 150 Pa范圍，宜為2 100 Pa。對于住宅小區(qū)，調(diào)壓箱(柜)出口壓力一般設(shè)為2 500～3 000 Pa，而在用氣低峰時(shí)，靠近調(diào)壓箱(柜)的最近用戶處可能達(dá)到壓力的最大值，但調(diào)壓箱(柜)和此用戶之間仍有約150 Pa的阻力(包括燃?xì)獗碜枇透?、支管阻?，故極端情況下即只有單戶居民用氣時(shí)，其燃具前供氣壓力計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 最不利情況單戶居民用氣時(shí)燃具前供氣壓力

可見當(dāng)調(diào)壓箱(柜)出口壓力為2 800 Pa時(shí)，極端情況下單戶居民用氣時(shí)燃具前壓力將從第 30層開始超壓。另通過計(jì)算可知，當(dāng)調(diào)壓箱(柜)出口壓力為3 000 Pa時(shí)，極端情況下單戶居民用氣時(shí)燃具前壓力將從第19層開始超壓；當(dāng)調(diào)壓箱(柜)出口壓力設(shè)置在2 500 Pa時(shí)，極端情況下單戶居民用氣時(shí)的燃具前計(jì)算壓力不會(huì)超壓。但在未采取控制附加壓力措施時(shí)，楊志良[1]一文中測得各樓層實(shí)際壓力值大于計(jì)算壓力值，而且因?yàn)檎{(diào)壓箱(柜)出口壓力降低，為保證低峰時(shí)較遠(yuǎn)用戶的供氣壓力，管網(wǎng)管徑必然增大，從經(jīng)濟(jì)的角度不應(yīng)是最優(yōu)選擇。在冬季用氣高峰時(shí)，燃?xì)夤就ǔ?huì)調(diào)高調(diào)壓箱(柜)的出口壓力以保障高峰用氣需求，從而導(dǎo)致超高層建筑在低峰用氣時(shí)段特定樓層之上的居民戶內(nèi)燃具供氣壓力超壓。

2 附加壓力影響

2.1 對用氣安全的影響

呂攀[2]一文中提到用氣設(shè)備前的天然氣供應(yīng)壓力小于1 000 Pa的情況下，出現(xiàn)離焰及回火等情況的可能性較大。在大于3 000 Pa的情況下，將發(fā)生漏氣、燃燒不充分以及晃眼等現(xiàn)象。

2.2 對經(jīng)濟(jì)效益的影響

在民用供氣狀態(tài)下，氣體體積損失率為3.8%～4.7%，通常民用氣供氣壓力為2 500～3 000 Pa，若氣體體積不變，則供氣溫度需要達(dá)到20 ℃左右[3]，文獻(xiàn)[4]進(jìn)一步指出溫度需要達(dá)到27.23～28.10 ℃。成都年平均氣溫約為16.2 ℃，此時(shí)溫度、壓力對燃?xì)怏w積的影響會(huì)使計(jì)量值偏低，從而造成經(jīng)濟(jì)損失。

皮膜表是容積式流量計(jì)，其測量到的容積受壓力影響，要較準(zhǔn)確消除皮膜表計(jì)量理論誤差，應(yīng)確定進(jìn)戶表壓力的平均值[5]。但日常供氣高層與低層用戶的壓力不一致，很難準(zhǔn)確確定。例如當(dāng)燃?xì)夤竟?yīng)1 m3天然氣以底層用戶使用壓力2.5 kPa為基準(zhǔn)時(shí)，高層用戶由于附加壓力作用導(dǎo)致使用壓力大于 2.5 kPa，實(shí)際燃?xì)庀牧繒?huì)大于皮膜表測量值，然而收費(fèi)基準(zhǔn)為皮膜表的測量值，便會(huì)造成燃?xì)夤镜膶?shí)質(zhì)損失。

3 附加壓力解決辦法

以下為6種超高層建筑中燃?xì)飧郊訅毫Φ慕鉀Q方法，各有優(yōu)缺點(diǎn)。

3.1 降低調(diào)壓裝置出口壓力

通過降低調(diào)壓箱(柜)出口壓力來抵消附加壓力的影響。其優(yōu)點(diǎn)在于無須增加設(shè)備；缺點(diǎn)是適用范圍有限，超高層建筑頂層用戶用氣設(shè)備壓力可能不足[6]。

3.2 改變立管管徑

在一定高度時(shí)通過減小立管直徑增加立管阻力來抵消附加壓力的影響。其優(yōu)點(diǎn)在于結(jié)構(gòu)簡單，無需額外費(fèi)用；缺點(diǎn)是需要設(shè)計(jì)人員對管道的精確設(shè)計(jì)、受氣體壓力及流量影響很大、易造成用戶無法正常使用并形成安全隱患、不利于擴(kuò)容，制約后期用氣需求。

3.3 立管增加調(diào)壓器

在立管適當(dāng)位置設(shè)置調(diào)壓器來抵消附加壓力的影響。其優(yōu)點(diǎn)在于1根立管只需設(shè)置1臺(tái)或2臺(tái)調(diào)壓器，工程量較小；缺點(diǎn)是立管調(diào)壓器體積較大，設(shè)計(jì)要求高，安裝位置難選定；運(yùn)行維護(hù)不方便；安裝有調(diào)壓器的樓層用戶感官體驗(yàn)差[7]。

3.4 立管增加節(jié)流閥

每隔一定層數(shù)設(shè)置一個(gè)節(jié)流閥來抵消附加壓力的影響。其優(yōu)點(diǎn)在于額外費(fèi)用增加較少；缺點(diǎn)是當(dāng)只有頂層的極少數(shù)用戶用氣時(shí)，附加壓力減少不明顯，管內(nèi)流量隨用戶數(shù)的多少而變化，流量的變化致使立管的阻力也隨之變化，造成用戶燃具前壓力波動(dòng)。

3.5 特定高度戶內(nèi)增加調(diào)壓器

采用調(diào)壓箱(柜)調(diào)壓后，對特定高度以上的用戶每戶加裝戶內(nèi)調(diào)壓器來抵消附加壓力的影響。其優(yōu)點(diǎn)在于額外費(fèi)用增加較少，僅部分樓層增加戶內(nèi)調(diào)壓器；缺點(diǎn)是同一小區(qū)用戶的室內(nèi)設(shè)備不同，用戶意見難以統(tǒng)一。

3.6 戶內(nèi)加設(shè)調(diào)壓器

適當(dāng)提高調(diào)壓箱(柜)出口壓力，并在每戶加設(shè)戶內(nèi)調(diào)壓器來抵消附加壓力的影響。其優(yōu)點(diǎn)在于用戶用氣工況穩(wěn)定、便于擴(kuò)容、可適當(dāng)減少低壓庭院管道和立管管徑；缺點(diǎn)是每戶都需單獨(dú)安裝調(diào)壓器，較為繁瑣。

4 加設(shè)戶內(nèi)調(diào)壓器

4.1 縮小立管管徑

目前成都片區(qū)常用的調(diào)壓方式為一級(jí)調(diào)壓。根據(jù)新建樓盤的燃?xì)庠O(shè)計(jì)規(guī)律，調(diào)壓箱(柜)出口壓力通常設(shè)置為2.8 kPa，結(jié)合管道壓損將灶前壓力降至所需壓力。使用一級(jí)調(diào)壓方式的超高層建筑在不同用氣參數(shù)下的立管管徑見表3。

表3 超高層建筑在不同條件下的立管管徑 mm

將調(diào)壓箱(柜)出口設(shè)置為6～8 kPa，再配合戶內(nèi)調(diào)壓器使用的調(diào)壓方式為二級(jí)調(diào)壓。這種方式當(dāng)前在溫哥華、香港、悉尼、合肥、廈門和東京等地得到了比較廣泛的應(yīng)用[1,7]。使用二級(jí)調(diào)壓方式的超高層建筑在不同用氣參數(shù)下的立管管徑見表4。

表4 超高層建筑在不同條件下的立管管徑 mm

對比表3、表4可以看出，每戶安裝戶內(nèi)調(diào)壓器能夠直接降低立管直徑，且用氣參數(shù)越大效果越明顯。

4.2 管道擴(kuò)容新思路

目前已建小區(qū)管道擴(kuò)容只能通過更換管道來進(jìn)行，時(shí)間與金錢投資都太大。如表3、表4所示，同樣使用DN50管道，加設(shè)戶內(nèi)調(diào)壓器后，每戶的可供氣量由3.6 m3/h增加為4.0 m3/h，不需要整改管徑也達(dá)到管道擴(kuò)容的目的，為已建管道擴(kuò)容提供了新的思路，但采用這種方式之前需要復(fù)核管徑。

4.3 經(jīng)濟(jì)性

目前，國產(chǎn)戶內(nèi)調(diào)壓器價(jià)格為 17～85 元/只，進(jìn)口的戶內(nèi)調(diào)壓器費(fèi)用相對較貴。每戶加設(shè)戶內(nèi)調(diào)壓器，毫無疑問會(huì)大幅增加調(diào)壓設(shè)備的一次投資，但應(yīng)結(jié)合網(wǎng)管費(fèi)用總體核算。小區(qū)工程的管網(wǎng)費(fèi)用主要包括庭院管、戶內(nèi)管兩部分工程費(fèi)用。當(dāng)采用二級(jí)調(diào)壓方式供氣時(shí)，出口壓力提高可縮小低壓埋地管與立管管徑，理論管徑比一級(jí)調(diào)壓減少。陳建清[8]將廈門市東北部多個(gè)小區(qū)進(jìn)行對比，結(jié)論是采用分戶調(diào)壓后庭院管投資費(fèi)用大為下降，管材節(jié)省的費(fèi)用超過了采用樓棟調(diào)壓時(shí)調(diào)壓設(shè)備節(jié)省的費(fèi)用。

5 結(jié)語

就目前成都片區(qū)超高層建筑燃?xì)飧郊訅毫Χ?，采用戶?nèi)調(diào)壓方式在技術(shù)上是一種非常理想且較為可行的供氣方式。它體積小，安裝容易；在穩(wěn)定灶前壓力、保證供氣安全可靠以及提高灶具使用熱效率的同時(shí)，還能實(shí)現(xiàn)用戶的獨(dú)立控制；并且還能解決供銷差的問題。

戶內(nèi)調(diào)壓方式為已建管道擴(kuò)容提供了新的思路，可以實(shí)現(xiàn)在不進(jìn)行管道更換等復(fù)雜操作下滿足管道擴(kuò)容需要。若在初次安裝中使用戶內(nèi)調(diào)壓器，可以減少低壓庭院管道和立管直徑，減低施工強(qiáng)度及材料、安裝等費(fèi)用。隨著其產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高和生產(chǎn)成本的不斷降低，將成為城市燃?xì)庑^(qū)調(diào)壓方式的主流發(fā)展方向。

目前戶內(nèi)調(diào)壓方式還未在成都片區(qū)開展應(yīng)用，建議終端燃?xì)夤具x取部分小區(qū)進(jìn)行試點(diǎn)安裝，以驗(yàn)證其有效性與可靠性。