1 概述
近年來，隨著我國城市建設(shè)的飛速發(fā)展，高層建筑如雨后春筍般地出現(xiàn)。由于高層建筑本身的特點，決定了為其配套的燃氣系統(tǒng)也與普通住宅有所不同。本文主要針對高層建筑的特殊要求，并結(jié)合現(xiàn)行國家規(guī)范和珠海的地方規(guī)定，對目前常見的幾種高層建筑供氣系統(tǒng)進行分析。
2 現(xiàn)行規(guī)范、規(guī)定及氣源條件
《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》GB50028-2006第10.2.1條規(guī)定：居民用戶中壓進戶室內(nèi)管道最高壓力不大于0.2MPa；低壓進戶室內(nèi)管道最高壓力小于0.01MPaflOkPa)。珠海市目前執(zhí)行的《珠海市庭院及室內(nèi)燃氣管道工程技術(shù)指引》中第2.3條規(guī)定：居民用戶應(yīng)采用低壓進戶，室內(nèi)燃氣管道設(shè)計壓力lOkPa；第4.2.2條規(guī)定：每個控制閥門所控制的燃氣用戶數(shù)量不應(yīng)超過25戶。這就限定了現(xiàn)階段珠海的燃氣設(shè)計都應(yīng)采用低壓進戶的人戶方式．即按低壓管道的設(shè)計壓力為lOkPa．并且要控制單根燃氣立管供應(yīng)戶數(shù)不能超過25戶。因此以下供氣方式的討論都是基于這兩個前提下進行。
現(xiàn)階段珠海市政管道的氣源是管輸液化石油氣，遠期轉(zhuǎn)換為天然氣。這兩種氣源密度各不相同，液化石油氣(氣態(tài))密度：2.49kg／Nm3，天然氣(氣態(tài))密度：0.802k~Nm3。在高層建筑室內(nèi)燃氣管道設(shè)計中。兩種燃氣的密度與空氣密度(1.29kg／Nm31不同，隨著樓層的增加便會產(chǎn)生附加壓力．若附加壓力過大會使用戶灶前壓力波動超出允許波動范圍．因此在燃氣設(shè)計階段必須兼顧這兩種氣源的不同特性考慮。
3 高層建筑常用供氣系統(tǒng)形式
3．1上環(huán)下行供氣系統(tǒng)
上環(huán)下行供氣方式是指中壓管道沿建筑物外墻敷設(shè)至樓頂,經(jīng)樓頂中一低壓調(diào)壓箱后，分出若干條低壓立管并沿建筑外墻或陽臺向下引至各戶使用,且每條低壓立管起點都安裝控制閥門,供應(yīng)戶數(shù)不超過25戶。這種供氣方式的調(diào)壓設(shè)備及分段閥門都設(shè)置在屋頂層,建筑外立面燃氣設(shè)備較少,且屋頂管道都為明設(shè)，方便檢修維護。比較適合對建筑外墻美觀要求較高,屋頂為可上人的，且具有公共屋面的建筑。這種供氣方式當用液化石油氣作氣源時,由于密度比空氣大，自上而下供氣時高程差產(chǎn)生的附加壓力可以抵消掉部分管道摩擦阻力損失，具有一定的優(yōu)越性。不足之處是當轉(zhuǎn)換天然氣后，由于天然氣密度比空氣小，由上向下輸氣阻力增大。而且當建筑的屋頂為斜屋頂或天面層為住戶私用時，就不適合采用這種方式。
根據(jù)《城鎮(zhèn)燃氣規(guī)范》GB50028-2006第10.4.1條規(guī)定：燃氣灶具的允許波動范圍為0.75Pn-1.5Pn。 Pn表示燃氣額定壓力，天然氣為2 000Pa，液化石油氣為2 800 Pa。爐具的最佳工況壓力為：Pn+500Pa．為了能使灶具在良好的工況下運行，我們統(tǒng)一選用允許的壓力降[△P]=500 Pa。以下我們建立計算模型，分別計算天然氣和液化石油氣在這種供氣方式下總的壓力降，看是否在允許范圍內(nèi)。
設(shè)層高為25層的居民住戶，層高為3m，每層一戶，以每戶安裝一個雙眼燃氣灶和出水量為10L／min燃氣熱水器計算，天然氣每戶計算流量為：2.03Nm‰，液化石油氣每戶計算流量為：0.64 Nm3／h．選用管徑為D57ⅹ3.5無縫鋼管作為低壓立管。按照《城鎮(zhèn)燃氣設(shè)計規(guī)范》GB50028-2006第6.2.5式分段進行水力計算，得出以下結(jié)果，見表1。
表1
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天然氣(Pa) |
液化石袖氣(pa) |
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沿程阻力降(△P1) |
60.13 |
15.15 |
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局部壓力降(△P2) |
17.07 |
17.07 |
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附加壓力(AP3) |
151.09 |
—368.34 |
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燃氣表的壓力降(△P4) |
150 |
150 |
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總壓力降△P=△Pl+Ap2AP3+AP4 |
414.82 |
—186.12
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使用情況
(與允許壓力降比較) |
AP<[△P]，合格
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AP<[ap]，合格
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注：
1．其中附加壓力△P3根據(jù)《城鎮(zhèn)燃氣規(guī)范》GB50028—2006第10.2.13式計算得出
2．燃氣表的壓力降一般取值A(chǔ)P4=150Pa。
3．運動粘度系數(shù)取值：2.8x10-6m2／s(LPG)，15ⅹ10-6m2／s(NG)
由此可見在低壓進戶的前提下，當建筑物層數(shù)不大于25層，一戶一層時，考慮兩種氣源，采用上行下給的供氣方式及選擇合理的管徑，整條低壓管道壓力降都在允許范圍內(nèi)，離調(diào)壓器出口最近及最遠端用戶的燃具都能正常使用。
3．2下環(huán)上行供氣系統(tǒng)
下環(huán)上行的供氣方式剛好和上行下給的供氣方式相反，是把樓棟調(diào)壓箱放置在地面或建筑物一層外墻上，燃氣經(jīng)過調(diào)壓后，經(jīng)過埋地或架空管的方式引至各引上低壓立管閥門箱，然后再沿建筑外墻引上的供氣方式。這種供氣方式一般是屋頂沒有布管條件時可優(yōu)先考慮采用，且遠期轉(zhuǎn)換天然氣后．由于密度比空氣小，由下向上供的方式更為優(yōu)越。計算模型與3．1條相同，兩種氣源在不高于25層時的立管壓力降也在允許范圍內(nèi)。在具體設(shè)計時，可根據(jù)燃氣供應(yīng)樓層數(shù)的不同，通過計算選用最經(jīng)濟的管徑。調(diào)壓箱應(yīng)盡量選擇在與各條立管的距離差相差不多的位置安裝，若相鄰立管距離較遠，可考慮增設(shè)調(diào)壓箱。
3．3上環(huán)下行+下環(huán)上行供氣系統(tǒng)
這種供氣方式就是結(jié)合以上兩種方式．高層住宅的上下若干層各采用一套系統(tǒng)，由室外調(diào)壓箱分別進行調(diào)壓供氣的方式。例如一個30層的建筑,就用下環(huán)上行的方式供1-12層，再用上環(huán)下行的方式供13-30層。這種做法主要是為了解決當出現(xiàn)單根立管超過25戶時的情況。
4 高層建筑供氣系統(tǒng)選擇原則
(1)由于現(xiàn)代高層建筑地面用地資源都極其有限，地下管道密布，且一般都建有地下室。這就造成埋地庭院管道埋深不夠，與其他管道及建筑物間距不夠等諸多問題，會給施工帶來很多困難。上環(huán)下行的供氣方式一般來說一棟樓只有一條中壓管出地面引上，這就減少埋地庭院管道數(shù)量，從而有效的減少了此類問題的發(fā)生。并且每棟樓都只在出地面處設(shè)置一個閥門箱，減少了對建筑立面的影響。因此對于樓層數(shù)小于25層，且屋頂有布管條件的建筑．提倡使用這種供氣方式。
(2)如果建筑屋頂沒有敷設(shè)管道和安裝調(diào)壓裝置的條件，就適合采用下環(huán)上行的供氣方式。但這種方式會造成庭院管較密。立管閥門箱和調(diào)壓箱與其他設(shè)備爭位的現(xiàn)象。因此在設(shè)計階段要做好與主體設(shè)計院的管線綜合和外立面協(xié)調(diào)工作，盡量減少與其他管線設(shè)備的沖突。對于樓層較少、戶數(shù)不多的建筑．尤其是別墅區(qū)，采用下環(huán)上行的供氣方式更為經(jīng)濟。可在庭院管起點位置設(shè)置調(diào)壓箱(或)柜，庭院管道全部采用低壓管道(最好布成環(huán)狀)，這樣可以節(jié)約管材和調(diào)壓設(shè)備,并且低壓管道與其他管道和建筑物的間距要求較小，容易布管。
(3)目前看來對于樓層超過25層的建筑，采用兩種方式結(jié)合的供氣方式也是有效的辦法。這種做法雖然會造成管道，閥門、調(diào)壓器等數(shù)量的增多，投資加大,但保證了在有事故發(fā)生或檢修時盡量減少對用戶造成影響的原則。
(4)燃氣額定壓力是燃燒器設(shè)計的重要參數(shù)，超出燃具壓力范圍大了,會造成回火或脫火。為了保證燃具的壓力更加穩(wěn)定，還有一種做法就是將樓棟調(diào)壓箱出口壓力設(shè)為7.5 kPa左右，同時在每戶燃氣表前增加一個低一低壓調(diào)壓器，使得離調(diào)壓箱最近與最遠端的用戶燃具壓力都能保證滿足要求。這種做法雖然每戶增加投資約100多元，但確保了每戶燃具都能在接近額定壓力條件下工作，并且充分利用了燃氣壓力．立管平均管徑較小，降低了成本，也是值得推廣的做法。
綜上所述．高層建筑供氣系統(tǒng)選擇要結(jié)合建筑本身特點和現(xiàn)有場地條件，并根據(jù)氣源、壓力、安全、環(huán)境等特點綜合考慮。并通過經(jīng)濟技術(shù)分析，選擇出一個最佳的設(shè)計方案。
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