简介： 结合工程实例，从系统选择、节能，小区智能化以及“四新”技术的应用等方面，介绍了“科技示范小区”的设计体会。
关键字：科技示范小区 可持续发展 BA系统 热水系统 点滴式组合冷却塔 蒸汽凝结水
随着我国国民经济持续稳定发展，人民生活水平的提高，购买力的增加，居住小区的建设日新月异，我国《2000年小康型城乡住宅科技产业工程——城市示范小区规划设计导则》的实施，对住宅小区的建设提出了具体的要求。就专业而言，我们应坚持可持续发展的原则，以科技为先导，采用国家推广和推荐的新工艺、新技术、新产品、新材料、认真贯彻执行国家节能、节地、节材的有关规定，同时住宅的设计要与物业管理及其服务方式相适应，要为现代物业管理提供必要的条件。上海市某科技示范小区的设计集中体现了节能性、超前性和先导性。
该小区位于上海市南市区繁华旧城区，交通、地理位置十分优越，一、二期规划用地5.3ha，一期总建筑面积18.5万m2，包括8栋高层住宅、管理中心和能源中心；二期总建筑面积6.2万m2，包括住宅、商场、办公、餐饮、娱乐及大型地下停车库。小区设计注重体现可持续发展思想，以人为核心，加大科技含量。合理的分配和使用各项资源，努力满足现代都市人对精神物质质量提出的更高要求。它将建成一个配有区域网络和区域性集中供冷、供热、供生活热水等系统，配套设施齐全的跨世纪生态型智能化住宅小区。下面就该小区的设计作一介绍。
1 给水系统
1.1 系统设计
住宅单体采用：蓄水池→水泵→水箱→减压阀→用水点供水方式。此为高层住宅供水较节地、节能、又便于管理的方案。它既能满足市政基础设施滞后于住宅建设快速发展带来的弊端，避免对市政给水管网造成冲击；又能解决《高层民用建筑设计防火规范》中对消防前期贮水量的要求；同时分区减压阀取代中间水箱，更是带来许多不可替代的优点。由于住宅产业的需要，单栋设供水系统，具有独立、灵活、便于管理及利于销售的优势。水箱供水的客观存在是解决高层建筑给水系统节能问题的有效途径之一。至于水质“二次污染”问题，笔者认为除设计中应考虑合理确定水箱容积，合理布置水箱位置，为物业管理、水箱清洗、维护创造必要的条件外，建立良好的维护、管理制度是避免水箱水质“ 二次污染”问题的重要保障。
1.2 水泵防振
《建筑设计规范》第2.7.9条规定：“在有防振或有安静要求的房间的上下和毗邻的房间内，不得设置水泵。”这在高层住宅建筑，尤其是单体独立设置加压水泵时是很难做到的。在本小区设计中，每栋高层住宅地下室均设有加压泵房，水泵选用低转速DL型立式泵，优点在于占地面积小、噪音低。在解决噪音干扰问题上采取了以下措施：水泵基座采用弹簧隔振器；水泵进、出水管均设可曲挠橡胶接头，出水口设消音止回阀；管道沿墙、板敷设时采用弹性支、吊、托架；管道穿板、墙处洞口采用弹性填塞；在泵房处理上建筑采取隔声、吸声措施。
1.3 分区减压阀采用异径并联方式
给水系统分区减压阀一般采用并联方式，1用1备。本小区中住宅数量多，高度大，竖向分区较多，减压阀的设置数量很多。设计时采用可调式减压阀异径并联，既保障了系统的安全性，节约了设备投资，又可避免小流量通过大口径减压阀时产生的噪音。小口径减压阀的口径一般为大口径阀的1/3，小口径阀后压力较大口径阀后压力高0.02MPa～0.035MPa。当流量很小时由于阀后压力的不同，大口径阀关闭，小口径阀打开；当阀后流量增大，小口径阀阻力增大，当水头损失相当于0.02MPa～0.035MPa时，大口径阀开启，两阀同时工作。
1.4 给水系统管材
目前我国大多数住宅采用镀锌钢管，其内壁易生锈、结垢、滋生细菌、微生物等有害杂质，使自来水在管道输送途中造成“二次污染”，甚至出现水龙头流“黄水”的现象。而新型的塑料管材内壁光滑、耐腐蚀、不结垢、无污染、安装方便、耐久性、经济性强，且可避免镀锌管道套丝方法连接易出现渗漏的现象，因此具有很高的推广价值。上海市建设委员会已于去年发出通知：凡1998年5月1日起设计的施工图和1998年10月1日起开工的多层住宅、多层公共建筑，禁止设计使用镀锌给水钢管，而应推广使用塑料给水管材，加快了民用建筑“以塑代钢”的步伐，这也是必然趋势。可用于给水系统的管材很多，如：低塑聚氯乙烯、聚乙烯、聚丙烯、交联聚乙烯、聚丁烯、ABS、铝塑复合管等。
1.5 给水系统的BA设计
小区内每栋单体均设有水池、水箱、水泵，数量多。如用传统的管理方式务必造成人力、资源的浪费，给管理带来很多不便，所以本小区设计中采用BA系统对各个水池、水箱、水泵的运行状态、故障状态等进行监视、控制。BA系统中的自动抄表系统解决了人工抄表带来的诸多不便，更好地为住户服务。给水系统的BA设计主要是通过液位、压力、流量等讯号对加压泵、水池、水箱运行状态进行监视、控制。具体控制方式如下：
(1) 分户水表通过BA系统采用远传计量方式，按月集中计量、计费、打印收据通知单和报表，并为住户提供适时咨询。
(2) 屋顶水箱溢流、超高报警，水位过低报警。
(3) 生活加压泵运行状态监视及故障报警。
(4) 地下水池、屋顶水箱定期开列清洗、保养清单。
(5) 生活加压泵定期开列保养工作清单。2 热水系统
2.1 系统设计
为提高住宅的居住舒适性，该小区设有集中热水供应系统，南市区热电厂蒸汽的引入提供了充足、稳定的热源保证，且具有经济性强、日常运行费用低的优势，设计中充分利用了这一在上海得天独厚的条件展开设计。由于区域性集中热水供应系统占地面积较大，热水贮存容积过大，且易产生军团菌，热回水较难进行等。故设计中我们采用每栋单体自成系统，分栋设置热交换器制备生活热水的方式。另外，由于住宅高度较高，竖向分区较多，若分区设置热交换器将会造成：分区横干管较多，且在户内穿行，影响居住质量，并给维护管理及住宅的销售带来很大的困难，这也是与公共建筑热水系统的设计最显著的不同点。为解决这些问题，我们设计中单体内热水系统采用上行下给，竖向以减压阀减压分区。供水主干管采用机械循环方式，热水系统分区与冷水系统相同。由于系统经过了减压阀减压，因此热水循环泵的选取，除考虑克服管道阻力等因素外，还需考虑减压阀所减去的水头，故循环泵扬程要提高。
2.2 加热设备的选择
加热设备是热水供应系统的核心，由于热源充足故采用了半即热式汽水热交换器。它具有体积小、占地小、自控精确、浮动盘管、自动除垢、自动过冷、热水出水快、防止“军团菌”产生等优点，尤其是对于采用剪力墙结构的高层住宅更为适宜。
2.3 热水系统的管材
热水管材是热水系统中仅次于加热设备的重要组成部分，铜管在我国热水管材中的应用是十分广泛的，但随着塑料管材的逐步推广应用，使铜管这一昂贵的管材有了可替代产品。塑料管材除具备安装方便、内壁光滑、耐腐蚀、不结垢、无污染、耐久性、经济性强等优点外，尚有其导热系数小(导热系数仅为金属管材的百分之一)，在热水输送过程中热量散失慢，保温性能好等优点，更有如聚丁烯管还具有热杀菌的功能，可用于热水系统的管材有聚丙烯、聚丁烯、交联聚乙烯等。
几种常用的热水系统管材与镀锌钢管、铜管的机理性能比较见表1。表1 几种管材的机理性能比较一方面，塑料管材线膨胀系数比金属管大很多，设计施工必须采取必要的补偿措施，来克服塑料管材因温度引起的变形量大的特点，同时应正确地确定固定支架、吊架的位置。设计中采用水平干管与水平支管，立管与每层支管的连接尽量采用自然补偿来避免立管和干管受伸缩的影响。立管在两个固定点间设置伸缩器来补偿。但是，塑料管材尽管膨胀系数很大，而其弹性模量却很小，故随温度变化产生的膨胀力较小，一般情况下外径小于32mm的柔性塑料管适合嵌墙暗装，外径小于20mm的塑料管可敷设在楼板找平层内。
另一方面需引起注意的是：管材的允许压力与使用温度、使用寿命的关系。管道所能承受的负荷压力是随介质使用温度和使用寿命而变化的，一般可从相应的管材的“环应力～使用温度～使用寿命”曲线图上查得。如对PB管在20℃时，当使用寿命为50年，通用安全系数为1.5时，允许压力为1.6MPa；而工作温度70℃，和通用安全系数为1.5的条件，使用50年的允许压力为1.0MPa，所以设计时应根据热水系统的工作压力、使用温度、使用年限来确定管材的公称压力。
2.4 热水系统的BA设计
热水系统的BA设计主要是通过压力、温度讯号实现对热交换器、热水循环泵的启停、故障、热水温度的监视控制，具体实施如下：
(1) 分户热水表远程计量，按月集中计度、计费、打印收据通知单和报表，并为住户提供适时咨询。
(2) 热交换器出口温度显示及超温报警。
(3) 热水循环泵运行状态监视及故障报警。
(4) 热交换器定期开列保养工作清单。
(5) 热水循环泵定期开列保养工作清单。
(6) 蒸汽管道压力显示。
3 消火栓和自动喷淋系统
消防系统的安全、可靠是居民安居乐业的重要保障。在本小区的消防设计中经多方案比较，并会同消防主管部门的意见，消火栓、自动喷水灭火系统采用区域集中临时高压消防给水系统，选择较适中的位置集中设置消防水泵房，每栋分设消防水箱，并采取措施，以避免由于水箱高度不同而引起的“串压”问题。水箱高度均能满足《高层民用建筑防火规范》中对静水压力的要求，每栋单体内消火栓均设按钮，火灾时及时启动消火栓泵，喷淋系统设监控阀、水流指示器及湿式报警阀，采用区域集中临时高压消防给水系统有如下优点：(1) 节省住宅地下室占地面积；(2) 避免重复购置消火栓泵、喷淋泵、电控柜等消防设备，减少投资；(3) 避免消防加压设备分散设置带来的维护、管理不便，有利于消防设备自检。
由于所选水泵流量和扬程是根据小区内同一时间失火次数为一次而考虑的，故水泵流量和扬程应根据最不利一幢建筑的消防用水量和最不利建筑最不利点所需压力来确定。为防止由于建筑高度不同而造成的较低、较近建筑消防供水时压力过高或减压孔板设置过多，在消火栓及喷淋系统总干管入口处设可调式减压阀。此阀阀后压力不随阀前压力、流量的变化而改变，供水时阀后压力稳定，同时在减压阀后管段上设DN32泄水阀，定期泄水，试运行。
消火栓、喷淋系统管材在本工程设计中采用镀锌钢管，管径小于100mm时采用丝扣连接，管径大于100mm时采用法兰连接，镀锌二次安装。由于系统工作压力较高，所以对丝扣连接的管件要求很高，对施工队伍的技术素质要求更加严格。这种安装方式也会带来诸多弊端：镀锌二次安装工程量大，工期长，丝扣连接若在试压过程或使用过程中出现渗漏，需大面积拆除管道，更换管件，管道系统的安装质量将会受到一定影响。消防给水管道的卡箍式连接工艺在一些实际工程中的应用，尤其是喷淋系统，国外已有较多应用，对管道的安装质量是很好的保障。这种安装工艺采用快速机械接头代替传统的丝扣、法兰连接方式，具有快速可靠、工艺简单、免电焊的优点，还可吸收管道噪音振动的传播以及热胀冷缩引起的变形，便于管道的维修，保养等优点，但在实际工程中达到广泛应用还有待于人们设计意识的提高、技术规范、施工技术、施工机械等方面的改进和完善。
4 冷却循环水系统
小区设有集中空调系统，冷水机组集中设于能源中心内，采用5台蒸汽双效溴化锂机组，与之相应冷却循环水系统中采用5组高效节能点滴式组合冷却塔。该冷却塔由单元片、中心绳或不锈钢中心杆、隔顶管和塔扣组成。每单元以2个或4个连续耳环作为迎接支管加以吊联固定，组成交错型立体块状体，整齐划一，横向空隙均等，形成多层次的等空隙网络状。每当上层水滴向下层滴落时，每单元的片都可以对水滴作一次重新切割分布，并在的孔洞中短时间预留凝滞形成空间水膜；同时水滴在表面靠液体本身的表面张力作横向延流和倒角做圆周运动，延长了水滴在区的停留时间，强化了水气接触，提高了热交换性能。当单元片上积聚一定的水量后，再向下滴落，水滴通过区多层次的重新切割分布，使通风阻力大大减小，气流分布均匀，使水气得到充分交换，冷却效果很好。
BA系统的设计：小区中集中空调系统的耗能是十分巨大的。节能是首先要考虑的问题，因此采用BA系统对空调系统的设备进行、控制，合理调整机组及冷却设备的运行工况意义是相当巨大的。冷却循环水系统作为空调系统的一部分，其BA的设计主要是冷却塔风机启停台数的控制，冷却循环水泵与冷水机组的联动控制，冷却循环水系统阀门的联动以及旁滤设备的运行控制等，具体控制方式如下：
(1) 冷却塔风机台数由冷却水出水温度自动控制启停。
(2) 冷却塔风机运行状态监视、故障报警。
(3) 冷却循环水泵与冷水机组联动自动控制启停。
(4) 冷却循环水泵运行状态监视、故障报警。
(5) 冷水机组进出口温度、压力监视。
(6) 旁滤设备进出口压差监视(测)。
(7) 冷水机组进水口过滤器两端压力。
(8) 冷却塔进出水管、机组进出口、冷却循环水泵出口电动阀联动控制。
(9) 冷却水补水量远程计量。
(10) 冷却循环水泵、冷却塔风机定期开列保养工作清单。
5 蒸汽凝结水的综合利用
小区内蒸汽凝结水的来源主要有：夏季采用蒸汽溴化锂机组制冷产生的85℃凝结水。冬季利用汽水热交换器采暖产生的85℃凝结水和全年制备生活热水所产生的凝结水。夏季高峰期凝结水量约为27m3/h，冬季约 23m3/h。由于热电厂不回收凝结水，若将其直接排放，既不能满足水温不高于40℃的排放条件，又造成凝结水资源的巨大浪费。设计中首先采用水-水换热的方式对每幢单体的生活热水水源进行预热，控制降温后凝结水温在40℃以下，这样既降低了凝结水温度，又提高了生活热水水源水温，节约了制备生活热水的蒸汽耗量，减少日常运行费用，同时又为凝结水的再利用创造了条件。降温后凝结水经统一收集后，一方面供给小区内大型洗衣房用水，另一方面作为小区温水洗车、道路浇洒用水，夏季少量多余水量则通过溢流方式排入小区雨水管网。
以上是笔者在科技示范小区设计中的点滴体会，我们相信随着科技的进一步发展，人们对居住功能、居住环境的要求的提高，在我国住宅产业各项规章制度日趋完善的保障下，通过大家的共同努力，我国住宅产业现代化进程将进一步加快，人们的居住生活质量将提升到一个新的高度。
作者单位：石家庄市河北省建筑设计院
| 项 目 | PP-R | PB | PEX | PP-C | 镀锌钢管 | 铜 管 |
| 密 度/g/cm3 | 0.90 | 0.93 | 0.94 | 0.91 | 7.85 | 8.89 |
| 导热系数/W/(m.K((20℃) | 0.24 | 0.22 | 0.35 | 0.22 | 42～52 | 407.10 |
| 弹性模量/N/mm2（20℃） | 800 | 350 | 800～900 | 800 | 2.1×105 | 1.1×105 |
| 抗拉强度/N/mm2(20℃) | 20 | 33 | 19～26 | 27 |
310 |
|
| 线膨胀系数/mm/(m.K) | 0.16 | 0.13 | 0.14 | 0.18 | 0.012 | 0.018 |
| 连接方式 | 热熔 | 夹紧热熔电熔 | 夹紧卡环螺栓 | 热熔 | 螺纹法兰卡箍 | 焊接螺纹法兰 |
以上可以看出塑料管材较金属管材具有很多优越性，但由于我国塑料管材还未大规模推广应用，故国家还没有统一的设计、施工及验收规范。笔者通过实际应用认为有两点应引起广大设计人员的注意。