上海某分布式供能站心給排水消防設(shè)計(jì)解析

1、上海某分布式供能站給排水與消防設(shè)計(jì)解析摘要：筆者通過總結(jié)在上海某分布式供能站給排水及消防設(shè)計(jì)中的要點(diǎn)和難點(diǎn)，探討了針對分布式能源中心給排水設(shè)計(jì)的一些疑問和解決方法。本項(xiàng)目按全過程按國家綠色三星標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，并綜合利用了CFD 模擬軟件、 BIM 模型為設(shè)計(jì)提供技術(shù)支撐，也為類似項(xiàng)目的設(shè)計(jì)以及相關(guān)規(guī)范的制訂與修編，提供案例參考和數(shù)據(jù)支持。關(guān)鍵詞： 獨(dú)立式分布式能源中心CFDBIM綠色三星標(biāo)識Study on Plumbing and Firefighting Design of a Regional Independent Energy Station in ShanghaiZhang LiangE

2、ast China Architectural Design & Research Institute, Shanghai 200002Abstract: In the result of plumbing and firefighting design in regional independent energy station in shanghai , there are some key points in the similar projects. The project is based on the standards of three-star-gradegreen b

3、uilding, and it is one successful case of using the CFD and BIM technology to provide technical support in the whole design process. It can also provide a good case for the codes for design of independent energy station.Keywords: regional independent energy station CFD BIM three-star-grade green bui

4、lding0 項(xiàng)目背景隨著我國經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展，能源消費(fèi)總量不斷增加，能源問題已經(jīng)成為制約我國經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展的重要因素。為應(yīng)對能源與環(huán)境、資源以及氣候變化的1挑戰(zhàn)，我國政府提出了多元化、清潔化和高效化的能源發(fā)展戰(zhàn)略，發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)和轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)增長方式已成為我國實(shí)現(xiàn)科學(xué)發(fā)展的必然要求。國家在“十二五”規(guī)劃中明確提出節(jié)能減排的目標(biāo)，隨后國務(wù)院印發(fā) “十二五 ”節(jié)能減排綜合性工作方案 1 ，把發(fā)展分布式能源列為節(jié)能減排的一項(xiàng)重要措施。分布式供能比較傳統(tǒng)的供能有如下優(yōu)勢：節(jié)能減排節(jié)能 20以上，減排溫室氣體 40以上；一般隨用戶上下班起停，對電網(wǎng)具有調(diào)峰作用，能夠減小電網(wǎng)峰谷差；可以布置在建筑物的地下室和屋

5、頂，有利于節(jié)約城市土地資源；提高用戶的供電可靠性；夏季能夠協(xié)調(diào)天然氣和電力的平衡供應(yīng)，優(yōu)化能源系統(tǒng)的運(yùn)行。本項(xiàng)目為上海浦東某新建區(qū)域分布式供能項(xiàng)目，為獨(dú)立式站房。整個能源中心占地約 6100 平米，總建筑面積為 20600 平米，建筑高度 23.70m，基本滿足周邊約 200 萬平方體量的建筑能源需求。1冷卻塔設(shè)計(jì)對于區(qū)域分布式供能站來說，給排水設(shè)計(jì)問題主要集中在冷卻循環(huán)水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中。而本項(xiàng)目由于用地面積的局限，將冷卻塔的布置與空調(diào)熱泵機(jī)組的布置采用上下疊放的方式。作為一種突破常規(guī)思路的布置方式，設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)也就很難以傳統(tǒng)的理論去進(jìn)行， 于是，設(shè)計(jì)方利用 BIM 和 CFD 模擬相結(jié)合的方式開展

6、工作，取得了較為理想的成果。BIM 的英文全稱是Building Information Modeling ，即建筑信息模型。根據(jù)美國國家 BIM 標(biāo)準(zhǔn) 2 的定義： BIM 是一個設(shè)施 (建設(shè)項(xiàng)目 )物理和功能特性的數(shù)字表達(dá)，我們從項(xiàng)目方案之初，就建立了BIM 模型（ Autodesk Revit），將各種建筑的信息輸入?yún)R總一個三維的模型體中，參考圖1。2圖 1 冷卻塔區(qū)域三維模型計(jì)算流體動力學(xué)簡稱CFD，是隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)而出現(xiàn)的一門新學(xué)科，其運(yùn)用流體動力學(xué)的基本原理，通過建立數(shù)學(xué)物理模型，根據(jù)提供合理的邊界條件和參數(shù)，可以對通風(fēng)區(qū)域內(nèi)氣流的速度場、溫度場、壓力場等進(jìn)行模擬計(jì)算3 。而冷卻塔

7、周邊氣流的速度場、溫度場和壓力場也就構(gòu)成了冷卻塔選型設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。根據(jù)建筑提資及冷卻塔剖面圖等資料對能源中心進(jìn)行建模（Fluent）。在不影響氣流流動情況下，對原模型局部進(jìn)行合理簡化，建模如圖2 所示，網(wǎng)格劃分如圖 3 所示。圖 2 幾何模型圖3圖 3 網(wǎng)格劃分圖項(xiàng)目所采用的氣象條件及邊界參數(shù)如下：上海市海拔 5.5m，夏季大氣壓力 100.75kPa，室外計(jì)算干球溫度 （夏季空調(diào)）34.4，夏季空調(diào)室外計(jì)算濕球溫度 27.9，夏季室外平均風(fēng)速 3.1m/s，夏季最多風(fēng)向 SE。根據(jù)噪聲治理的要求，在冷卻塔周邊設(shè)置了消聲器及消聲百葉，見圖 4。表 1冷卻塔參數(shù)冷卻塔參數(shù)冷卻塔參數(shù)出風(fēng)參數(shù)風(fēng)量

8、出口速度1000m3/h35/95%558300 m3/h8.65 m/s1300m3/h35/95%696600 m3/h6.65 m/s表 2熱泵參數(shù)熱泵參數(shù)熱泵參數(shù)進(jìn)風(fēng)排熱量出口速度出口溫度熱泵34.4/27.91500kw8m/s44.14圖 4 消聲器的構(gòu)造圖將以上這些信息輸入軟件后，就可以根據(jù)冷卻塔周邊環(huán)境條件的不同，分析在不同的工況下，冷卻塔周邊濕球溫度的變化，模擬分析的部分成果如下：圖 5 冷卻塔入口速度矢量圖圖 6 冷卻塔入口干球溫度分布5圖 7 冷卻塔入口相對濕度分布最終，通過軟件的模擬，可以確定出本項(xiàng)目冷卻塔布置的最不利點(diǎn)，以及改善周圍濕熱環(huán)境的方案，使整個冷卻塔設(shè)計(jì)有了

9、扎實(shí)的根基，實(shí)現(xiàn)了最優(yōu)化。3 節(jié)能設(shè)計(jì)與計(jì)算既然本項(xiàng)目是分布式供能站，因此，綠色節(jié)能一直是貫穿始終整個項(xiàng)目的設(shè)計(jì)理念。本項(xiàng)目按照國家綠色三星標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)。采用的綠色節(jié)能措施如下表所示。表 3 基于綠建三星標(biāo)準(zhǔn)的給排水措施選項(xiàng)條文綠色公共建筑設(shè)計(jì)、評價(jià)要點(diǎn)應(yīng)用度本項(xiàng)目8.1.1給排水系統(tǒng)設(shè)置合理、完善、安全。達(dá)標(biāo)8.1.2采用節(jié)水器具和設(shè)備。達(dá)標(biāo)8.1.3新建有熱水系統(tǒng)的建筑，應(yīng)設(shè)計(jì)太陽能熱達(dá)標(biāo)水系統(tǒng)。8.2.1用水定額應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。達(dá)標(biāo)8.2.2采取措施避免供水系統(tǒng)超壓出流。達(dá)標(biāo)6條文綠色公共建筑設(shè)計(jì)、評價(jià)要點(diǎn)應(yīng)用度本項(xiàng)目8.2.3采取措施避免供水管網(wǎng)漏損。達(dá)標(biāo)8.2.4合理利用余熱或余能提供生

10、活熱水。不達(dá)標(biāo)8.2.5合理利用可再生能源提供生活熱水。達(dá)標(biāo)8.2.6集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)達(dá)標(biāo)定。8.2.7循環(huán)冷卻水系統(tǒng)應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。達(dá)標(biāo)8.2.8節(jié)水灌溉。達(dá)標(biāo)8.2.9分項(xiàng)設(shè)置用水計(jì)量水表。達(dá)標(biāo)8.3.1給排水系統(tǒng)加壓水泵應(yīng)符合相關(guān)規(guī)定。達(dá)標(biāo)8.3.2生活用水器具的用水效率等級應(yīng)符合相關(guān)達(dá)標(biāo)規(guī)定。8.3.3公共浴室淋浴器的節(jié)能措施。達(dá)標(biāo)8.3.4其他節(jié)水技術(shù)或措施。達(dá)標(biāo)8.4.1合理確定雨水調(diào)蓄、處理及利用方案。達(dá)標(biāo)8.4.2采取措施控制雨水外排總量。不達(dá)標(biāo)8.4.3景觀水體應(yīng)結(jié)合雨水利用設(shè)施進(jìn)行設(shè)計(jì)。達(dá)標(biāo)8.4.4綠化澆灌等用水應(yīng)合理使用非傳統(tǒng)水。達(dá)標(biāo)8.4.5非傳統(tǒng)水

11、利用必須采取確保使用安全的措達(dá)標(biāo)施。8.4.6冷卻水補(bǔ)水應(yīng)合理使用非傳統(tǒng)水。不達(dá)標(biāo)表3說明：1 表3中的條文基于上海市工程建設(shè)規(guī)范公共建筑綠色設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)7（ DGJ08-2143-2014）42 符號說明：為達(dá)到綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相應(yīng)星級目標(biāo)，必須執(zhí)行的條文；：根據(jù)確立的綠色建筑等級而選擇的一般項(xiàng)或優(yōu)選項(xiàng)，必須對應(yīng)執(zhí)行的條文；：公共建筑綠色設(shè)計(jì)，必須執(zhí)行的條文；：公共建筑綠色設(shè)計(jì)，宜執(zhí)行的條文。表 4 雨水徑流控制計(jì)算場混混地綠凝凝控場硬化土土制地質(zhì)屋瀝瀝雨綠地綜控制雨透水磚景觀水屋面青青量面積合總匯水面量對應(yīng)調(diào)節(jié)容池調(diào)節(jié)面面路路目（m2徑積（ m2）雨量積容積面積面面（m3） （m3） （m3）

12、標(biāo)）流積（面徑（mm2系（積流m）數(shù)m2）（m系）2）數(shù)3231692.5.12859380.90.67614720.86615.4565.70.84即當(dāng)雨量為5.1mm 時(shí)，場地內(nèi)的收納調(diào)節(jié)雨水量Q 內(nèi)=15.456+5.7=21.1568330m >20.866 m ，則外排市政雨量 Q外表 5 雨水量平衡利用計(jì)算按二級養(yǎng)護(hù)場地綠化年用水量容上海地區(qū)年雨水降收集雨水面積考慮（m2）積（ m3）雨量（ mm）（m2）0.2m3/m2.a1692.403401134.65004 消防設(shè)計(jì)與計(jì)算4.1 關(guān)于適用的規(guī)范目前，國內(nèi)還沒有正式出臺專項(xiàng)針對于分布式供能站的消防設(shè)計(jì)規(guī)范。 可以參照的

13、消防規(guī)范有建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范 （ GB50016）和火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB50229），以及上海地方出臺的 分布式供能系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程（DGJ08-115-2008）。其中分布式供能系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)程中 15.1.4 節(jié)明確，獨(dú)立設(shè)置的站房應(yīng)按丁類生產(chǎn)廠房的火災(zāi)危險(xiǎn)級設(shè)計(jì)。然而，由于本項(xiàng)目中，市政各個部門對于該種類型的建筑定義不是很明確，因此，造成了筆者在設(shè)計(jì)時(shí)的一些困擾。最終確定在這些規(guī)范中以“就高不就低”的原則，設(shè)置消防措施。根據(jù)分布式供能站的選址不同，可分為獨(dú)立式、樓宇式兩種類型。獨(dú)立式分布式供能站是指布置在樓宇外，獨(dú)立于用戶并靠近用戶，且為一個或多個用戶提供熱（冷）、電負(fù)荷的

14、分布式供能站。則樓宇式是指布置在樓宇內(nèi)的分布式供能站。因此，筆者建議在針對于獨(dú)立式類型，尤其是按照電力系統(tǒng)廠房設(shè)計(jì)的項(xiàng)目，可參照火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范的要求執(zhí)行；若為樓宇式的供能站時(shí)，則參照建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范 （GB50016）的要求執(zhí)行。4.2 關(guān)于消防水池9由于本項(xiàng)目中，可以滿足消防規(guī)范所規(guī)定的市政兩路供水的要求，因此消防水泵直接從市政管網(wǎng)上吸水，不設(shè)置消防水池。4.3 關(guān)于電氣用房的消防措施根據(jù)建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范 （GB50016）中要求對于特殊重要設(shè)備室設(shè)置氣體消防措施，而火力發(fā)電廠與變電站設(shè)計(jì)防火規(guī)范（GB50229）的變電所部分（11.5.4 節(jié)）中對于單臺容量為125MVA 及以上應(yīng)設(shè)置水噴霧滅火系統(tǒng)。雖然本項(xiàng)目單臺容量沒有超過125MVA ，但出于安全性及重要性地考慮，在電氣用房內(nèi)設(shè)置了 IG541 氣體消防系統(tǒng)。5 總結(jié)1）BIM 技術(shù)結(jié)合 CFD 模擬技術(shù)將逐步成為是今后大型復(fù)雜及重要項(xiàng)目的設(shè)計(jì)核心。2）建議類似分布式供能站應(yīng)按照高標(biāo)準(zhǔn)的綠色建筑要求設(shè)計(jì)，其示范效應(yīng)及節(jié)能效果更為顯著。3）區(qū)域分布式供能站作為區(qū)域內(nèi)重要的能源樞紐，其消防安全等級應(yīng)予以充分的重視，在滿足現(xiàn)行規(guī)范要求的前提下，建議采用更為安全的消防