喷洒降温系统有效性研究——以攀枝花学院九号楼为例

徐宇鸣 李 顺 尹艺芝

（攀枝花学院土木与建筑工程学院， 四川 攀枝花 617000）

夏季气温过高时，建筑外围护结构和室内受到太阳辐射迅速升温，宿舍楼内往往因为通风循环系统不良、围护结构隔热性不强、室内无制冷设备等原因，导致室内温度久高不下。由于以上原因，楼内南向寝室的气温较之北向寝室更为酷热难耐。为在不改变房屋结构的条件下，更为经济有效的提高降温效率，我校于2016年引进屋面喷水装置，是攀西地区第一所利用喷洒系统物理降温消暑的高校。

近日我们通过问卷调查得知有不少同学反映此降温系统于宿舍降温无效，特此实地调研与测验，通过一系列方法分析，判断此降温系统在中高层宿舍应用中的有效性。

1 宿舍现状分析

攀枝花学院地处于川滇交界的攀枝花市，属于亚热带河谷干热气候，平均海拔1130米，年日照小时数2700小时，年均气温19℃～21℃之间，年最高气温超40℃，热量丰富，干湿季分明。干季与夏季并存的四、五月份，形成一种干热难耐的地域性小气候。

随着我国经济的快速发展，学校规模持续扩大，使用人群对校园生活的质量也在不断提高。二十多年前修建的学生宿舍，建筑物在隔热、通风和节能方面已逐渐跟不上时代的步伐。我校宿舍外墙使用的是240mm厚非承重空心砖墙体，内外都使用瓷砖贴面。屋面是普通的钢筋混凝土结构，无保温层，隔热效果较差。没有遮阳措施的宿舍安装的大面积的单层玻璃窗则导致室内吸收大量热量，而室内缺乏通风散热手段，夏季长时间的热辐射会导致室温不断上升。以上不利条件均能看出宿舍本身围护结构热工性能差，导致后来再安装设备来调整，不仅不利于建筑节能，并且会加大建筑能耗。

2 使用喷洒降温系统原因

学校采用屋顶喷洒降温系统作为宿舍降温的主要措施，原因有三：一、宿舍内原使用电风扇降温，但在夏季由于室内外基本无温差，电风扇只能改变空气流速，降温效果差，且增加能耗。二、安装遮阳措施仅能削弱太阳辐射，无法阻挡空气传热，且安装工程量大，可辅助其它降温手段使用。三、空调设施虽然因为其高效的降温效率曾被考虑过使用，但费用高昂，维护复杂，最终未被采用。低廉的购买安装成本，简单的后期维护工作，是学校使用它的主要原因。

3 屋面喷洒降温系统工作原理

屋面喷洒降温系统可简要分为三大功能系统，主要包括给水、补水和电气设备控制。

给水系统由一台离心泵，若干雾化喷头，不同半径规格的PPR管及其管件构成。将若干雾化喷头装在PPR主管件上均匀散布在屋顶四周，每隔1m安装一个喷雾管件，可以使其喷洒范围更加集中，并分别与屋面水平夹角成45°安装以扩大洒水范围，主管件连接离心泵，离心泵用于将水泵至屋面。补水系统由管件直接连接至市政自来水。电气设备及控制系统由一个防水插座和开关组成，主要控制离心泵的开关。主要由生活处工作人员控制。

天气炎热之时，由生活处工作人员打开离心泵开关，离心泵将市政自来水泵至屋面，通过管件及雾化喷头后，水将斜喷出去成雾状散开落下，水雾在下降过程中或散布在建筑外围护结构上，或散布于周围环境中，在气流及太阳热辐射作用下将蒸发带走热量，并在墙内外产生热压带动室内外风流动，从而达到为建筑物降温的作用。

4 屋面喷洒降温系统降温测验与分析

4.1 测验与分析

攀枝花学院九号楼宿舍是一栋十层高的建筑，层高均3m，总建筑高度为31m，南北朝向。由于山地地形限制，该宿舍四楼有三座天桥连接主要道路以作为出入口，底层出入口则作为次入口供人们进出。此次调研的喷水降温系统安装在该宿舍顶层女儿墙上。

本组于2018年4月20日对以安装喷洒系统完成并投入使用的攀枝花学院九号楼宿舍进行温湿度测量，通过对比每层楼同一时间喷洒降温装置开启与未开启时的平均温湿度来分析喷洒降温装置对室内温湿度的作用。

图1 未开启喷洒降温系统温湿度统计图

图2 开启后喷洒降温系统温湿度统计图

从图1、2数据来看，喷洒降温系统在建筑使用过程中降温效果明显，但降温效果随楼层的降低而削弱，水雾在降至四楼时达到所能有效降温的极限距离——18m。这是因为水雾在下降的过程中有损失（如风的影响，外界温度的影响），损失较大时则不利于低楼层的降温。而之所以一楼温度较二楼低一些，是由于一楼周围的绿化，削弱了建筑底部的热辐射。

喷洒降温系统的增湿效用在测试过程中数据变化尤为明显，从图1、2中可以看出从一楼到顶楼相对湿度从21.2%RH增长到36.4%RH。顶楼因为水汽较为集中，受到外界因素的影响较小，蒸发散失量较小，所以相对湿度较高。而楼层越低，水分因受到外界的影响散失的越多，故相对湿度降低。由于大量的水分最终都会汇集到一楼的周围环境中，故一楼相对湿度较二楼有所提高。

4.2 影响屋面喷洒降温系统有效性的因素

（1）外界因素：风、建筑高度、气温等。

喷洒系统的水雾在下降的过程中易受到自然风的影响。风的存在虽会加速水汽的蒸发带走热量但风也将改变了水雾下降的位置，从而导致在给建筑物降温时出现降温不均匀的现象。风速极大的情况下也将大大削弱给建筑降温的有效范围。气温的影响相对较小，但是在极其炎热的天气下，空气中水分蒸发的速度很快，也不利于较低的楼层降温。

（2）内在因素：喷头所能承受的水压、管件喷洒角度、管件排布的密度等。

喷头的水压直接影响水雾喷洒的射程，喷射距离过远则导致水雾在下降过程中过快的散失，直接削弱较低的楼层降温的性能；喷射距离过近则不利于喷洒出的水雾雾化，间接影响了蒸发吸热，并且会浪费一部分水资源。管件喷洒角度的影响也是同理。

5 结语

根据测验结果，可知屋面喷洒降温系统应用在建筑室内外降温增湿方面确实有效可行，并且配合着其余的降温措施效果更显著。只是由于该系统在应用过程中易受到如：楼层高度的限制、空气流速等影响，会削弱降温的有效性，因此在实践过程中不适用于中高层以上的建筑。该系统的应用不仅为师生们改善了学习和生活环境，也为该系统今后在国内建筑领域的广泛应用提供参考。届时，本组也还会继续探究该系统的节能性能以及在防火应急方面的应用，希望它能够在更广的建筑领域中应用开来。

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