醫院集中熱水供應系統若干問題分析

鄭欽煒

(福建省建筑輕紡設計院 福建福州 350001)

醫院集中熱水供應系統若干問題分析

鄭欽煒

(福建省建筑輕紡設計院 福建福州 350001)

分析了醫院集中熱水供應系統中出現的用水器具冷熱水管串水、熱水管網循環效果不佳、加熱系統熱源選擇、水箱溢流的問題，并提出供水支管增設止回閥、循環回水支管增設流量計、可再生熱源使用方案以及水箱增加回水調節容積等建議。

止回閥；循環回水；加熱系統；溢流

0 引言

隨著我國社會經濟發展水平的穩步提高，集中熱水供應系統已在使用要求較高的公共建筑中普及。由于集中熱水供應系統復雜性高、設計難度較大，工程師在進行設計時要充分分析熱水系統可能出現的各種問題，使熱水系統的設計能夠不斷完善。文章就福建地區醫院集中熱水供應系統設計中幾點容易被忽略而又對系統日常運行影響較大的問題進行分析，希望引起同行的關注和討論。

1 用水器具冷熱水混合閥關閉后冷熱水管網串水

在理想狀況下，當關閉用水器具出水龍頭后，其閥芯的冷熱水孔均應處于完全密封狀態，但實際卻存在著因水壓、配件老化或者產品質量缺陷等問題使冷熱水孔無法完全密封的情況。如果冷熱水混合器前的配水支管上沒有設置止回閥，當出水龍頭關閉后可能會出現以下兩種情況：一是當冷水壓力高于熱水時，冷水通過混合器進入熱水管網使其配水溫度降低，即使是在冷熱水壓力平衡的條件下，當循環回水系統運行時也可能會出現上述情況，嚴重時還會造成接納循環回水的水箱溢流。二是當熱水壓力高于冷水時，熱水通過混合器進入冷水管網使其產生熱污染，同時也增加了熱水的消耗量。

雖然規范已明確要求混合器的冷熱水供水支管上應設置止回閥[1]，但是因部分品牌的用水器具自帶止回裝置，有些工程師在熱水系統設計時會通過選用自帶止回裝置的用水器具來避免配水管網設置過多的止回閥。然而，衛生設備安裝圖集[2]和市場上相關產品說明顯示，僅有少數型式的感應式水嘴產品有明確自帶止回裝置，其余均未設置而需用戶自備。從另一方面來講，即使設計時明確選用自帶止回裝置的用水器具，但業主會采用何種品牌的產品仍存在變數。因此，集中熱水供應系統仍應在冷熱水支管始端設置止回閥，雖然管網造價有一定程度的增加，但對于方便日常使用以及節能節水卻有很積極的作用。

2 同一熱水分區內循環回水系統效果不佳

以某綜合醫院集中熱水供應系統為例，熱水由屋面儲熱水箱重力供水，熱水管網采用每層橫干管配水和橫干管末端回水的配回水方式。循環回水系統在每個熱水供水分區的最末端設置一個電接點溫度計，由電接點溫度計控制循環回水泵的啟停。當管網末端水溫低于設定值T1時開啟循環回水泵，當水溫高于設定值T2時關閉循環回水泵，系統原理圖如圖1所示。上述配回水方式在醫院集中熱水供應系統中有良好的適用性，然而在某些功能相對復雜的熱水分區中也存在一定不足。

圖1 循環回水系統原理圖

(1)

qx—全日供應熱水的循環流量；

Qs—配水管道的熱損失；

Δt—配水管道的熱水溫度差。

假設一層用水單元多、用水頻繁且用水量大，則配水管道設計管徑大，而三層用水單元稀少且用水量少，則配水管道設計管徑小。根據式(1)可以看出，因三層的設計管徑小，則配水管道熱損失Qs計算值小，在熱水溫度差Δt不變的情況下，三層的循環流量qx計算值相應較小。而一層循環流量qx的計算結果正好相反。

如果按照理論計算值確定各層的循環流量，有可能會導致循環回水泵前端的電接點溫度計達到停泵溫度T2時，三層的末端熱水溫度因循環流量小而無法達到熱水供應所需的最低溫度要求。使三層用水時末端放水過多，既不方便使用也浪費了水資源。

在上述情況下，循環管網的理論計算流量qx難以真實反映實際使用中的循環回水需求。為了改善管網的循環效果，設計時應適當加大計算值較小的回水支管的循環流量并在循環回水支管上增設流量計，通過壓力平衡閥、流量計等閥門配件合理調節本熱水分區內各層的循環回水流量。對于某些用水差異性過大的區域，在條件適宜時還可以針對本區域單獨增設循環回水泵，以達到熱水管網有效循環的目的。

3 集中熱水供應系統熱源型式選擇

民用建筑集中熱水供應系統常見的熱源主要有燃氣鍋爐、燃油鍋爐、太陽能集熱器、熱泵、電加熱器等幾類。燃油、燃氣鍋爐使用的是不可再生能源，且設施運行費用高、操作維護復雜、受環保和安全條件的限制大，民用建筑通常不優先選用不可再生熱源[3]。因福建日照條件較充足且氣候冬暖夏熱，比較有利于空氣源熱泵和太陽能集熱器的使用，故本地區集中熱水供應系統應優先選用這兩種熱源。

根據規范要求，醫院熱水加熱系統的出水溫度不應低于60℃[4]，一般設計出水溫度為60℃～65℃，而且醫院對熱水系統的供水溫度穩定性要求較高。故醫院集中熱水供應系統不能單獨使用空氣源熱泵或太陽能集熱器等受水溫、氣溫和日照條件影響顯著的可再生熱源，需要同時增加供熱不受環境條件影響的輔助加熱設施。

本地區醫院目前較常用的加熱方案，有太陽能集熱器聯合輔助電加熱和空氣源熱泵聯合輔助電加熱兩種。太陽能集熱器聯合輔助電加熱系統，在屋面可安裝面積充足的醫院中應優先選用。而空氣源熱泵聯合輔助電加熱系統適宜在屋面面積有限、熱水用量相對較小的中小型醫院中使用。

需要補充的是，太陽能集熱器聯合輔助空氣源熱泵加熱系統也較常在一些工程中使用，而且環保節能效益顯著，不過該系統在醫院中使用有明顯的缺陷。根據熱泵產品資料說明，空氣源熱泵正常的出水溫度有45℃、50℃、55℃ 3檔，最高能達到60℃。相關研究顯示，熱泵出水溫度設定越高，則制熱節能效益越低、設備損耗也越嚴重，因此熱泵出水溫度設定過高不利于設備長期運行[5]。在冬季且日照條件不佳的條件下，太陽能集熱器聯合輔助空氣源熱泵可能無法滿足醫院供水溫度高于60℃的使用要求，故不建議醫院集中熱水供應系統采用該加熱方案。

4 雙水箱系統循環回水調節容積設置

集中熱水供應系統按水箱設置情況，可分為單水箱系統和雙水箱系統兩大類。

在熱水使用要求不高且屋面面積有限的建筑中，單水箱系統較為適用；而雙水箱系統，對于供水溫度穩定性要求高的建筑更為適宜。

某綜合醫院集中熱水供應系統使用的是空氣源熱泵聯合電加熱器的雙水箱系統，其中空氣源熱泵為一次加熱由加熱水箱的電接點溫度計控制，電加熱器為二次加熱由熱水提升泵聯動控制，原理圖如圖2所示。與單水箱加熱系統相比，雙水箱系統的儲熱水箱水溫受冷水補水的影響小，熱水供水溫度穩定，而且雙水箱系統加熱設備運行工況穩定、效率高、節能效果好[6]。

圖2 熱水加熱系統原理圖

雙水箱加熱系統優點突出，但系統控制較為復雜。如果加熱水箱的容積只滿足熱泵機組加熱所需的貯熱容積而沒有另外再設置回水調節容積的話，那么，在凌晨時段里，很可能會出現加熱水箱溢流。分析其原因可知，凌晨配水管網末端水溫低，循環回水泵開啟時間長。在沒有設置回水調節容積的情況下，當循環回水進入加熱水箱使其水位上升到最高水位而儲熱水箱的水位仍沒有下降到熱水提升泵開啟水位時，加熱水箱會出現溢流。由于建筑給水排水設計手冊并沒有回水調節容積的相關內容，該容積很容易被工程師忽略，等到系統建成使用且出現溢流后再臨時調整水位，留出回水調節容積，勢必減少加熱水箱的有效貯熱容積，導致熱泵使用負荷增大和加熱效果不佳等一系列不利后果。因此，熱水系統設計時，

應設置回水調節容積，使儲熱水箱進水提升泵開啟水位和停泵水位之間的容積(H2所占的容積)小于加熱水箱最高水位與冷水停止補水位之間的容積(H1所占的容積)，水箱的容積設置如圖3所示。通過設置回水調節容積可以確保管網循環回水進入加熱水箱后，在加熱水箱水位未達最高水位之前儲熱水箱水位已下降到熱水提升泵開啟水位。從而避免了加熱水箱溢流，并且儲熱水箱熱水能夠得到及時補充，提高整個集中熱水供應系統的供水質量。

圖3 加熱水箱、儲熱水箱容積設置示意圖

5 結語

集中熱水供應系統的設備設施多、管網復雜，其系統設計難度較大，無論是熱水加熱系統，還是熱水管網配回水系統，其中都有許多細節需要工程師注意和妥善處置。

熱水系統設計，除了要滿足國家規范要求以外，還應根據工程實際情況予以適當調整，力求使設計既節水節能又滿足實際需求。

[1] GB 50015-2003 建筑給水排水設計規范[S].北京：中國計劃出版社，2009.

[2] 09S304 衛生設備安裝[S].北京：中國計劃出版社，2006.

[3] 江瑞，趙陽. 空氣源熱泵熱水機組在工程設計中的應用[J].中國醫院建筑與裝備，2008(01)：25-29.

[4] GB 51039-2014 綜合醫院建筑設計規范[S].北京：中國建筑工業出版社，2014.

[5] 巫建文. 空氣源熱泵的進、出水溫度對其制熱能力的影響的探討[J].福建建材，2013(07)：84-85.

[6] 鹿琳，梁彩華，張小松. 雙水箱熱泵熱水系統的構建及性能[J].化工學報，2016(S2)：333-339.

Analysis of some problems of centralized hot water supply system in the hospital

ZHENGQinwei

(Fujian Architecture &Light Textile Design Institute, Fuzhou 350001)

This paper analyzes the problems of the centralized hot water supply system in the hospital, such as the convection of hot and cold water pipe network in water equipment, the poor circulation of hot water pipe network, the selection of the heat source of heating system and the overflow of water tank. This paper also put forward suggestions that the water branch pipe add check valve, the circulating water pipe add flowmeter, the usage method of the renewable heat source, and increasing the regulating volume of the water tank for circulating water.

Check valve; Circulating water; Heating system; Tank overflow

鄭欽煒(1985.7- )，男，工程師。

E-mail:ai12345g@sohu.com

2017-04-25

TU991

A

1004-6135(2017)09-0102-03