東莞某培訓學院集中熱水系統設計探討與分析

李東海

廣東省建筑設計研究院有限公司 廣東 廣州 510000

筆者近期參與了一個東莞某培訓學院的設計工作，該項目主要是為培訓人員提供住宿和生活服務，園區內共有7棟樓，均要求集中熱水供應。該項目定位高端，要求按五星級酒店規格設計，對生活熱水系統要求非常高，要求熱水能夠在3～5s內迅速出熱水，且要求水溫和水壓要非常的穩定和舒適。該項目為山地地形，地形復雜，高低錯落，7棟培訓住宿樓在園區內較為分散，建筑高度和供水樓層差別較大，且每棟宿舍樓內房間分布不規則，熱水系統的設計比較復雜。下面結合該項目實際案例對多棟建筑組團的集中熱水系統設計進行分析和探討，為今后相關設計工作提供參考價值。

1 工程概況

本項目總建筑面積約20.5萬m2，山地地形，主要功能為7棟宿舍樓、食堂、接待中心、設備用房和停車庫等配套用房，無地下室，最高建筑消防高度為31.35m，園區內宿舍樓均由自家物業營運不考慮外租。應業主需求，園區內7棟宿舍樓為高端宿舍樓，定位較高，共439間客房，要確保熱水體驗效果，同時要求熱源采用真空鍋爐進行供熱。

2 生活熱水系統的選擇與分析

由于業主對生活熱水系統要求較高，為滿足業主需求，筆者從熱水系統的供水分區、循環方式、保證熱水效果新方式等方面進行優化設計。

2.1 熱源選擇

根據業主的需求，采用鍋爐作為主要供熱熱源，考慮到安全性，最后采用真空燃氣熱水鍋爐，鍋爐供回水溫度為80℃/60℃，鍋爐均選用節能型低噪音型變頻鍋爐，同時為了保證熱媒循環效果，在鍋爐水處理機房設置了加藥、軟化、補水定壓等裝置，通過分、集水器分別供兩座熱水機房和一個室內恒溫泳池熱水需求，并通過變頻循環泵組控制鍋爐運行。根據熱水供熱量和泳池耗熱量參數，供選擇兩臺鍋爐，單臺輸出熱量為1000Kw。

同時根據根據《廣東省民用建筑節能條例》第二十九條“采用集中空調系統，有穩定熱水需求，建筑面積在一萬平方米以上的新建(含改建、擴建)公共建筑，應當配套設計和建設空調廢熱回收利用裝置，未配套的，不得通過施工圖設計文件審查和竣工驗收備案”要求需要設置熱回收裝置，本項目空調熱回收作為熱水系統的預熱熱源。

2.2 供水分區

園區內7棟宿舍樓分布較分散，結合樓棟具體位置、服務客房數、服務樓層高度和考慮供水服務半徑等方面綜合分析，見表1。在停車庫設備區并遠離上層宿舍區內設兩座生活泵房（1#和2#），生活泵房內放置變頻供水泵組、生活水箱、水箱自潔器、出水消毒器、熱水換熱器、回水循環泵、分集水器等設備。宿舍樓客房供水均有一套變頻泵+生活水箱并聯加壓供水，1#生活泵房服務1～5棟宿舍樓用水，服務五層共211間客房，豎向供水不分區；2#生活泵房服務6～7棟宿舍樓用水，服務五層共228間客房，豎向供水不分區；熱水供水分區和冷水一致，采用冷熱同源方式由同一套變頻泵組供水。

表1 園區內各棟宿舍樓客房分布

2.3 循環方式

集中熱水供應系統應設置循環系統，其作用是熱水通過循環管道彌補管道熱損失引起的溫降，保證用戶用水時能及時得到符合要求的熱水，熱水循環系統運行效果的好壞直接影響熱水水質、節水、節能、使用舒適度和使用安全，因此設計和安裝施上好熱水循環系統是保證建筑熱水系統運行效果的重要環節[1]。

熱水循環系統有干管循環系統、干立管循環系統、支管循環系統。本項目考慮到定位高端，且要求出熱水迅速，故采用支管循環的方式，全日供應熱水。為保證熱水使用效果，所有客房內的洗臉盆、浴盆和淋浴器均采用三管制，即冷水、熱水和熱回水的回水形式。回水末端設置熱水循環泵組，當泵組前管道內水溫低于設定溫度時開啟循環，以保證熱水管道系統水溫恒定。管網熱水循環泵的開停均由泵前的電接點溫度計控制，當溫度達到55℃(熱回收系統供熱時為53℃)時停泵，當溫度降至50℃時開泵。熱水循環泵均選用不銹鋼泵，每組共2臺，均為一用一備的配置。

2.4 保證熱水效果方式探索

本項目的重難點是如何保證熱水使用效果，因該項目共有7棟宿舍樓，分布分散，這就導致熱水服務半徑過長，每棟宿舍樓供水高度又不同，內部各層房間布置不對應，這就導致很難做到同程循環供水，為此筆者根據多年設計經驗，對熱水系統進行了探討，首先采用冷熱同源，分區一致和支管循環已經在很大程度上保證了熱水總體效果，根據服務人數和建筑類型充分計算所需耗熱量、換熱器容積、供熱量進而確定第一熱水循環系統鍋爐水循環系統選型，然后在換熱器選型、回水循環泵組設置、分、集水器設置、平衡閥選用、恒溫混水閥選用等方面進行探討，以多種形式相互補充和利用保證熱水出水效果。

2.4.1 換熱器選型

換熱器有多種形式，有U型盤管、浮動盤管、殼板型，不同形式制熱面積不同，筆者根據廠家提供的樣本，選用板殼式水-水容積式換熱器，為了減少死水區和保證換熱效果，換熱器產品選擇自帶循環泵的類型，該型換熱器采用激光焊接，結構緊湊，便于安裝、保養和維護，自帶集成控制面板，可實現數字化控制水泵及水溫，換熱效果較好。

2.4.2 回水循環泵組設置

因為每棟宿舍樓部分較散，為了保證熱水循環效果，減少熱水管道系統長度，每棟宿舍樓自成系統，每棟宿舍樓單獨設置熱回水管，引至生活泵房內，單獨設置循環泵組進行回水，循環回水泵出水管接至集水器內匯合整流后再和冷水一起回流至換熱器內，循環泵前官道上設置溫度傳感器，哪棟宿舍樓回水溫度低于設定值就會即可啟動循環泵回水，以保證熱水水溫的穩定，該做法較能夠較為準確的清楚每棟宿舍樓熱水水溫波動情況，也方便后期維護檢修[2]。1號熱水泵房共選用兩臺換熱器，單臺總容積7.0m3，2號熱水泵房共選用三臺換熱器，其中有兩臺單臺總容積7.5m3，剩下一臺為6.5m3，用于空調熱回水換熱。由于每棟宿舍樓高度和位置均不同，比較分散，故每棟宿舍樓均采用單獨的熱供水管、熱回水管，通過分、集水器形式分發熱水，并設置單獨循環回水泵，控制二次側熱水效果。

2.4.3 分、集水器設置

為了供回水更加穩定和減少熱水損失，以便冷熱損失基本相同，這樣才能夠通過混水閥快速調出合適溫度的熱水，在多棟組團的集中供水系統上采用分、集水器分發熱水。分、集水器均采用S30408不銹鋼材質，根據水溫、出水數量、管徑還有管內流速，綜合確定分、集水器的筒體直徑，為了保證分、集水器正常安全使用，在分、集水器安裝泄水閥、安全泄壓閥、就地顯示壓力表、溫度計等儀表設備，同時分、集水器及配件均需做保溫處理。分、集水器供水系統圖如圖1：

圖1 2號生活泵房分、集水器供水系統圖

2.4.4 平衡閥選用

由于各棟客房上下層多數不對應，特別是頂層比下層客房數量減少，供水主管需要不等長敷設供水干管和回水主管，有些樓層在底層的客房數量又比上層客房數量少，熱水回水立管很難做到等長布置，導致供回水立管難以做到同程布置，為了保證每根立管熱損失基本相等，在每根回水立管末端采用平衡閥控制損失，考慮到可調可靠性和控制效果，選用靜態流量平衡閥，該型閥門是一種顯示運行流量的限流閥，自帶刻度，能夠有效快速調節回水口徑大小，進而控制每根回水立管水流阻力值，可通過手動調節限定所在管段的循環流量，使整個循環系統的循環流匾均勻分配，以達到保證循環效果的目的[3]。在系統試運行階段，可方便調試人員使用和調試出同程布置的出水效果。

2.4.5 恒溫混水閥選用

為保證冷熱水出水均勻，在高端的客房淋浴器出水上設置了生活熱水恒溫混水閥，可以根據需要自行調節冷熱水混水溫度，所需溫度可以迅速達到并且穩定下來，保證出水溫度恒定，且不受水溫、流量、水壓變化的影響，解決水溫忽冷忽熱的問題，當冷水中斷時，混水閥可以在幾秒鐘之內自動關閉熱水，起到安全保護作用。它的原理為在恒溫混水閥的混合出水口處，裝有一個熱敏元件，利用感溫原件的特性推動閥體內閥芯移動，封堵或者開啟冷、熱水的進水口。在封堵冷水的同時開啟熱水，當溫度調節旋鈕設定某一溫度后，不論冷、熱水進水溫度、壓力如何變化，進入出水口的冷、熱水比例也隨之變化，從而使出水溫度始終保持恒定，調溫旋鈕可在產品規定溫度范圍內任意設定，恒溫混水閥將自動維持出水溫度。

2.4.6 熱水水質保證措施

由于熱水系統水溫高的特點，需要重視熱水對管道和設備的結垢和腐蝕問題。一般情況下，城鎮自來水水源為地表水時，由于地表水硬度較低，熱水系統的主要問題是管道和設備的腐蝕；當城鎮自來水水源為地下水時，由于地下水硬度較高，熱水系統的主要問題是管道和設備的結垢。熱水的腐蝕性會使熱水出現水色（紅色或藍色），產生臭和味，管道內會產生沉積物，形成管瘤。這些沉積物和管瘤能促進細菌和微生物的生長，同時抑制消毒劑對細菌和微生物的殺滅作用。熱水管道和設備內表面結垢會減小管道斷面和過流械，嚴重時甚至堵塞管道。換熱器上結垢還會影響傳熱效率，造成熱源和燃料浪費。

熱水系統發生腐蝕和結垢的主要原因是熱水水質的不穩定性。腐蝕和結垢在熱水系統中常常是同時存在、相互依存的、水質和水溫是導致管道腐蝕和結垢的主要原因。有時以腐蝕為主，有時以結垢為主。熱水水質的pH、鈣硬度、堿度、溶解性總固體等指標可用來判斷熱水系統腐蝕和結垢的程度。

所以在設計之初需根據自來水廠的水質參數判斷是否需要做進水軟化處理。本項目為了保證鍋爐熱媒水循環效果，在鍋爐水處理機房設置了軟化水處理設備。

同時熱水系統出水水溫可以直接影響使用的舒適性、安全性，間接控制水質的優良性，同時熱水水溫也與系統是否節能息息相關，溫度過高，熱損耗大，增加燙傷風險并加速加熱設備和管道的結垢、腐蝕；溫度過低，則舒適性降低同時滋生適溫菌，如軍團菌等。有研究顯示，在水溫≤40℃的管段內，細菌生長繁殖速率加快，微生物污染風險增大。因此，生活熱水系統出水溫度的舒適性、安全性以及節能性都是在熱水系統設計過程中必須要考慮的問題，其中出水溫度的影響因素包括水質、結垢腐蝕、能耗、防燙傷、運行管理等。

集中生活熱水供應系統可采用紫外光催化氧化欽(CAOT)、銀離子、高溫或二氧化氯等滅菌措施。當熱水系統發生軍團菌等致病菌污染事故時，應進行應急滅菌處理，并宜采用投加氯、二氧化氯或熱沖擊滅菌等措施。高溫滅菌需有高溫熱源及設控制閥件等一系列保證措施，由于目前國內尚無熱水系統專用二氧化氯消毒設備，考慮到造價，本項目采用熱水鍋爐定期高溫供熱進行管道消毒。同時定期做熱水系統水質等方面監測和檢查，以保證供熱安全和系統平穩運行。

3 結語

集中熱水系統的設計，向來就是給排水專業的重難點，熱水系統設計的好壞，直接關系到用戶的體驗效果，特別是在如今快節奏的生活中，人們對美好生活的向往及要求越來越具體和高標準，特別是對多棟建筑組團的建筑采用集中供熱時，熱水供水的安全性、穩定性、舒適性、經濟型、系統設計合理性等方面都需要認真研究，經過多個方案對比，選出最有供熱方案，同時還需要再熱水系統的設計、施工等全周期進行不斷優化調整，最終使得用戶體驗極大提升，這也是對我們給排水從業者的專業技術水平的考驗。筆者結合自己多年設計經驗的一些探討，希望能夠給予同行們些許參考。