東莞某培訓(xùn)學(xué)院集中熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討與分析

李東海

廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司 廣東 廣州 510000

筆者近期參與了一個(gè)東莞某培訓(xùn)學(xué)院的設(shè)計(jì)工作，該項(xiàng)目主要是為培訓(xùn)人員提供住宿和生活服務(wù)，園區(qū)內(nèi)共有7棟樓，均要求集中熱水供應(yīng)。該項(xiàng)目定位高端，要求按五星級(jí)酒店規(guī)格設(shè)計(jì)，對(duì)生活熱水系統(tǒng)要求非常高，要求熱水能夠在3～5s內(nèi)迅速出熱水，且要求水溫和水壓要非常的穩(wěn)定和舒適。該項(xiàng)目為山地地形，地形復(fù)雜，高低錯(cuò)落，7棟培訓(xùn)住宿樓在園區(qū)內(nèi)較為分散，建筑高度和供水樓層差別較大，且每棟宿舍樓內(nèi)房間分布不規(guī)則，熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)比較復(fù)雜。下面結(jié)合該項(xiàng)目實(shí)際案例對(duì)多棟建筑組團(tuán)的集中熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析和探討，為今后相關(guān)設(shè)計(jì)工作提供參考價(jià)值。

1 工程概況

本項(xiàng)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(shè)備用房和停車庫(kù)等配套用房，無地下室，最高建筑消防高度為31.35m，園區(qū)內(nèi)宿舍樓均由自家物業(yè)營(yíng)運(yùn)不考慮外租。應(yīng)業(yè)主需求，園區(qū)內(nèi)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(yàn)效果，同時(shí)要求熱源采用真空鍋爐進(jìn)行供熱。

2 生活熱水系統(tǒng)的選擇與分析

由于業(yè)主對(duì)生活熱水系統(tǒng)要求較高，為滿足業(yè)主需求，筆者從熱水系統(tǒng)的供水分區(qū)、循環(huán)方式、保證熱水效果新方式等方面進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

2.1 熱源選擇

根據(jù)業(yè)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?xì)鉄崴仩t，鍋爐供回水溫度為80℃/60℃，鍋爐均選用節(jié)能型低噪音型變頻鍋爐，同時(shí)為了保證熱媒循環(huán)效果，在鍋爐水處理機(jī)房設(shè)置了加藥、軟化、補(bǔ)水定壓等裝置，通過分、集水器分別供兩座熱水機(jī)房和一個(gè)室內(nèi)恒溫泳池?zé)崴枨螅⑼ㄟ^變頻循環(huán)泵組控制鍋爐運(yùn)行。根據(jù)熱水供熱量和泳池耗熱量參數(shù)，供選擇兩臺(tái)鍋爐，單臺(tái)輸出熱量為1000Kw。

同時(shí)根據(jù)根據(jù)《廣東省民用建筑節(jié)能條例》第二十九條“采用集中空調(diào)系統(tǒng)，有穩(wěn)定熱水需求，建筑面積在一萬平方米以上的新建(含改建、擴(kuò)建)公共建筑，應(yīng)當(dāng)配套設(shè)計(jì)和建設(shè)空調(diào)廢熱回收利用裝置，未配套的，不得通過施工圖設(shè)計(jì)文件審查和竣工驗(yàn)收備案”要求需要設(shè)置熱回收裝置，本項(xiàng)目空調(diào)熱回收作為熱水系統(tǒng)的預(yù)熱熱源。

2.2 供水分區(qū)

園區(qū)內(nèi)7棟宿舍樓分布較分散，結(jié)合樓棟具體位置、服務(wù)客房數(shù)、服務(wù)樓層高度和考慮供水服務(wù)半徑等方面綜合分析，見表1。在停車庫(kù)設(shè)備區(qū)并遠(yuǎn)離上層宿舍區(qū)內(nèi)設(shè)兩座生活泵房（1#和2#），生活泵房?jī)?nèi)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(huán)泵、分集水器等設(shè)備。宿舍樓客房供水均有一套變頻泵+生活水箱并聯(lián)加壓供水，1#生活泵房服務(wù)1～5棟宿舍樓用水，服務(wù)五層共211間客房，豎向供水不分區(qū)；2#生活泵房服務(wù)6～7棟宿舍樓用水，服務(wù)五層共228間客房，豎向供水不分區(qū)；熱水供水分區(qū)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(qū)內(nèi)各棟宿舍樓客房分布

2.3 循環(huán)方式

集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置循環(huán)系統(tǒng)，其作用是熱水通過循環(huán)管道彌補(bǔ)管道熱損失引起的溫降，保證用戶用水時(shí)能及時(shí)得到符合要求的熱水，熱水循環(huán)系統(tǒng)運(yùn)行效果的好壞直接影響熱水水質(zhì)、節(jié)水、節(jié)能、使用舒適度和使用安全，因此設(shè)計(jì)和安裝施上好熱水循環(huán)系統(tǒng)是保證建筑熱水系統(tǒng)運(yùn)行效果的重要環(huán)節(jié)[1]。

熱水循環(huán)系統(tǒng)有干管循環(huán)系統(tǒng)、干立管循環(huán)系統(tǒng)、支管循環(huán)系統(tǒng)。本項(xiàng)目考慮到定位高端，且要求出熱水迅速，故采用支管循環(huán)的方式，全日供應(yīng)熱水。為保證熱水使用效果，所有客房?jī)?nèi)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(shè)置熱水循環(huán)泵組，當(dāng)泵組前管道內(nèi)水溫低于設(shè)定溫度時(shí)開啟循環(huán)，以保證熱水管道系統(tǒng)水溫恒定。管網(wǎng)熱水循環(huán)泵的開停均由泵前的電接點(diǎn)溫度計(jì)控制，當(dāng)溫度達(dá)到55℃(熱回收系統(tǒng)供熱時(shí)為53℃)時(shí)停泵，當(dāng)溫度降至50℃時(shí)開泵。熱水循環(huán)泵均選用不銹鋼泵，每組共2臺(tái)，均為一用一備的配置。

2.4 保證熱水效果方式探索

本項(xiàng)目的重難點(diǎn)是如何保證熱水使用效果，因該項(xiàng)目共有7棟宿舍樓，分布分散，這就導(dǎo)致熱水服務(wù)半徑過長(zhǎng)，每棟宿舍樓供水高度又不同，內(nèi)部各層房間布置不對(duì)應(yīng)，這就導(dǎo)致很難做到同程循環(huán)供水，為此筆者根據(jù)多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，對(duì)熱水系統(tǒng)進(jìn)行了探討，首先采用冷熱同源，分區(qū)一致和支管循環(huán)已經(jīng)在很大程度上保證了熱水總體效果，根據(jù)服務(wù)人數(shù)和建筑類型充分計(jì)算所需耗熱量、換熱器容積、供熱量進(jìn)而確定第一熱水循環(huán)系統(tǒng)鍋爐水循環(huán)系統(tǒng)選型，然后在換熱器選型、回水循環(huán)泵組設(shè)置、分、集水器設(shè)置、平衡閥選用、恒溫混水閥選用等方面進(jìn)行探討，以多種形式相互補(bǔ)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(dòng)盤管、殼板型，不同形式制熱面積不同，筆者根據(jù)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(qū)和保證換熱效果，換熱器產(chǎn)品選擇自帶循環(huán)泵的類型，該型換熱器采用激光焊接，結(jié)構(gòu)緊湊，便于安裝、保養(yǎng)和維護(hù)，自帶集成控制面板，可實(shí)現(xiàn)數(shù)字化控制水泵及水溫，換熱效果較好。

2.4.2 回水循環(huán)泵組設(shè)置

因?yàn)槊織澦奚針遣糠州^散，為了保證熱水循環(huán)效果，減少熱水管道系統(tǒng)長(zhǎng)度，每棟宿舍樓自成系統(tǒng)，每棟宿舍樓單獨(dú)設(shè)置熱回水管，引至生活泵房?jī)?nèi)，單獨(dú)設(shè)置循環(huán)泵組進(jìn)行回水，循環(huán)回水泵出水管接至集水器內(nèi)匯合整流后再和冷水一起回流至換熱器內(nèi)，循環(huán)泵前官道上設(shè)置溫度傳感器，哪棟宿舍樓回水溫度低于設(shè)定值就會(huì)即可啟動(dòng)循環(huán)泵回水，以保證熱水水溫的穩(wěn)定，該做法較能夠較為準(zhǔn)確的清楚每棟宿舍樓熱水水溫波動(dòng)情況，也方便后期維護(hù)檢修[2]。1號(hào)熱水泵房共選用兩臺(tái)換熱器，單臺(tái)總?cè)莘e7.0m3，2號(hào)熱水泵房共選用三臺(tái)換熱器，其中有兩臺(tái)單臺(tái)總?cè)莘e7.5m3，剩下一臺(tái)為6.5m3，用于空調(diào)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(dú)的熱供水管、熱回水管，通過分、集水器形式分發(fā)熱水，并設(shè)置單獨(dú)循環(huán)回水泵，控制二次側(cè)熱水效果。

2.4.3 分、集水器設(shè)置

為了供回水更加穩(wěn)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(diào)出合適溫度的熱水，在多棟組團(tuán)的集中供水系統(tǒng)上采用分、集水器分發(fā)熱水。分、集水器均采用S30408不銹鋼材質(zhì)，根據(jù)水溫、出水?dāng)?shù)量、管徑還有管內(nèi)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(jì)等儀表設(shè)備，同時(shí)分、集水器及配件均需做保溫處理。分、集水器供水系統(tǒng)圖如圖1：

圖1 2號(hào)生活泵房分、集水器供水系統(tǒng)圖

2.4.4 平衡閥選用

由于各棟客房上下層多數(shù)不對(duì)應(yīng)，特別是頂層比下層客房數(shù)量減少，供水主管需要不等長(zhǎng)敷設(shè)供水干管和回水主管，有些樓層在底層的客房數(shù)量又比上層客房數(shù)量少，熱水回水立管很難做到等長(zhǎng)布置，導(dǎo)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(diào)可靠性和控制效果，選用靜態(tài)流量平衡閥，該型閥門是一種顯示運(yùn)行流量的限流閥，自帶刻度，能夠有效快速調(diào)節(jié)回水口徑大小，進(jìn)而控制每根回水立管水流阻力值，可通過手動(dòng)調(diào)節(jié)限定所在管段的循環(huán)流量，使整個(gè)循環(huán)系統(tǒng)的循環(huán)流匾均勻分配，以達(dá)到保證循環(huán)效果的目的[3]。在系統(tǒng)試運(yùn)行階段，可方便調(diào)試人員使用和調(diào)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(shè)置了生活熱水恒溫混水閥，可以根據(jù)需要自行調(diào)節(jié)冷熱水混水溫度，所需溫度可以迅速達(dá)到并且穩(wěn)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(dāng)冷水中斷時(shí)，混水閥可以在幾秒鐘之內(nèi)自動(dòng)關(guān)閉熱水，起到安全保護(hù)作用。它的原理為在恒溫混水閥的混合出水口處，裝有一個(gè)熱敏元件，利用感溫原件的特性推動(dòng)閥體內(nèi)閥芯移動(dòng)，封堵或者開啟冷、熱水的進(jìn)水口。在封堵冷水的同時(shí)開啟熱水，當(dāng)溫度調(diào)節(jié)旋鈕設(shè)定某一溫度后，不論冷、熱水進(jìn)水溫度、壓力如何變化，進(jìn)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(diào)溫旋鈕可在產(chǎn)品規(guī)定溫度范圍內(nèi)任意設(shè)定，恒溫混水閥將自動(dòng)維持出水溫度。

2.4.6 熱水水質(zhì)保證措施

由于熱水系統(tǒng)水溫高的特點(diǎn)，需要重視熱水對(duì)管道和設(shè)備的結(jié)垢和腐蝕問題。一般情況下，城鎮(zhèn)自來水水源為地表水時(shí)，由于地表水硬度較低，熱水系統(tǒng)的主要問題是管道和設(shè)備的腐蝕；當(dāng)城鎮(zhèn)自來水水源為地下水時(shí)，由于地下水硬度較高，熱水系統(tǒng)的主要問題是管道和設(shè)備的結(jié)垢。熱水的腐蝕性會(huì)使熱水出現(xiàn)水色（紅色或藍(lán)色），產(chǎn)生臭和味，管道內(nèi)會(huì)產(chǎn)生沉積物，形成管瘤。這些沉積物和管瘤能促進(jìn)細(xì)菌和微生物的生長(zhǎng)，同時(shí)抑制消毒劑對(duì)細(xì)菌和微生物的殺滅作用。熱水管道和設(shè)備內(nèi)表面結(jié)垢會(huì)減小管道斷面和過流械，嚴(yán)重時(shí)甚至堵塞管道。換熱器上結(jié)垢還會(huì)影響傳熱效率，造成熱源和燃料浪費(fèi)。

熱水系統(tǒng)發(fā)生腐蝕和結(jié)垢的主要原因是熱水水質(zhì)的不穩(wěn)定性。腐蝕和結(jié)垢在熱水系統(tǒng)中常常是同時(shí)存在、相互依存的、水質(zhì)和水溫是導(dǎo)致管道腐蝕和結(jié)垢的主要原因。有時(shí)以腐蝕為主，有時(shí)以結(jié)垢為主。熱水水質(zhì)的pH、鈣硬度、堿度、溶解性總固體等指標(biāo)可用來判斷熱水系統(tǒng)腐蝕和結(jié)垢的程度。

所以在設(shè)計(jì)之初需根據(jù)自來水廠的水質(zhì)參數(shù)判斷是否需要做進(jìn)水軟化處理。本項(xiàng)目為了保證鍋爐熱媒水循環(huán)效果，在鍋爐水處理機(jī)房設(shè)置了軟化水處理設(shè)備。

同時(shí)熱水系統(tǒng)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(zhì)的優(yōu)良性，同時(shí)熱水水溫也與系統(tǒng)是否節(jié)能息息相關(guān)，溫度過高，熱損耗大，增加燙傷風(fēng)險(xiǎn)并加速加熱設(shè)備和管道的結(jié)垢、腐蝕；溫度過低，則舒適性降低同時(shí)滋生適溫菌，如軍團(tuán)菌等。有研究顯示，在水溫≤40℃的管段內(nèi)，細(xì)菌生長(zhǎng)繁殖速率加快，微生物污染風(fēng)險(xiǎn)增大。因此，生活熱水系統(tǒng)出水溫度的舒適性、安全性以及節(jié)能性都是在熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(zhì)、結(jié)垢腐蝕、能耗、防燙傷、運(yùn)行管理等。

集中生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)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(dāng)熱水系統(tǒng)發(fā)生軍團(tuán)菌等致病菌污染事故時(shí)，應(yīng)進(jìn)行應(yīng)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?zé)嵩醇霸O(shè)控制閥件等一系列保證措施，由于目前國(guó)內(nèi)尚無熱水系統(tǒng)專用二氧化氯消毒設(shè)備，考慮到造價(jià)，本項(xiàng)目采用熱水鍋爐定期高溫供熱進(jìn)行管道消毒。同時(shí)定期做熱水系統(tǒng)水質(zhì)等方面監(jiān)測(cè)和檢查，以保證供熱安全和系統(tǒng)平穩(wěn)運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

集中熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，向來就是給排水專業(yè)的重難點(diǎn)，熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)的好壞，直接關(guān)系到用戶的體驗(yàn)效果，特別是在如今快節(jié)奏的生活中，人們對(duì)美好生活的向往及要求越來越具體和高標(biāo)準(zhǔn)，特別是對(duì)多棟建筑組團(tuán)的建筑采用集中供熱時(shí)，熱水供水的安全性、穩(wěn)定性、舒適性、經(jīng)濟(jì)型、系統(tǒng)設(shè)計(jì)合理性等方面都需要認(rèn)真研究，經(jīng)過多個(gè)方案對(duì)比，選出最有供熱方案，同時(shí)還需要再熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、施工等全周期進(jìn)行不斷優(yōu)化調(diào)整，最終使得用戶體驗(yàn)極大提升，這也是對(duì)我們給排水從業(yè)者的專業(yè)技術(shù)水平的考驗(yàn)。筆者結(jié)合自己多年設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)的一些探討，希望能夠給予同行們些許參考。