廈門某工學院宿舍熱水系統設計分析

林志瑛

（北京中外建建筑設計有限公司廈門分公司，福建 廈門 361000）

1 工程概況

廈門某工學院學生宿舍樓總建筑面積: 52065.311平方米，建筑高度57.40m。設計包括1棟18層的高層宿舍樓，設有420間宿舍，每間宿舍按2人計，一層架空，地下一層地下室，平時為車庫，戰時為兩個二等人員掩蔽所。學生宿舍熱水使用具有集中，用水次數多等特點，一般分為早晨，中午，晚上三個時段，特別是晚上淋浴噴頭開啟可達到100%，并且時長可達到2-3小時。選擇一套經濟合理，質量安全可靠，節能環保，使用維護方便的熱水系統至關重要。

2 系統的選擇

近年來，隨著全球氣候變暖和能源供需矛盾的急劇激化，可再生能源和節能設備的利用越發受到重視，本工程的熱水系統只在空氣能熱水和太陽能熱水這兩種熱水系統中選擇。

2.1 空氣能熱水和太陽能熱水這兩種熱水系統特性比較如表1：

表1

表2

2.2 空氣能熱水和太陽能熱水這兩種熱水系統運行費用及經濟效益比較：

本工程集中熱水供應系統的日熱水需水量按下式計算：

Qd=mq

Qd-日熱水需水量L/d

m-用水計算單位數（人數或床位數）

q-熱水用水定額（L/人·天）100L/人·天

運行費用及經濟效益比較表如表2：

3 空氣能熱泵熱水系統

3.1 空氣能熱水系統運行原理：控制系統考慮到熱泵主機及水箱在樓頂，對系統的監控比較麻煩，并考慮到強電和弱電分離等因素，現設計成空氣能一體化的控制顯示器，根據控制目的配置啟動相應的儀器。對水位，水溫，時間等信號進行采集，根據控制要求判斷水位，水溫等信號，并通過開關量輸出模塊控制相應的循環泵運行。空氣能熱水器自動加熱，供水電磁閥啟停的動作，系統是否缺水等功能。

3.2 空氣能熱水系統工作原理：系統所有機組的啟、停都由生活熱水箱中水位開關控制(四檔水位自由調節)。當熱水箱水位開關檢測到水位低于設定水位的下一格時，如設定水位為滿格時，則低于第三格水位，就開啟直熱產水模式。主機開啟，直到水位開關檢測到水位達到設定水位時，停止直熱產水，T5檢測保溫水箱中水溫低于設定值時(30℃～48℃范圍內可調)，熱水一次循環泵開啟，主機開啟，將水溫提高。在此過程中冷水給水管中無冷水進入主機。機組出水溫度在48℃～60℃內可設定，設定后，機組實際出水溫度將一直恒定在設定溫度，重新設定后重新恒定。當T1檢測管中水溫低于某值時(如40℃)，電磁閥打開，生活。熱水回水與冷水給水管中的自來水在混水器處混合后進入主機。原理圖如圖1：

3.3 空氣能熱水系統的優點：建筑視覺無污染，讓空氣能熱水系統成為建筑的一個構件，真正達到建筑一體化的設計效果，避免因安裝空氣能熱水器而帶來的視覺污染。節能環保效果好，充分利用空氣能資源，減少運行費用，使空氣能熱水器的利用達到最大化，使業主真正用上廉價的綠色能源，使空氣能熱水器真正達到節能環保的效果。智能化管理，空氣能熱水加熱系統采用先進的控制原理，不僅是運行達到使用要求，同時使系統達到無人管理的狀態，控制關系合理，運行穩定，可靠。沒有電元件直接與水接觸，水電完全分離，因此絕對不會出現漏電的危險。

圖1

4 本工程熱水系統的特點

4.1 樓面防水處理：樓面平臺防水層被破壞主要出現在熱泵支架腳、管道固定支撐及水箱底座幾個方面，針對以上情況，在土建還沒有封頂的情況下我們采取做預埋件的形式，或者在樓面已完成時我們在設備固定處采用硁C20與防水材料結合使用，并與原樓面防水層有效結合，達到防水的目的。

4.2 系統的承載問題：在系統設計中，將儲熱水箱設置于承重梁柱上，并通過型鋼焊制儲熱水箱基座，受力在立柱，使重量分散，以解決樓面承重不足。

4.3 水質衛生處理：腐蝕與水垢是熱水器、鍋爐、換熱器及熱水管道等設備的"頑癥"。這類設備的報廢或故障有30%以上是由以上兩種原因所造成。在對這些設備進行保護的方法中，使用犧牲陽極保護是一種很經濟而又十分有效的手段。對于在淡水環境中使用的熱交換設備使用鎂合金犧牲陽極，通過合理的計算，設計及安裝能取得良好的保護效果。投入1%－5%左右的陽極保護費用，可以使被保護的設備的使用壽命成倍或幾十倍地延長，而且使用犧牲陽極可以長期不間斷地保護設備，自動進行防腐、除垢、與使用各種化學清洗劑或除垢劑相比具有優越性，在熱水箱中使用鎂合金犧牲陽極，其溶解的鎂離子對人體無害，且價格低廉。因此本系統首先在進補冷水處安裝冷水過濾器，對水中存在的顆料性懸浮物進行第一步過濾，然后通過水箱內設置的陽極犧牲鎂棒進一步對水質進行軟化處理，在定期排污中予以排除，以提高系統的使用壽命及效果。

4.4 關于空氣能熱水系統防雷避雷問題 ：為充分利用客戶屋面的避雷系統，以節約成本，本工程空氣能熱水系統防雷采用等電位法，即采用φ12的圓鋼焊接屋面四周，再在水箱一側按60°防雷標準安裝避雷針。

4.5 為了方便管理，減少浪費，供水終端安裝了IC智能水表系統，每個學生配備一張智能卡，用水時，只需用卡一刷，熱水就順暢流出，卡內費用自動扣除，費用用完時，可以隨時任意充值，徹底杜絕了水的浪費現象。

4.6 為減少熱損失，節能，滿足熱水用戶的使用要求，本工程設備和管道的保溫設計應滿足用戶的使用要求，保證最不利用水點的水溫要求，保溫材料選用密度小，導熱系數小，化學穩定性強，不燃，無毒，無味的膨脹珍珠巖制品，為了使保溫層不受損壞，延長使用壽命，在保溫層外還加一層保護層。

4.7 大多數宿舍集中熱水供應系統存在嚴重水浪費想象，主要體現在開啟熱水配水裝置后不能及時獲得滿足使用溫度的熱水，而是要放掉很多冷水后才能正常使用。這部分冷水可稱之為無效冷水，為了盡量減少無效冷水，循環方式是決定無效冷水是否存在和相對大小的內在原因，熱水系統采用不同的循環方式會產生不同的無效冷水量，本工程采用支管循環方式，這從根本上杜絕無效冷水，設置的循環管道的管徑比相應的熱水配水管管徑小一號，循環管的管長與相應的配水管相同；除循環方式本身的原因外，不同的管線設計也會影響無效冷水的大小，本工程在設計中考慮到了熱水循環系統多環中阻力的平衡，避免循環流量在靠近加熱設備的環中出現短流，使遠離加熱設備的環路中水溫下降，致使混合配水裝置冷熱水進水壓力相差懸殊。

[1]GB50015-2003，建筑給水排水設計規范[S].

[2]住房和城鄉建設部工程質量安全監管司，中國建筑標準設計研究院編，全國民用建筑工程設計技術措施（給水排水）.中國計劃出版社出版發行.