廈門某工學(xué)院宿舍熱水系統(tǒng)設(shè)計分析

林志瑛

（北京中外建建筑設(shè)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(xué)院學(xué)生宿舍樓總建筑面積: 52065.311平方米，建筑高度57.40m。設(shè)計包括1棟18層的高層宿舍樓，設(shè)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(zhàn)時為兩個二等人員掩蔽所。學(xué)生宿舍熱水使用具有集中，用水次數(shù)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(jīng)濟合理，質(zhì)量安全可靠，節(jié)能環(huán)保，使用維護方便的熱水系統(tǒng)至關(guān)重要。

2 系統(tǒng)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(jié)能設(shè)備的利用越發(fā)受到重視，本工程的熱水系統(tǒng)只在空氣能熱水和太陽能熱水這兩種熱水系統(tǒng)中選擇。

2.1 空氣能熱水和太陽能熱水這兩種熱水系統(tǒng)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(tǒng)運行費用及經(jīng)濟效益比較：

本工程集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)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(shù)（人數(shù)或床位數(shù)）

q-熱水用水定額（L/人·天）100L/人·天

運行費用及經(jīng)濟效益比較表如表2：

3 空氣能熱泵熱水系統(tǒng)

3.1 空氣能熱水系統(tǒng)運行原理：控制系統(tǒng)考慮到熱泵主機及水箱在樓頂，對系統(tǒng)的監(jiān)控比較麻煩，并考慮到強電和弱電分離等因素，現(xiàn)設(shè)計成空氣能一體化的控制顯示器，根據(jù)控制目的配置啟動相應(yīng)的儀器。對水位，水溫，時間等信號進行采集，根據(jù)控制要求判斷水位，水溫等信號，并通過開關(guān)量輸出模塊控制相應(yīng)的循環(huán)泵運行?？諝饽軣崴髯詣蛹訜?，供水電磁閥啟停的動作，系統(tǒng)是否缺水等功能。

3.2 空氣能熱水系統(tǒng)工作原理：系統(tǒng)所有機組的啟、停都由生活熱水箱中水位開關(guān)控制(四檔水位自由調(diào)節(jié))。當熱水箱水位開關(guān)檢測到水位低于設(shè)定水位的下一格時，如設(shè)定水位為滿格時，則低于第三格水位，就開啟直熱產(chǎn)水模式。主機開啟，直到水位開關(guān)檢測到水位達到設(shè)定水位時，停止直熱產(chǎn)水，T5檢測保溫水箱中水溫低于設(shè)定值時(30℃～48℃范圍內(nèi)可調(diào))，熱水一次循環(huán)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(nèi)可設(shè)定，設(shè)定后，機組實際出水溫度將一直恒定在設(shè)定溫度，重新設(shè)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(tǒng)的優(yōu)點：建筑視覺無污染，讓空氣能熱水系統(tǒng)成為建筑的一個構(gòu)件，真正達到建筑一體化的設(shè)計效果，避免因安裝空氣能熱水器而帶來的視覺污染。節(jié)能環(huán)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(yè)主真正用上廉價的綠色能源，使空氣能熱水器真正達到節(jié)能環(huán)保的效果。智能化管理，空氣能熱水加熱系統(tǒng)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(tǒng)達到無人管理的狀態(tài)，控制關(guān)系合理，運行穩(wěn)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(xiàn)漏電的危險。

圖1

4 本工程熱水系統(tǒng)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(xiàn)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?shù)那闆r下我們采取做預(yù)埋件的形式，或者在樓面已完成時我們在設(shè)備固定處采用硁C20與防水材料結(jié)合使用，并與原樓面防水層有效結(jié)合，達到防水的目的。

4.2 系統(tǒng)的承載問題：在系統(tǒng)設(shè)計中，將儲熱水箱設(shè)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(zhì)衛(wèi)生處理：腐蝕與水垢是熱水器、鍋爐、換熱器及熱水管道等設(shè)備的"頑癥"。這類設(shè)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(shè)備進行保護的方法中，使用犧牲陽極保護是一種很經(jīng)濟而又十分有效的手段。對于在淡水環(huán)境中使用的熱交換設(shè)備使用鎂合金犧牲陽極，通過合理的計算，設(shè)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(shè)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(shè)備，自動進行防腐、除垢、與使用各種化學(xué)清洗劑或除垢劑相比具有優(yōu)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(tǒng)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(nèi)設(shè)置的陽極犧牲鎂棒進一步對水質(zhì)進行軟化處理，在定期排污中予以排除，以提高系統(tǒng)的使用壽命及效果。

4.4 關(guān)于空氣能熱水系統(tǒng)防雷避雷問題 ：為充分利用客戶屋面的避雷系統(tǒng)，以節(jié)約成本，本工程空氣能熱水系統(tǒng)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(cè)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(tǒng)，每個學(xué)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(nèi)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(xiàn)象。

4.6 為減少熱損失，節(jié)能，滿足熱水用戶的使用要求，本工程設(shè)備和管道的保溫設(shè)計應(yīng)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(dǎo)熱系數(shù)小，化學(xué)穩(wěn)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(shù)宿舍集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)存在嚴重水浪費想象，主要體現(xiàn)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(huán)方式是決定無效冷水是否存在和相對大小的內(nèi)在原因，熱水系統(tǒng)采用不同的循環(huán)方式會產(chǎn)生不同的無效冷水量，本工程采用支管循環(huán)方式，這從根本上杜絕無效冷水，設(shè)置的循環(huán)管道的管徑比相應(yīng)的熱水配水管管徑小一號，循環(huán)管的管長與相應(yīng)的配水管相同；除循環(huán)方式本身的原因外，不同的管線設(shè)計也會影響無效冷水的大小，本工程在設(shè)計中考慮到了熱水循環(huán)系統(tǒng)多環(huán)中阻力的平衡，避免循環(huán)流量在靠近加熱設(shè)備的環(huán)中出現(xiàn)短流，使遠離加熱設(shè)備的環(huán)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(shè)計規(guī)范[S].

[2]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司，中國建筑標準設(shè)計研究院編，全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施（給水排水）.中國計劃出版社出版發(fā)行.