醫(yī)院集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)若干問題分析

鄭欽煒

(福建省建筑輕紡設(shè)計(jì)院 福建福州 350001)

醫(yī)院集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)若干問題分析

鄭欽煒

(福建省建筑輕紡設(shè)計(jì)院 福建福州 350001)

分析了醫(yī)院集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)中出現(xiàn)的用水器具冷熱水管串水、熱水管網(wǎng)循環(huán)效果不佳、加熱系統(tǒng)熱源選擇、水箱溢流的問題，并提出供水支管增設(shè)止回閥、循環(huán)回水支管增設(shè)流量計(jì)、可再生熱源使用方案以及水箱增加回水調(diào)節(jié)容積等建議。

止回閥；循環(huán)回水；加熱系統(tǒng)；溢流

0 引言

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的穩(wěn)步提高，集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)已在使用要求較高的公共建筑中普及。由于集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)復(fù)雜性高、設(shè)計(jì)難度較大，工程師在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)要充分分析熱水系統(tǒng)可能出現(xiàn)的各種問題，使熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)能夠不斷完善。文章就福建地區(qū)醫(yī)院集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中幾點(diǎn)容易被忽略而又對(duì)系統(tǒng)日常運(yùn)行影響較大的問題進(jìn)行分析，希望引起同行的關(guān)注和討論。

1 用水器具冷熱水混合閥關(guān)閉后冷熱水管網(wǎng)串水

在理想狀況下，當(dāng)關(guān)閉用水器具出水龍頭后，其閥芯的冷熱水孔均應(yīng)處于完全密封狀態(tài)，但實(shí)際卻存在著因水壓、配件老化或者產(chǎn)品質(zhì)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(shè)置止回閥，當(dāng)出水龍頭關(guān)閉后可能會(huì)出現(xiàn)以下兩種情況：一是當(dāng)冷水壓力高于熱水時(shí)，冷水通過混合器進(jìn)入熱水管網(wǎng)使其配水溫度降低，即使是在冷熱水壓力平衡的條件下，當(dāng)循環(huán)回水系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)也可能會(huì)出現(xiàn)上述情況，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)造成接納循環(huán)回水的水箱溢流。二是當(dāng)熱水壓力高于冷水時(shí)，熱水通過混合器進(jìn)入冷水管網(wǎng)使其產(chǎn)生熱污染，同時(shí)也增加了熱水的消耗量。

雖然規(guī)范已明確要求混合器的冷熱水供水支管上應(yīng)設(shè)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(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)會(huì)通過選用自帶止回裝置的用水器具來避免配水管網(wǎng)設(shè)置過多的止回閥。然而，衛(wèi)生設(shè)備安裝圖集[2]和市場(chǎng)上相關(guān)產(chǎn)品說明顯示，僅有少數(shù)型式的感應(yīng)式水嘴產(chǎn)品有明確自帶止回裝置，其余均未設(shè)置而需用戶自備。從另一方面來講，即使設(shè)計(jì)時(shí)明確選用自帶止回裝置的用水器具，但業(yè)主會(huì)采用何種品牌的產(chǎn)品仍存在變數(shù)。因此，集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)仍應(yīng)在冷熱水支管始端設(shè)置止回閥，雖然管網(wǎng)造價(jià)有一定程度的增加，但對(duì)于方便日常使用以及節(jié)能節(jié)水卻有很積極的作用。

2 同一熱水分區(qū)內(nèi)循環(huán)回水系統(tǒng)效果不佳

以某綜合醫(yī)院集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)為例，熱水由屋面儲(chǔ)熱水箱重力供水，熱水管網(wǎng)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(huán)回水系統(tǒng)在每個(gè)熱水供水分區(qū)的最末端設(shè)置一個(gè)電接點(diǎn)溫度計(jì)，由電接點(diǎn)溫度計(jì)控制循環(huán)回水泵的啟停。當(dāng)管網(wǎng)末端水溫低于設(shè)定值T1時(shí)開啟循環(huán)回水泵，當(dāng)水溫高于設(shè)定值T2時(shí)關(guān)閉循環(huán)回水泵，系統(tǒng)原理圖如圖1所示。上述配回水方式在醫(yī)院集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)中有良好的適用性，然而在某些功能相對(duì)復(fù)雜的熱水分區(qū)中也存在一定不足。

圖1 循環(huán)回水系統(tǒng)原理圖

(1)

qx—全日供應(yīng)熱水的循環(huán)流量；

Qs—配水管道的熱損失；

Δt—配水管道的熱水溫度差。

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

如果按照理論計(jì)算值確定各層的循環(huán)流量，有可能會(huì)導(dǎo)致循環(huán)回水泵前端的電接點(diǎn)溫度計(jì)達(dá)到停泵溫度T2時(shí)，三層的末端熱水溫度因循環(huán)流量小而無法達(dá)到熱水供應(yīng)所需的最低溫度要求。使三層用水時(shí)末端放水過多，既不方便使用也浪費(fèi)了水資源。

在上述情況下，循環(huán)管網(wǎng)的理論計(jì)算流量qx難以真實(shí)反映實(shí)際使用中的循環(huán)回水需求。為了改善管網(wǎng)的循環(huán)效果，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適當(dāng)加大計(jì)算值較小的回水支管的循環(huán)流量并在循環(huán)回水支管上增設(shè)流量計(jì)，通過壓力平衡閥、流量計(jì)等閥門配件合理調(diào)節(jié)本熱水分區(qū)內(nèi)各層的循環(huán)回水流量。對(duì)于某些用水差異性過大的區(qū)域，在條件適宜時(shí)還可以針對(duì)本區(qū)域單獨(dú)增設(shè)循環(huán)回水泵，以達(dá)到熱水管網(wǎng)有效循環(huán)的目的。

3 集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)熱源型式選擇

民用建筑集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)常見的熱源主要有燃?xì)忮仩t、燃油鍋爐、太陽(yáng)能集熱器、熱泵、電加熱器等幾類。燃油、燃?xì)忮仩t使用的是不可再生能源，且設(shè)施運(yùn)行費(fèi)用高、操作維護(hù)復(fù)雜、受環(huán)保和安全條件的限制大，民用建筑通常不優(yōu)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(yáng)能集熱器的使用，故本地區(qū)集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)優(yōu)先選用這兩種熱源。

根據(jù)規(guī)范要求，醫(yī)院熱水加熱系統(tǒng)的出水溫度不應(yīng)低于60℃[4]，一般設(shè)計(jì)出水溫度為60℃～65℃，而且醫(yī)院對(duì)熱水系統(tǒng)的供水溫度穩(wěn)定性要求較高。故醫(yī)院集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)不能單獨(dú)使用空氣源熱泵或太陽(yáng)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(shí)增加供熱不受環(huán)境條件影響的輔助加熱設(shè)施。

本地區(qū)醫(yī)院目前較常用的加熱方案，有太陽(yáng)能集熱器聯(lián)合輔助電加熱和空氣源熱泵聯(lián)合輔助電加熱兩種。太陽(yáng)能集熱器聯(lián)合輔助電加熱系統(tǒng)，在屋面可安裝面積充足的醫(yī)院中應(yīng)優(yōu)先選用。而空氣源熱泵聯(lián)合輔助電加熱系統(tǒng)適宜在屋面面積有限、熱水用量相對(duì)較小的中小型醫(yī)院中使用。

需要補(bǔ)充的是，太陽(yáng)能集熱器聯(lián)合輔助空氣源熱泵加熱系統(tǒng)也較常在一些工程中使用，而且環(huán)保節(jié)能效益顯著，不過該系統(tǒng)在醫(yī)院中使用有明顯的缺陷。根據(jù)熱泵產(chǎn)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(dá)到60℃。相關(guān)研究顯示，熱泵出水溫度設(shè)定越高，則制熱節(jié)能效益越低、設(shè)備損耗也越嚴(yán)重，因此熱泵出水溫度設(shè)定過高不利于設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行[5]。在冬季且日照條件不佳的條件下，太陽(yáng)能集熱器聯(lián)合輔助空氣源熱泵可能無法滿足醫(yī)院供水溫度高于60℃的使用要求，故不建議醫(yī)院集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)采用該加熱方案。

4 雙水箱系統(tǒng)循環(huán)回水調(diào)節(jié)容積設(shè)置

集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)按水箱設(shè)置情況，可分為單水箱系統(tǒng)和雙水箱系統(tǒng)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(tǒng)較為適用；而雙水箱系統(tǒng)，對(duì)于供水溫度穩(wěn)定性要求高的建筑更為適宜。

某綜合醫(yī)院集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)使用的是空氣源熱泵聯(lián)合電加熱器的雙水箱系統(tǒng)，其中空氣源熱泵為一次加熱由加熱水箱的電接點(diǎn)溫度計(jì)控制，電加熱器為二次加熱由熱水提升泵聯(lián)動(dòng)控制，原理圖如圖2所示。與單水箱加熱系統(tǒng)相比，雙水箱系統(tǒng)的儲(chǔ)熱水箱水溫受冷水補(bǔ)水的影響小，熱水供水溫度穩(wěn)定，而且雙水箱系統(tǒng)加熱設(shè)備運(yùn)行工況穩(wěn)定、效率高、節(jié)能效果好[6]。

圖2 熱水加熱系統(tǒng)原理圖

雙水箱加熱系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)突出，但系統(tǒng)控制較為復(fù)雜。如果加熱水箱的容積只滿足熱泵機(jī)組加熱所需的貯熱容積而沒有另外再設(shè)置回水調(diào)節(jié)容積的話，那么，在凌晨時(shí)段里，很可能會(huì)出現(xiàn)加熱水箱溢流。分析其原因可知，凌晨配水管網(wǎng)末端水溫低，循環(huán)回水泵開啟時(shí)間長(zhǎng)。在沒有設(shè)置回水調(diào)節(jié)容積的情況下，當(dāng)循環(huán)回水進(jìn)入加熱水箱使其水位上升到最高水位而儲(chǔ)熱水箱的水位仍沒有下降到熱水提升泵開啟水位時(shí)，加熱水箱會(huì)出現(xiàn)溢流。由于建筑給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)并沒有回水調(diào)節(jié)容積的相關(guān)內(nèi)容，該容積很容易被工程師忽略，等到系統(tǒng)建成使用且出現(xiàn)溢流后再臨時(shí)調(diào)整水位，留出回水調(diào)節(jié)容積，勢(shì)必減少加熱水箱的有效貯熱容積，導(dǎo)致熱泵使用負(fù)荷增大和加熱效果不佳等一系列不利后果。因此，熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，

應(yīng)設(shè)置回水調(diào)節(jié)容積，使儲(chǔ)熱水箱進(jìn)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(bǔ)水位之間的容積(H1所占的容積)，水箱的容積設(shè)置如圖3所示。通過設(shè)置回水調(diào)節(jié)容積可以確保管網(wǎng)循環(huán)回水進(jìn)入加熱水箱后，在加熱水箱水位未達(dá)最高水位之前儲(chǔ)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(chǔ)熱水箱熱水能夠得到及時(shí)補(bǔ)充，提高整個(gè)集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的供水質(zhì)量。

圖3 加熱水箱、儲(chǔ)熱水箱容積設(shè)置示意圖

5 結(jié)語

集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)備設(shè)施多、管網(wǎng)復(fù)雜，其系統(tǒng)設(shè)計(jì)難度較大，無論是熱水加熱系統(tǒng)，還是熱水管網(wǎng)配回水系統(tǒng)，其中都有許多細(xì)節(jié)需要工程師注意和妥善處置。

熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，除了要滿足國(guó)家規(guī)范要求以外，還應(yīng)根據(jù)工程實(shí)際情況予以適當(dāng)調(diào)整，力求使設(shè)計(jì)既節(jié)水節(jié)能又滿足實(shí)際需求。

[1] GB 50015-2003 建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2009.

[2] 09S304 衛(wèi)生設(shè)備安裝[S].北京：中國(guó)計(jì)劃出版社，2006.

[3] 江瑞，趙陽(yáng). 空氣源熱泵熱水機(jī)組在工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].中國(guó)醫(yī)院建筑與裝備，2008(01)：25-29.

[4] GB 51039-2014 綜合醫(yī)院建筑設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2014.

[5] 巫建文. 空氣源熱泵的進(jìn)、出水溫度對(duì)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(tǒng)的構(gòu)建及性能[J].化工學(xué)報(bào)，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