科技住宅集中熱水系統(tǒng)設(shè)計探討

吳昊

同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計研究院（集團(tuán)）有限公司 上海 200092

目前我國住宅熱水供應(yīng)采用集中式的不多，大部分都為分散式的熱水系統(tǒng)。近年來，在房地產(chǎn)調(diào)控的大環(huán)境以及市場居住觀念的升級下，具備安全、綠色、健康、智能特點的科技住宅[1]正逐漸走進(jìn)大眾視野，住宅的全日制集中熱水系統(tǒng)也被更多人關(guān)注。

1 工程概況

該住宅項目位于上海，為精裝修高級住宅，綠色建筑設(shè)計標(biāo)識三星?？傆玫孛娣e為53448.1m2，總建筑面積為196710.83m2。包括4棟多層（6層）住宅及9棟高層（2棟19層、7棟22層）住宅及滿鋪地下車庫（地下一層），小區(qū)總戶數(shù)776戶（2328人）。集中熱水系統(tǒng)熱源充分利用低溫可再生能源——地源熱泵系統(tǒng)回收的冷凝熱做預(yù)熱，輔以燃?xì)忮仩t加熱，可再生能源利用原理圖如下：

圖1 可再生能源利用原理圖

2 熱水系統(tǒng)

2.1 熱水給水系統(tǒng)選擇

住宅的熱水供水形式通常有兩種：一是低位水箱-提升泵組-屋頂水箱供水，二是低位水箱-變頻泵組供水。按系統(tǒng)形式有閉式和開式系統(tǒng)之分，且冷熱水系統(tǒng)應(yīng)分區(qū)一致。本項目從系統(tǒng)形式、機(jī)房需求、運(yùn)營管理及系統(tǒng)建議四個方面對三種方案做了對比分析。熱水系統(tǒng)方案對比分析見表1，熱水系統(tǒng)示意見圖2。

表1 熱水系統(tǒng)方案對比分析

圖2 熱水系統(tǒng)方案示意圖

另外，方案一和方案三均需在屋頂設(shè)置冷熱水機(jī)房，根據(jù)《上海市城市規(guī)劃管理技術(shù)規(guī)定》，屋頂層建筑面積超過標(biāo)準(zhǔn)層建筑面積1/8的需計容。本項目作為科技住宅，各單體屋頂均設(shè)置有大量新風(fēng)設(shè)備管線，屋頂面積受限，業(yè)主方對建筑物外觀美觀性要求很高。另外，屋頂增壓泵組對頂層大平層住戶額外的噪聲影響也無法避免。故最終選定方案二“低位水箱-變頻泵組”的供水方式。

2.2 開式系統(tǒng)與閉式系統(tǒng)選擇

在確定方案二“低位水箱-變頻泵組”的供水方式后，對于熱水系統(tǒng)還有開式和閉式的選擇。

根據(jù)自來水公司的要求，熱水系統(tǒng)冷水補(bǔ)水只計1塊總表，不允許在3套分區(qū)加壓泵后按分區(qū)設(shè)水表計量，該要求限制冷熱水由同一泵組供水的做法。

如采用閉式系統(tǒng)，熱水系統(tǒng)需單獨設(shè)置1座冷水補(bǔ)水水箱，并分設(shè)3套熱水系統(tǒng)分區(qū)變頻加壓泵。閉式系統(tǒng)與開式系統(tǒng)比較變頻泵組數(shù)量參數(shù)、水箱容積均相同，每個分區(qū)每套系統(tǒng)增加一、二次熱媒半容積式換熱器3臺，3個分區(qū)共9臺，熱水循環(huán)水泵6臺、膨脹罐3套。開式系統(tǒng)熱水水箱需做保溫處理，回水管設(shè)置溫控閥，設(shè)2套共4臺板換，熱水提升泵2套共4臺。經(jīng)比較，開式系統(tǒng)成本上考慮造價更低，閉式系統(tǒng)的所需機(jī)房面積比開式系統(tǒng)多50m2。

熱水箱屬開式水箱，氧化結(jié)垢較閉式水罐使用周期相對使用周期會短些；但同樣因閉式水罐較多，定期清洗、除垢，物業(yè)維護(hù)量也比較大。開式系統(tǒng)在實際工程也有使用案例，如北京奧運(yùn)村、廣州亞運(yùn)城[2]等，一般用于有低溫?zé)嵩矗缣柲?、熱泵的熱水系統(tǒng)。

綜合考慮，本項目采用的是開式系統(tǒng)，其中熱水系統(tǒng)儲水部分屬開式系統(tǒng)，管道系統(tǒng)仍屬充滿水的閉式管路。于地下車庫集中設(shè)置1座熱水機(jī)房，內(nèi)設(shè)1座熱水恒溫水箱、1座熱水蓄熱水箱以及3套熱水給水變頻泵組，每套泵組2用1備、配隔膜氣壓罐1臺。自來水先經(jīng)地源熱泵供應(yīng)熱媒由板式換熱器預(yù)加熱至45℃，儲存在熱水蓄熱水箱內(nèi)，再經(jīng)燃?xì)忮仩t提供高溫?zé)崴鳛闊崦降亩墦Q熱制備60℃熱水儲存在熱水恒溫水箱內(nèi)。熱水恒溫水箱及熱水蓄熱水箱共儲存50%最高日熱水用水量，熱水機(jī)房局部系統(tǒng)原理圖見圖3。

圖3 熱水機(jī)房局部系統(tǒng)原理圖

2.3 熱水支管循環(huán)方案

對于戶內(nèi)熱水支管循環(huán)，起初設(shè)計建議采用每戶設(shè)一塊熱水水表，水表后設(shè)瞬時加熱模塊及內(nèi)置循環(huán)泵，保證戶內(nèi)的支管循環(huán)，因每戶成本較高，業(yè)主方未采納。參照業(yè)主方其他已建項目，采用每戶熱水進(jìn)回水管各設(shè)一塊水表，利用流量差計量。但該方案容易因壓力變化產(chǎn)生計量誤差，有產(chǎn)生水費糾紛的可能，造成小業(yè)主投訴。在已完成施工圖設(shè)計的情況下，后因業(yè)主方其他項目遭遇上述投訴，故業(yè)主考慮改造支管循環(huán)方案。改造前后支管循環(huán)方案見圖4。

圖4 戶內(nèi)支管循環(huán)系統(tǒng)方案

對于雙水表循環(huán)方案：①每戶熱水進(jìn)回水管各設(shè)一塊水表，利用流量差計量。②熱水減壓樓層，減壓閥在戶內(nèi)各衛(wèi)生間、廚房末端分別設(shè)置。

對于單水表設(shè)加熱模塊循環(huán)方案：①每戶熱水進(jìn)水管設(shè)一塊總熱水水表計量。②熱水減壓樓層，減壓閥設(shè)置前段（公共水井內(nèi)）。③在熱水回水管末端設(shè)置瞬熱模塊，對管道進(jìn)行加熱保溫。瞬熱模塊外形尺寸：400(H)×270(L)×140(W)mm，功率：600W。瞬熱模塊帶有超靜音屏蔽式熱水專用水泵，有自動模式，手動模式，定時模式三種模式。自動模式為：在熱水給水管末端設(shè)置感溫包，當(dāng)管道內(nèi)水溫低于45度時，自動開啟，當(dāng)水溫高于50℃時，自動關(guān)閉。④各分區(qū)熱水給水管頂端設(shè)置一個電接點溫度計(感溫包)。

2.4 熱水系統(tǒng)的循環(huán)控制

現(xiàn)系統(tǒng)儲水部分屬開式系統(tǒng)，管道系統(tǒng)仍屬充滿水的閉式管路，熱水給水泵本身也是循環(huán)回水泵。熱水供應(yīng)由熱水專用分區(qū)變頻給水泵加壓供水，變頻泵啟停由設(shè)在干管上的遠(yuǎn)傳壓力表控制。變頻泵組設(shè)有隔膜式氣壓罐，保證系統(tǒng)工作壓力。

每個分區(qū)熱水回水循環(huán)管上設(shè)置溫控閥（采用能夠完全關(guān)閉的自動溫控閥），水溫低于等于45℃，溫控閥開啟，水溫高于等于50℃，溫控閥關(guān)閉?？杀ＷC系統(tǒng)的水溫不低于45℃。

停泵狀態(tài)如溫控閥關(guān)閉（末端水溫高于45℃），由氣壓罐保證系統(tǒng)處于恒壓狀態(tài)，系統(tǒng)充滿熱水。水溫低于45℃，溫控閥開啟，水回流至熱水箱，壓力降低，遠(yuǎn)傳壓力表信號聯(lián)動變頻泵組啟動，從熱水恒溫水箱吸水供應(yīng)60℃熱水，產(chǎn)生循環(huán)，直到末端水溫高于50℃時延時10min溫控閥關(guān)閉，回水管設(shè)有限壓的減壓閥。

3 問題和討論

3.1 冷熱水平衡問題

因自來水公司要求給水泵房供水半徑不超150m，故本項目給水泵房按區(qū)域分設(shè)了2座。

從成本、占用機(jī)房面積、維護(hù)管理角度考慮，熱水機(jī)房集中1座設(shè)置，熱水管至各棟樓的供水距離與冷水管相比距離會長一些。為保證壓力平衡，現(xiàn)考慮適當(dāng)提高熱水泵組供水壓力，在調(diào)試階段設(shè)定恒壓值；適當(dāng)放大熱水系統(tǒng)管徑，減少沿程阻力損失；對減壓樓層，在末端減壓閥處設(shè)定冷、熱水壓力一致；非減壓區(qū)，由進(jìn)水支管閥門調(diào)節(jié)冷、熱水壓力，最不利情況考慮在淋浴龍頭處設(shè)置恒溫閥。

3.2 后期熱水調(diào)試、優(yōu)化

住宅項目集中熱水系統(tǒng)體量大，均為精裝修，后期熱水調(diào)試工程量大，容易出現(xiàn)各種問題，需要設(shè)計與各方密切配合解決。如施工方面：熱水管路保溫不到位、管道漏損、找坡有誤、施工過程熱水管道隨意上下翻而未增設(shè)自動排氣閥等。

設(shè)計也加大巡檢力度，采取了一系列優(yōu)化措施：如各單元各分區(qū)熱水供水、回水立管頂部自動排氣閥需保證正常工作，排氣閥前檢修閥不得關(guān)閉，并需定期檢查；施工期間自來水供水變頻給水泵采用單臺泵設(shè)變頻器，與生活冷水系統(tǒng)一致，熱水變頻給水泵組修改為每臺泵單獨設(shè)置變頻器；因系統(tǒng)戶內(nèi)支管較長，宜產(chǎn)生集氣，排氣不暢時，會造成回水干線局部氣塞，回水緩慢，尤其距離較遠(yuǎn)的末端的幾棟樓。故地下室高、中、低區(qū)熱水各增加1根應(yīng)急檢修回水管和修閥門，定期通過增加的應(yīng)急回水干管，加大回水流量，減少回水管距離，熱水回水可快速回至熱水箱，排掉系統(tǒng)中的夾氣，提升回水水溫。

熱水系統(tǒng)設(shè)備材料選擇。供水水泵、氣壓罐、主管閥門（主要是密封圈）、自動溫控閥建議選用優(yōu)質(zhì)進(jìn)口產(chǎn)品；末端減壓閥建議選用優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品。

3.3 與自來水公司的溝通

在前期確定熱水系統(tǒng)方案中，有多項內(nèi)容（如供水形式、泵房個數(shù)位置、水箱容積、水表計量等）需經(jīng)當(dāng)?shù)刈詠硭镜氖卓希駝t后期修改難度大。例如，對于供水方式，本項目按該區(qū)習(xí)慣做法，應(yīng)采用“低位水箱-提升泵組-屋頂水箱”的供水方式。經(jīng)前期征詢階段設(shè)計配合業(yè)主方多次溝通，自來水公司才同意低位水箱-變頻泵組供水的方案。

3.4 重視日常管護(hù)

住宅的集中熱水系統(tǒng)比分散式和分戶式的熱水系統(tǒng)復(fù)雜，實際交付使用的案例較少，對后期物業(yè)管護(hù)提出更高要求。