海南某婦幼醫(yī)院熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討

李杰

1.工程概況

本項(xiàng)目位于海南省?？谑校瑸橐活惛邔泳C合醫(yī)院。占地面積4900.33m2；地上建筑面積53455.9m2；地下建筑面積23282.88m2；建筑高度65.70m；地上16F，地下2F，耐火等級(jí)為一級(jí)。

2.方案確定

?？谑袨橄臒岫貐^(qū)，最適宜太陽能及空氣源熱泵的大面積推廣。

根據(jù)《海南省民用建筑應(yīng)用太陽能熱水系統(tǒng)補(bǔ)償面積管理暫行辦法》（瓊建［2010］56 號(hào)）的補(bǔ)償規(guī)定[1]。本項(xiàng)目設(shè)計(jì)太陽能熱水系統(tǒng)應(yīng)用面積為49774.4m2。經(jīng)計(jì)算需集熱器面積1334m2，屋面可安裝集熱器面積1236m2，擬補(bǔ)償總建筑面積1200m2。

因此，本項(xiàng)目采用太陽能系統(tǒng)和空氣源熱泵加熱制取熱水的方式可以獲得較好的節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益。

3.系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 熱水供應(yīng)系統(tǒng)的選擇

采用太陽能熱水系統(tǒng)為主，空氣源熱泵輔助加熱的方式，使用集中集熱、集中供熱系統(tǒng)提供熱水。

3.2 熱水系統(tǒng)的分區(qū)

本工程的分區(qū)情況為：-1F～6F 為一區(qū)；7F～11F 為二區(qū)；12F～16F 為三區(qū)。

3.3 熱水系統(tǒng)的循環(huán)方式

本項(xiàng)目7F～16F 為病房，具有良好的同程循環(huán)條件；-1F～6F，用水點(diǎn)分散。故二區(qū)、三區(qū)采用熱水干管立管循環(huán)方式，一區(qū)采用橫管配回水方式（即每層熱水干管結(jié)合熱水溫控循環(huán)閥循環(huán)）。三區(qū)由熱水加壓泵余壓回水至恒溫水箱，一、二區(qū)由設(shè)置地下一層的熱水回水泵加壓至恒溫水箱，上供下回式供水。

3.4 熱水系統(tǒng)熱源的選擇

本工程采用太陽能、空氣源熱泵制取熱水的熱水系統(tǒng)。

3.5 熱水管材的選擇

室內(nèi)熱水給水采用304 薄壁不銹鋼管。

4.基本設(shè)計(jì)參數(shù)

4.1 耗熱量計(jì)算

根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第6.4.1 條第2 款[2]（以下簡(jiǎn)稱《水標(biāo)》）的規(guī)定，本工程的熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量按公式（1）計(jì)算（式中個(gè)參數(shù)的意義、取值均參見《水標(biāo)》的相關(guān)條文，下同）。

計(jì)算得設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量Qh=2072358kj/h=575.66kW。

4.2 熱水量計(jì)算

根據(jù)《水標(biāo)》[2]第6.4.2 條的規(guī)定，本工程的設(shè)計(jì)小時(shí)熱水量可按公式（2）計(jì)算：

計(jì)算得設(shè)計(jì)小時(shí)熱水量qrh=10642L/h=10.6m3/h。

4.3 加熱設(shè)備計(jì)算

4.3.1 太陽能集熱系統(tǒng)集熱器總面積確定

根據(jù)《水標(biāo)》[2]第6.6.2、6.6.3 條的規(guī)定，本工程的太陽能集熱系統(tǒng)集熱器總面積可按公式（3）、（4）計(jì)算：

計(jì)算得Ajz=1488m2。

建筑屋面實(shí)際布置面積為1236m2，共618 塊。本工程采用平板集熱器，集熱器規(guī)格2000mm×1000mm×80mm，每塊集熱器面積2m2。

4.3.2 空氣源熱泵設(shè)計(jì)小時(shí)供熱量的確定

根據(jù)06SS127《熱泵熱水系統(tǒng)選用與安裝》[3]式7.2.1，本工程的空氣源熱泵的設(shè)計(jì)小時(shí)供熱量可按公式（5）計(jì)算：

計(jì)算得Qg=853.32kW，擬選擇名義制熱量為229kW 的機(jī)組6 臺(tái)（LWH-500SCN），制熱量：229kW，輸入功率：40kW。

4.4.集熱水箱、恒溫水箱有效容積的確定

經(jīng)計(jì)算，需集熱水箱18m3，恒溫水箱24m3，合計(jì)42m3，大于最高日最高時(shí)熱水量10.6m3，約為最高日熱水量90.9m3的47%。

5.熱水系統(tǒng)控制要求

為了達(dá)到恒溫恒壓供水的目的，本項(xiàng)目采用“太陽能+空氣源熱泵制熱”，“集熱水箱+恒溫水箱供水”的方式。為了保證恒溫恒壓熱水的供應(yīng)，本項(xiàng)目采用了以下控制方式。

5.1 太陽能系統(tǒng)自動(dòng)循環(huán)

當(dāng)集熱器頂部溫度與集熱水箱溫度之差T1-T2 ≥溫差循環(huán)起始溫度（默認(rèn)7℃）時(shí)，集熱管路循環(huán)泵P1 打開，進(jìn)行集熱循環(huán)；當(dāng)T1-T2 ≤溫差循環(huán)停止溫度（默認(rèn)3℃）時(shí)，水泵P1 關(guān)閉，停止循環(huán)。

圖1 熱水系統(tǒng)運(yùn)行示意圖

5.2 輔助空氣源熱泵加熱控制

定時(shí)加熱：當(dāng)恒溫水箱溫度T4＜45℃時(shí)，空氣能熱泵循環(huán)泵P5 啟動(dòng)，至恒溫水箱溫度T4 ＞49℃時(shí)，加熱停止。

5.3 集熱水箱補(bǔ)水

（1）自動(dòng)補(bǔ)水：當(dāng)集熱水箱水位小于水位設(shè)定下限值（默認(rèn)30%）時(shí)，啟動(dòng)電磁閥E1；當(dāng)集熱水箱水位大于水位設(shè)定上限值（默認(rèn)50%）后，電磁閥E1 關(guān)閉。（2）定溫進(jìn)水：當(dāng)集熱水箱溫度T2大于恒溫水箱溫度設(shè)定上限值+2℃（設(shè)置為51°）時(shí)，啟動(dòng)電磁閥E1。當(dāng)集熱水箱溫度T2 小于恒溫水箱溫度設(shè)定上限值時(shí)，關(guān)閉電磁閥E1。

5.4 恒溫水箱補(bǔ)水

（1）自動(dòng)補(bǔ)水：當(dāng)恒溫水箱水位小于水位設(shè)定下限值（默認(rèn)30%）時(shí)，啟動(dòng)恒溫水箱定溫進(jìn)水泵P3；當(dāng)集熱水箱水位大于水位設(shè)定上限值（默認(rèn)50%）后，水泵P3 關(guān)閉。（2）定溫進(jìn)水：當(dāng)恒溫水箱溫度T4 大于等于恒溫水箱溫度上限設(shè)定值+2℃（51℃）時(shí)，電磁閥E2 啟動(dòng)，自來水向恒溫水箱補(bǔ)水。當(dāng)恒溫水箱溫度T4 小于恒溫水箱溫度上限設(shè)定值（49℃）時(shí)，電磁閥E2 關(guān)閉。

5.5 熱水供水系統(tǒng)循環(huán)

（1）當(dāng)無人用水時(shí)，熱水回水管道溫度T5 ≤36℃，且恒溫水箱中的水溫T2 ≥40℃時(shí)，熱水回水電磁閥E3 打開，室內(nèi)管道壓力降低，供水增壓泵P2 自動(dòng)啟動(dòng)，使集熱水箱中的熱水循環(huán)進(jìn)入用水管道；當(dāng)熱水回水管道溫度T4 ≥35℃時(shí)，電磁閥E3 關(guān)閉，增壓泵P2 運(yùn)行至管道設(shè)定壓力后關(guān)閉。（2）當(dāng)有人用水時(shí)，管道壓力降低，供水變頻增壓泵P2 自動(dòng)啟動(dòng)，將集熱水箱中的熱水供給用戶使用。

6.熱水系統(tǒng)的恒溫措施

（1）屋面水箱：本工程采用集熱水箱儲(chǔ)存溫差較大的太陽能熱水，恒溫水箱通過空氣源熱泵保證熱水溫度穩(wěn)定，供應(yīng)熱水的方式。（2）熱水循環(huán)：每根循環(huán)干管末端均設(shè)置熱水溫控循環(huán)閥，管道溫度≤36℃時(shí)打開，熱水進(jìn)行循環(huán)；管道溫度＞36℃時(shí)關(guān)閉，熱水停止循環(huán)；為消除因管道不同程造成的熱水短路，需通過熱水干管循環(huán)，保證管道最低溫度介于36℃～40℃。（3）恒溫裝置：目前市面上可以提供各種樣式的恒溫裝置來在冷熱水溫差、水壓變動(dòng)時(shí)保證用水末端供水溫度。（4）管道保溫：熱水管DN15-DN50 采用PE 覆塑保溫304 薄壁不銹鋼管；DN65 及以上可采用橡塑材料保溫。采用以上措施可以保證恒溫、恒壓供應(yīng)高品質(zhì)熱水。

7.小結(jié)

綜上所述，醫(yī)院熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮最低的能耗及最大程度提供恒溫恒壓高品質(zhì)熱水的措施有以下幾點(diǎn)：（1）采用太陽能系統(tǒng)，空氣源熱泵加熱制取熱水，可以最低成本的制取熱水，并在陰雨天保證熱水的供應(yīng)。（2）采用集熱水箱、恒溫水箱分設(shè)的措施，可最大程度減小熱水水箱內(nèi)熱水溫度的變化。（3）采用熱水設(shè)備、熱水干管橡塑保溫，支管PE覆塑可以減少熱水循環(huán)過程中的熱損失。（4）采用熱水干管循環(huán)、循環(huán)末端設(shè)置熱水溫控循環(huán)閥等一系列控制措施。采用生活熱水溫控循環(huán)閥后，醫(yī)院建筑生活熱水系統(tǒng)可以使用異程式生活熱水系統(tǒng)，可以大大縮短熱水回水管敷設(shè)長(zhǎng)度，提高熱水循環(huán)效率，節(jié)省管道占用空間，具有較大優(yōu)勢(shì)[4]。（5）在用水點(diǎn)末端采用恒溫淋浴頭、恒溫水龍頭、恒溫閥等措施，保證用水點(diǎn)的水溫穩(wěn)定，防止?fàn)C傷。