高层住宅集中热水系统设计探讨

王靖华,王宁
(浙江大学建筑设计研究院，浙江杭州310027)

　　摘　要： 介绍了几种常用的热水系统形式并对各种形式的优缺点进行了分析，总结出各种系统在应用中出现问题的根源，提出了建议采用的合理系统形式。
　　关键词：高层住宅；热水系统；分区；回水
　　中图分类号：TU995.1
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2002)08-0067-03

1　热水系统形式

　　根据锅炉房和热交换器的设置情况，热水系统形式可分为以下几种：
　　①整个区域集中设置锅炉房和热交换器，统一设置供、回水管网，其特点是设备集中、系统较大、调节能力强、便于管理维修。但由于供、回水管路过于复杂，回水管阻力难以平衡而使有些末端用户回水不畅、无效冷水［1］过多、热水的使用效率低，同 时由于室外热水供、回水管线过长，热水系统的热损失很大。
　　②区域内集中设置锅炉房或利用城市热网作为一次水，每幢建筑单独设热交换器换热并设二次水系统。这种系统的阻力平衡容易控制，热水的运行效率及供水品质可以得到保障，但热交换器间布置分散、系统较小、调节能力较弱、管理难度较大，因而只适宜在居住相对密集的高层住宅中应用。
　　③采用以上二者相结合的形式，即相对邻近的几个高层设置集中的锅炉房及热交换设备，然后布置二次水管网到各个高层。为避免二次水管网回水不均衡，建议采用完全并联的方式(即每幢建筑单独设一组供、回水管，在热交换器间设集、分水器)。此系统单从管路的供、回水平衡方面分析是合理的，但笔者在实践中发现这种系统的管路以热交换器间为中心呈放射状布置且进、出热交换器间的管路很密集，故其布置及安装有一定的难度且热水系统的管路总体 热损失较大、经济性稍差。

2 热水系统的竖向分区?

　　热水系统的竖向分区应按规范^［2］与冷水系统的分区相同，而典型的20层高层住宅的冷水系统一般分成上下两个区，由屋顶水箱或变频调速泵直供至上区，下区采用减压阀减 压后供水。
2.1集中换热跨减压阀分区回水系统
　　这种系统的回水泵工况很难达到设计工作点，主要原因是：回水泵的理论扬程为原计算扬程加上减压阀的减压差，但正常情况下回水泵的工作扬程不计减压阀的减压差只需0.06MPa左右，而图1所示的该系统减压差为0.30MPa(即回水泵扬程只有减压差的1/5)。

　　在上述工况下若常用的可调式减压阀工作点发生微小偏移则回水泵就难以工作在设计的工作点。在实际调试过程中就出现过这种情况：将减压阀的阀后压力调到0.05MPa时该层的热水水嘴出流很小(由于回水泵流量偏大)，随着阀后压力的逐渐调高热水出流逐渐变大，直至阀后压力达到0.10MPa时热水出流才完全正常(实际上此时最下层压力已超压)，而回水泵由于扬程变小、流量变大而不能工作在设计的工作点上，只有人为调节回水泵的出水阀以提高阻力来限制水泵的出流量。若回调减压阀阀后压力使分区的最下层不超压且最上层能正常出流，实际上要做到这一点很难，其重要原因是该系统减压阀前的输水管兼作了上区的配水管，这不符合常规的减压阀设计规则。系统若要在减压阀前单独设输水管，则应上、下区单设回水泵或在上区配水管下端设减压阀(接至统一设置的回水泵回水管上)。这两种选择都会使系 统的立管数量增加一倍，使系统的安装既不经济也不简便。因此，笔者认为采用跨减压阀分区回水可以使系统容量变大，易于管理及调节，但其回水泵^［3］的运行工况会因减压阀工作点的微小偏移而出现很大波动。
2.2分区换热、分区回水系统
　　该系统相对于前一个系统的特点是不跨减压阀回水(见图2)，避免了回水泵工况不稳的状况。

　　由图2可见这样热交换器要分组设置，系统显得比较复杂、管网容量小、随机调节能力差，故可将相邻几幢建筑组成同一组管网以克服以上缺点。在设计上区管网时若采用热交换器上置(设在屋顶的机房)和下行上给式管网时要注意回水泵的设置高度与水箱定压点的高差H(一般回水泵总是附设在热交热器间)，此高差低于回水泵计算扬程时在泵的吸入端就会形成负压。在封闭状态 下冷水加热至60℃左右，根据水气平衡原理原来在冷水状态下溶入的气体会随着温度的升高而逐渐释放出来，但在图2这种管网状态下，水流在下行过程中由于压力逐渐增大而使气体的释放量相对较少，水流在上行过程中压力逐渐减小使气体释放量逐渐加大，若在水泵的吸入端形成负压的话则气体很可能在该处集聚而造成水泵气蚀或吸气断流。笔者在参加此系统实际工程调试时就遇到过这种情况，即当系统处于封闭状态运行(即无出水状态)、水温逐渐由常温加热到60℃左右时回水泵尚能正常回水，随后在配水管上逐渐增加出流且其流量远未达到设计流量时出现了水泵断流现象。因此，在设计下行上给式热水系统时应认真推敲回水泵的设置位置以防止负压吸气现象出现，并将热交换器及回水泵设在下部比较安全可靠(见图3)，尽管这样做热交换器的承压要大一些，但为了系统的可靠运行是值得的。

3　结论与建议

　　①高层住宅的热水系统应采用每幢建筑单独设热交换器、二次水自成系统的形式。为加大单个系统容量，将几幢建筑的供、回水管组合成二次水系统时为避免某些末端用户回水不畅、无效冷水过多，每幢建筑应自成供、回水系统并在机房单独设回水泵以保证回水质量。
　　②高层住宅热水系统的竖向分区应与冷水系统分区相同。为确保系统回水的稳定性，建议采用分区换热、分区回水系统。
　　③为保证高层住宅热水系统中回水泵吸入端不出现负压、断流现象，换热器及回水泵均应下置并辅以常规的上行下给式全循环管网才比较安全可靠。

参考文献：
［1］冯萃敏，付婉霞.集中热水系统中无效冷水的实测分析与节水改造［J］.给水排水，2002,28 (1): 73-76.
［2］核工业部第二研究设计院.给水排水设计手册：建筑给水排水(第2版)［M］.北京：中国建筑工业出版社，2001.?
［3］段润斌.热水循环泵相关参数的计算［J］.中国给水排水,2002,18(1):71-73 .

　　电　　话：(0571)87951032
　　E-mail:zjuadrzs@sina.com
　　收稿日期：2002-05-08