医院集中热水供应系统若干问题分析

郑钦炜

(福建省建筑轻纺设计院 福建福州 350001)

医院集中热水供应系统若干问题分析

郑钦炜

(福建省建筑轻纺设计院 福建福州 350001)

分析了医院集中热水供应系统中出现的用水器具冷热水管串水、热水管网循环效果不佳、加热系统热源选择、水箱溢流的问题，并提出供水支管增设止回阀、循环回水支管增设流量计、可再生热源使用方案以及水箱增加回水调节容积等建议。

止回阀；循环回水；加热系统；溢流

0 引言

随着我国社会经济发展水平的稳步提高，集中热水供应系统已在使用要求较高的公共建筑中普及。由于集中热水供应系统复杂性高、设计难度较大，工程师在进行设计时要充分分析热水系统可能出现的各种问题，使热水系统的设计能够不断完善。文章就福建地区医院集中热水供应系统设计中几点容易被忽略而又对系统日常运行影响较大的问题进行分析，希望引起同行的关注和讨论。

1 用水器具冷热水混合阀关闭后冷热水管网串水

在理想状况下，当关闭用水器具出水龙头后，其阀芯的冷热水孔均应处于完全密封状态，但实际却存在着因水压、配件老化或者产品质量缺陷等问题使冷热水孔无法完全密封的情况。如果冷热水混合器前的配水支管上没有设置止回阀，当出水龙头关闭后可能会出现以下两种情况：一是当冷水压力高于热水时，冷水通过混合器进入热水管网使其配水温度降低，即使是在冷热水压力平衡的条件下，当循环回水系统运行时也可能会出现上述情况，严重时还会造成接纳循环回水的水箱溢流。二是当热水压力高于冷水时，热水通过混合器进入冷水管网使其产生热污染，同时也增加了热水的消耗量。

虽然规范已明确要求混合器的冷热水供水支管上应设置止回阀[1]，但是因部分品牌的用水器具自带止回装置，有些工程师在热水系统设计时会通过选用自带止回装置的用水器具来避免配水管网设置过多的止回阀。然而，卫生设备安装图集[2]和市场上相关产品说明显示，仅有少数型式的感应式水嘴产品有明确自带止回装置，其余均未设置而需用户自备。从另一方面来讲，即使设计时明确选用自带止回装置的用水器具，但业主会采用何种品牌的产品仍存在变数。因此，集中热水供应系统仍应在冷热水支管始端设置止回阀，虽然管网造价有一定程度的增加，但对于方便日常使用以及节能节水却有很积极的作用。

2 同一热水分区内循环回水系统效果不佳

以某综合医院集中热水供应系统为例，热水由屋面储热水箱重力供水，热水管网采用每层横干管配水和横干管末端回水的配回水方式。循环回水系统在每个热水供水分区的最末端设置一个电接点温度计，由电接点温度计控制循环回水泵的启停。当管网末端水温低于设定值T1时开启循环回水泵，当水温高于设定值T2时关闭循环回水泵，系统原理图如图1所示。上述配回水方式在医院集中热水供应系统中有良好的适用性，然而在某些功能相对复杂的热水分区中也存在一定不足。

图1 循环回水系统原理图

(1)

qx—全日供应热水的循环流量；

Qs—配水管道的热损失；

Δt—配水管道的热水温度差。

假设一层用水单元多、用水频繁且用水量大，则配水管道设计管径大，而三层用水单元稀少且用水量少，则配水管道设计管径小。根据式(1)可以看出，因三层的设计管径小，则配水管道热损失Qs计算值小，在热水温度差Δt不变的情况下，三层的循环流量qx计算值相应较小。而一层循环流量qx的计算结果正好相反。

如果按照理论计算值确定各层的循环流量，有可能会导致循环回水泵前端的电接点温度计达到停泵温度T2时，三层的末端热水温度因循环流量小而无法达到热水供应所需的最低温度要求。使三层用水时末端放水过多，既不方便使用也浪费了水资源。

在上述情况下，循环管网的理论计算流量qx难以真实反映实际使用中的循环回水需求。为了改善管网的循环效果，设计时应适当加大计算值较小的回水支管的循环流量并在循环回水支管上增设流量计，通过压力平衡阀、流量计等阀门配件合理调节本热水分区内各层的循环回水流量。对于某些用水差异性过大的区域，在条件适宜时还可以针对本区域单独增设循环回水泵，以达到热水管网有效循环的目的。

3 集中热水供应系统热源型式选择

民用建筑集中热水供应系统常见的热源主要有燃气锅炉、燃油锅炉、太阳能集热器、热泵、电加热器等几类。燃油、燃气锅炉使用的是不可再生能源，且设施运行费用高、操作维护复杂、受环保和安全条件的限制大，民用建筑通常不优先选用不可再生热源[3]。因福建日照条件较充足且气候冬暖夏热，比较有利于空气源热泵和太阳能集热器的使用，故本地区集中热水供应系统应优先选用这两种热源。

根据规范要求，医院热水加热系统的出水温度不应低于60℃[4]，一般设计出水温度为60℃～65℃，而且医院对热水系统的供水温度稳定性要求较高。故医院集中热水供应系统不能单独使用空气源热泵或太阳能集热器等受水温、气温和日照条件影响显著的可再生热源，需要同时增加供热不受环境条件影响的辅助加热设施。

本地区医院目前较常用的加热方案，有太阳能集热器联合辅助电加热和空气源热泵联合辅助电加热两种。太阳能集热器联合辅助电加热系统，在屋面可安装面积充足的医院中应优先选用。而空气源热泵联合辅助电加热系统适宜在屋面面积有限、热水用量相对较小的中小型医院中使用。

需要补充的是，太阳能集热器联合辅助空气源热泵加热系统也较常在一些工程中使用，而且环保节能效益显著，不过该系统在医院中使用有明显的缺陷。根据热泵产品资料说明，空气源热泵正常的出水温度有45℃、50℃、55℃ 3档，最高能达到60℃。相关研究显示，热泵出水温度设定越高，则制热节能效益越低、设备损耗也越严重，因此热泵出水温度设定过高不利于设备长期运行[5]。在冬季且日照条件不佳的条件下，太阳能集热器联合辅助空气源热泵可能无法满足医院供水温度高于60℃的使用要求，故不建议医院集中热水供应系统采用该加热方案。

4 双水箱系统循环回水调节容积设置

集中热水供应系统按水箱设置情况，可分为单水箱系统和双水箱系统两大类。

在热水使用要求不高且屋面面积有限的建筑中，单水箱系统较为适用；而双水箱系统，对于供水温度稳定性要求高的建筑更为适宜。

某综合医院集中热水供应系统使用的是空气源热泵联合电加热器的双水箱系统，其中空气源热泵为一次加热由加热水箱的电接点温度计控制，电加热器为二次加热由热水提升泵联动控制，原理图如图2所示。与单水箱加热系统相比，双水箱系统的储热水箱水温受冷水补水的影响小，热水供水温度稳定，而且双水箱系统加热设备运行工况稳定、效率高、节能效果好[6]。

图2 热水加热系统原理图

双水箱加热系统优点突出，但系统控制较为复杂。如果加热水箱的容积只满足热泵机组加热所需的贮热容积而没有另外再设置回水调节容积的话，那么，在凌晨时段里，很可能会出现加热水箱溢流。分析其原因可知，凌晨配水管网末端水温低，循环回水泵开启时间长。在没有设置回水调节容积的情况下，当循环回水进入加热水箱使其水位上升到最高水位而储热水箱的水位仍没有下降到热水提升泵开启水位时，加热水箱会出现溢流。由于建筑给水排水设计手册并没有回水调节容积的相关内容，该容积很容易被工程师忽略，等到系统建成使用且出现溢流后再临时调整水位，留出回水调节容积，势必减少加热水箱的有效贮热容积，导致热泵使用负荷增大和加热效果不佳等一系列不利后果。因此，热水系统设计时，

应设置回水调节容积，使储热水箱进水提升泵开启水位和停泵水位之间的容积(H2所占的容积)小于加热水箱最高水位与冷水停止补水位之间的容积(H1所占的容积)，水箱的容积设置如图3所示。通过设置回水调节容积可以确保管网循环回水进入加热水箱后，在加热水箱水位未达最高水位之前储热水箱水位已下降到热水提升泵开启水位。从而避免了加热水箱溢流，并且储热水箱热水能够得到及时补充，提高整个集中热水供应系统的供水质量。

图3 加热水箱、储热水箱容积设置示意图

5 结语

集中热水供应系统的设备设施多、管网复杂，其系统设计难度较大，无论是热水加热系统，还是热水管网配回水系统，其中都有许多细节需要工程师注意和妥善处置。

热水系统设计，除了要满足国家规范要求以外，还应根据工程实际情况予以适当调整，力求使设计既节水节能又满足实际需求。

[1] GB 50015-2003 建筑给水排水设计规范[S].北京：中国计划出版社，2009.

[2] 09S304 卫生设备安装[S].北京：中国计划出版社，2006.

[3] 江瑞，赵阳. 空气源热泵热水机组在工程设计中的应用[J].中国医院建筑与装备，2008(01)：25-29.

[4] GB 51039-2014 综合医院建筑设计规范[S].北京：中国建筑工业出版社，2014.

[5] 巫建文. 空气源热泵的进、出水温度对其制热能力的影响的探讨[J].福建建材，2013(07)：84-85.

[6] 鹿琳，梁彩华，张小松. 双水箱热泵热水系统的构建及性能[J].化工学报，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

郑钦炜(1985.7- )，男，工程师。

E-mail:ai12345g@sohu.com

2017-04-25

TU991

A

1004-6135(2017)09-0102-03