科技住宅集中热水系统设计探讨

吴昊

同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司 上海 200092

目前我国住宅热水供应采用集中式的不多，大部分都为分散式的热水系统。近年来，在房地产调控的大环境以及市场居住观念的升级下，具备安全、绿色、健康、智能特点的科技住宅[1]正逐渐走进大众视野，住宅的全日制集中热水系统也被更多人关注。

1 工程概况

该住宅项目位于上海，为精装修高级住宅，绿色建筑设计标识三星。总用地面积为53448.1m2，总建筑面积为196710.83m2。包括4栋多层（6层）住宅及9栋高层（2栋19层、7栋22层）住宅及满铺地下车库（地下一层），小区总户数776户（2328人）。集中热水系统热源充分利用低温可再生能源——地源热泵系统回收的冷凝热做预热，辅以燃气锅炉加热，可再生能源利用原理图如下：

图1 可再生能源利用原理图

2 热水系统

2.1 热水给水系统选择

住宅的热水供水形式通常有两种：一是低位水箱-提升泵组-屋顶水箱供水，二是低位水箱-变频泵组供水。按系统形式有闭式和开式系统之分，且冷热水系统应分区一致。本项目从系统形式、机房需求、运营管理及系统建议四个方面对三种方案做了对比分析。热水系统方案对比分析见表1，热水系统示意见图2。

表1 热水系统方案对比分析

图2 热水系统方案示意图

另外，方案一和方案三均需在屋顶设置冷热水机房，根据《上海市城市规划管理技术规定》，屋顶层建筑面积超过标准层建筑面积1/8的需计容。本项目作为科技住宅，各单体屋顶均设置有大量新风设备管线，屋顶面积受限，业主方对建筑物外观美观性要求很高。另外，屋顶增压泵组对顶层大平层住户额外的噪声影响也无法避免。故最终选定方案二“低位水箱-变频泵组”的供水方式。

2.2 开式系统与闭式系统选择

在确定方案二“低位水箱-变频泵组”的供水方式后，对于热水系统还有开式和闭式的选择。

根据自来水公司的要求，热水系统冷水补水只计1块总表，不允许在3套分区加压泵后按分区设水表计量，该要求限制冷热水由同一泵组供水的做法。

如采用闭式系统，热水系统需单独设置1座冷水补水水箱，并分设3套热水系统分区变频加压泵。闭式系统与开式系统比较变频泵组数量参数、水箱容积均相同，每个分区每套系统增加一、二次热媒半容积式换热器3台，3个分区共9台，热水循环水泵6台、膨胀罐3套。开式系统热水水箱需做保温处理，回水管设置温控阀，设2套共4台板换，热水提升泵2套共4台。经比较，开式系统成本上考虑造价更低，闭式系统的所需机房面积比开式系统多50m2。

热水箱属开式水箱，氧化结垢较闭式水罐使用周期相对使用周期会短些；但同样因闭式水罐较多，定期清洗、除垢，物业维护量也比较大。开式系统在实际工程也有使用案例，如北京奥运村、广州亚运城[2]等，一般用于有低温热源，如太阳能、热泵的热水系统。

综合考虑，本项目采用的是开式系统，其中热水系统储水部分属开式系统，管道系统仍属充满水的闭式管路。于地下车库集中设置1座热水机房，内设1座热水恒温水箱、1座热水蓄热水箱以及3套热水给水变频泵组，每套泵组2用1备、配隔膜气压罐1台。自来水先经地源热泵供应热媒由板式换热器预加热至45℃，储存在热水蓄热水箱内，再经燃气锅炉提供高温热水作为热媒的二级换热制备60℃热水储存在热水恒温水箱内。热水恒温水箱及热水蓄热水箱共储存50%最高日热水用水量，热水机房局部系统原理图见图3。

图3 热水机房局部系统原理图

2.3 热水支管循环方案

对于户内热水支管循环，起初设计建议采用每户设一块热水水表，水表后设瞬时加热模块及内置循环泵，保证户内的支管循环，因每户成本较高，业主方未采纳。参照业主方其他已建项目，采用每户热水进回水管各设一块水表，利用流量差计量。但该方案容易因压力变化产生计量误差，有产生水费纠纷的可能，造成小业主投诉。在已完成施工图设计的情况下，后因业主方其他项目遭遇上述投诉，故业主考虑改造支管循环方案。改造前后支管循环方案见图4。

图4 户内支管循环系统方案

对于双水表循环方案：①每户热水进回水管各设一块水表，利用流量差计量。②热水减压楼层，减压阀在户内各卫生间、厨房末端分别设置。

对于单水表设加热模块循环方案：①每户热水进水管设一块总热水水表计量。②热水减压楼层，减压阀设置前段（公共水井内）。③在热水回水管末端设置瞬热模块，对管道进行加热保温。瞬热模块外形尺寸：400(H)×270(L)×140(W)mm，功率：600W。瞬热模块带有超静音屏蔽式热水专用水泵，有自动模式，手动模式，定时模式三种模式。自动模式为：在热水给水管末端设置感温包，当管道内水温低于45度时，自动开启，当水温高于50℃时，自动关闭。④各分区热水给水管顶端设置一个电接点温度计(感温包)。

2.4 热水系统的循环控制

现系统储水部分属开式系统，管道系统仍属充满水的闭式管路，热水给水泵本身也是循环回水泵。热水供应由热水专用分区变频给水泵加压供水，变频泵启停由设在干管上的远传压力表控制。变频泵组设有隔膜式气压罐，保证系统工作压力。

每个分区热水回水循环管上设置温控阀（采用能够完全关闭的自动温控阀），水温低于等于45℃，温控阀开启，水温高于等于50℃，温控阀关闭。可保证系统的水温不低于45℃。

停泵状态如温控阀关闭（末端水温高于45℃），由气压罐保证系统处于恒压状态，系统充满热水。水温低于45℃，温控阀开启，水回流至热水箱，压力降低，远传压力表信号联动变频泵组启动，从热水恒温水箱吸水供应60℃热水，产生循环，直到末端水温高于50℃时延时10min温控阀关闭，回水管设有限压的减压阀。

3 问题和讨论

3.1 冷热水平衡问题

因自来水公司要求给水泵房供水半径不超150m，故本项目给水泵房按区域分设了2座。

从成本、占用机房面积、维护管理角度考虑，热水机房集中1座设置，热水管至各栋楼的供水距离与冷水管相比距离会长一些。为保证压力平衡，现考虑适当提高热水泵组供水压力，在调试阶段设定恒压值；适当放大热水系统管径，减少沿程阻力损失；对减压楼层，在末端减压阀处设定冷、热水压力一致；非减压区，由进水支管阀门调节冷、热水压力，最不利情况考虑在淋浴龙头处设置恒温阀。

3.2 后期热水调试、优化

住宅项目集中热水系统体量大，均为精装修，后期热水调试工程量大，容易出现各种问题，需要设计与各方密切配合解决。如施工方面：热水管路保温不到位、管道漏损、找坡有误、施工过程热水管道随意上下翻而未增设自动排气阀等。

设计也加大巡检力度，采取了一系列优化措施：如各单元各分区热水供水、回水立管顶部自动排气阀需保证正常工作，排气阀前检修阀不得关闭，并需定期检查；施工期间自来水供水变频给水泵采用单台泵设变频器，与生活冷水系统一致，热水变频给水泵组修改为每台泵单独设置变频器；因系统户内支管较长，宜产生集气，排气不畅时，会造成回水干线局部气塞，回水缓慢，尤其距离较远的末端的几栋楼。故地下室高、中、低区热水各增加1根应急检修回水管和修阀门，定期通过增加的应急回水干管，加大回水流量，减少回水管距离，热水回水可快速回至热水箱，排掉系统中的夹气，提升回水水温。

热水系统设备材料选择。供水水泵、气压罐、主管阀门（主要是密封圈）、自动温控阀建议选用优质进口产品；末端减压阀建议选用优质产品。

3.3 与自来水公司的沟通

在前期确定热水系统方案中，有多项内容（如供水形式、泵房个数位置、水箱容积、水表计量等）需经当地自来水公司的首肯，否则后期修改难度大。例如，对于供水方式，本项目按该区习惯做法，应采用“低位水箱-提升泵组-屋顶水箱”的供水方式。经前期征询阶段设计配合业主方多次沟通，自来水公司才同意低位水箱-变频泵组供水的方案。

3.4 重视日常管护

住宅的集中热水系统比分散式和分户式的热水系统复杂，实际交付使用的案例较少，对后期物业管护提出更高要求。