海南某妇幼医院热水系统设计探讨

李杰

1.工程概况

本项目位于海南省海口市，为一类高层综合医院。占地面积4900.33m2；地上建筑面积53455.9m2；地下建筑面积23282.88m2；建筑高度65.70m；地上16F，地下2F，耐火等级为一级。

2.方案确定

海口市为夏热冬暖地区，最适宜太阳能及空气源热泵的大面积推广。

根据《海南省民用建筑应用太阳能热水系统补偿面积管理暂行办法》（琼建［2010］56 号）的补偿规定[1]。本项目设计太阳能热水系统应用面积为49774.4m2。经计算需集热器面积1334m2，屋面可安装集热器面积1236m2，拟补偿总建筑面积1200m2。

因此，本项目采用太阳能系统和空气源热泵加热制取热水的方式可以获得较好的节能及经济效益。

3.系统设计

3.1 热水供应系统的选择

采用太阳能热水系统为主，空气源热泵辅助加热的方式，使用集中集热、集中供热系统提供热水。

3.2 热水系统的分区

本工程的分区情况为：-1F～6F 为一区；7F～11F 为二区；12F～16F 为三区。

3.3 热水系统的循环方式

本项目7F～16F 为病房，具有良好的同程循环条件；-1F～6F，用水点分散。故二区、三区采用热水干管立管循环方式，一区采用横管配回水方式（即每层热水干管结合热水温控循环阀循环）。三区由热水加压泵余压回水至恒温水箱，一、二区由设置地下一层的热水回水泵加压至恒温水箱，上供下回式供水。

3.4 热水系统热源的选择

本工程采用太阳能、空气源热泵制取热水的热水系统。

3.5 热水管材的选择

室内热水给水采用304 薄壁不锈钢管。

4.基本设计参数

4.1 耗热量计算

根据《建筑给水排水设计标准》第6.4.1 条第2 款[2]（以下简称《水标》）的规定，本工程的热水供应系统设计小时耗热量按公式（1）计算（式中个参数的意义、取值均参见《水标》的相关条文，下同）。

计算得设计小时耗热量Qh=2072358kj/h=575.66kW。

4.2 热水量计算

根据《水标》[2]第6.4.2 条的规定，本工程的设计小时热水量可按公式（2）计算：

计算得设计小时热水量qrh=10642L/h=10.6m3/h。

4.3 加热设备计算

4.3.1 太阳能集热系统集热器总面积确定

根据《水标》[2]第6.6.2、6.6.3 条的规定，本工程的太阳能集热系统集热器总面积可按公式（3）、（4）计算：

计算得Ajz=1488m2。

建筑屋面实际布置面积为1236m2，共618 块。本工程采用平板集热器，集热器规格2000mm×1000mm×80mm，每块集热器面积2m2。

4.3.2 空气源热泵设计小时供热量的确定

根据06SS127《热泵热水系统选用与安装》[3]式7.2.1，本工程的空气源热泵的设计小时供热量可按公式（5）计算：

计算得Qg=853.32kW，拟选择名义制热量为229kW 的机组6 台（LWH-500SCN），制热量：229kW，输入功率：40kW。

4.4.集热水箱、恒温水箱有效容积的确定

经计算，需集热水箱18m3，恒温水箱24m3，合计42m3，大于最高日最高时热水量10.6m3，约为最高日热水量90.9m3的47%。

5.热水系统控制要求

为了达到恒温恒压供水的目的，本项目采用“太阳能+空气源热泵制热”，“集热水箱+恒温水箱供水”的方式。为了保证恒温恒压热水的供应，本项目采用了以下控制方式。

5.1 太阳能系统自动循环

当集热器顶部温度与集热水箱温度之差T1-T2 ≥温差循环起始温度（默认7℃）时，集热管路循环泵P1 打开，进行集热循环；当T1-T2 ≤温差循环停止温度（默认3℃）时，水泵P1 关闭，停止循环。

图1 热水系统运行示意图

5.2 辅助空气源热泵加热控制

定时加热：当恒温水箱温度T4＜45℃时，空气能热泵循环泵P5 启动，至恒温水箱温度T4 ＞49℃时，加热停止。

5.3 集热水箱补水

（1）自动补水：当集热水箱水位小于水位设定下限值（默认30%）时，启动电磁阀E1；当集热水箱水位大于水位设定上限值（默认50%）后，电磁阀E1 关闭。（2）定温进水：当集热水箱温度T2大于恒温水箱温度设定上限值+2℃（设置为51°）时，启动电磁阀E1。当集热水箱温度T2 小于恒温水箱温度设定上限值时，关闭电磁阀E1。

5.4 恒温水箱补水

（1）自动补水：当恒温水箱水位小于水位设定下限值（默认30%）时，启动恒温水箱定温进水泵P3；当集热水箱水位大于水位设定上限值（默认50%）后，水泵P3 关闭。（2）定温进水：当恒温水箱温度T4 大于等于恒温水箱温度上限设定值+2℃（51℃）时，电磁阀E2 启动，自来水向恒温水箱补水。当恒温水箱温度T4 小于恒温水箱温度上限设定值（49℃）时，电磁阀E2 关闭。

5.5 热水供水系统循环

（1）当无人用水时，热水回水管道温度T5 ≤36℃，且恒温水箱中的水温T2 ≥40℃时，热水回水电磁阀E3 打开，室内管道压力降低，供水增压泵P2 自动启动，使集热水箱中的热水循环进入用水管道；当热水回水管道温度T4 ≥35℃时，电磁阀E3 关闭，增压泵P2 运行至管道设定压力后关闭。（2）当有人用水时，管道压力降低，供水变频增压泵P2 自动启动，将集热水箱中的热水供给用户使用。

6.热水系统的恒温措施

（1）屋面水箱：本工程采用集热水箱储存温差较大的太阳能热水，恒温水箱通过空气源热泵保证热水温度稳定，供应热水的方式。（2）热水循环：每根循环干管末端均设置热水温控循环阀，管道温度≤36℃时打开，热水进行循环；管道温度＞36℃时关闭，热水停止循环；为消除因管道不同程造成的热水短路，需通过热水干管循环，保证管道最低温度介于36℃～40℃。（3）恒温装置：目前市面上可以提供各种样式的恒温装置来在冷热水温差、水压变动时保证用水末端供水温度。（4）管道保温：热水管DN15-DN50 采用PE 覆塑保温304 薄壁不锈钢管；DN65 及以上可采用橡塑材料保温。采用以上措施可以保证恒温、恒压供应高品质热水。

7.小结

综上所述，医院热水系统设计中应考虑最低的能耗及最大程度提供恒温恒压高品质热水的措施有以下几点：（1）采用太阳能系统，空气源热泵加热制取热水，可以最低成本的制取热水，并在阴雨天保证热水的供应。（2）采用集热水箱、恒温水箱分设的措施，可最大程度减小热水水箱内热水温度的变化。（3）采用热水设备、热水干管橡塑保温，支管PE覆塑可以减少热水循环过程中的热损失。（4）采用热水干管循环、循环末端设置热水温控循环阀等一系列控制措施。采用生活热水温控循环阀后，医院建筑生活热水系统可以使用异程式生活热水系统，可以大大缩短热水回水管敷设长度，提高热水循环效率，节省管道占用空间，具有较大优势[4]。（5）在用水点末端采用恒温淋浴头、恒温水龙头、恒温阀等措施，保证用水点的水温稳定，防止烫伤。