学校建筑集中热水供应系统方案

学校建筑集中热水供应系统方案摘要：近年来，随着大城市实施的人才引进、入户政策以及中考政策，大量的人口涌入，而高密度的城市建设，用地紧张，严重限制了高中学位供给。

因此，学校建筑出现了高密度，高配套、大规模的特点。

其中学校建筑配套的增多及标准的提高，对热水供应提出了更为严格的要求。

学校这样一个人口密集度场所，必须合理选择建筑集中热水供应系统方案，以保证师生热水供应的充足和稳定，提升校园生活品质。

本文主要介绍学校建筑热水供应系统的特点，介绍几种典型的热水供应系统方案，再以深圳某学校热水设计为例，对如何保证热水效果进行阐述，以期为其他学校建筑集中热水供应系统设计提供参考。

关键词：学校建筑；集中热水；热水系统方案集中热水供应系统是学校建筑给排水设计中非常关键的一部分，热水供应系统设计是否合理，直接影响到师生的用水体验。

尤其是在如今社会经济高速发展的时代下，人们对学校建筑热水供应的经济性、舒适性、安全性与稳定性等均提出了更高的要求。

为此，在学校建筑给排水设计过程中，设计者必须立足于建筑工程项目的具体情况与建设要求，合理选择热源类型与不同系统管网循环方式，并做好换热器、平衡阀、回水循环泵、恒温混水阀等选型工作，从而有效保证热水使用效果。

1 集中热水供应系统的特征对于学校建筑给排水工程而言，不同用水点对热水的需求各不相同，其中教师宿舍要求全天不间断热水供水，宜采用全日制热水供水系统，需依据最大小时热水用水量对耗热量进行计算；对于浴室、学生宿舍、食堂等场所，则宜采用定时集中热水系统，需依据热水用水卫生器具数量通过设计秒流量对耗热量进行计算。

通常情况下，学校建筑的供热楼栋的位置相对分散，且供热距离比较远，所以存在多栋建筑集中热水系统的热水循环、集中供热与分散供热等系统选择的问题。

在集中热水供应系统设计过程中，需要用到热水锅炉、太阳能、空气源热泵等多热源，还需达到绿色节能的标准，这就使得系统设计更为复杂[1]。

另外，宿舍热水需求量占比较大，用水时间集中，需要在屋顶设置开式热水箱，这就要求合理对重力供水与加压供水进行分区，从而增加了热水系统设计的复杂性。

2 几种典型的集中热水供应系统方案2.1 区域集中集热、集中供热热水系统该方案做法为：在建筑地下室或底层将热水箱与热水炉集中设置于热水机房。

热源可选择燃气热水炉或其他稳定热源。

使用变频加压设备来进行冷热水的供应。

二次侧热水管网供水端采用闭式系统，管网设循环泵机械循环，并设置膨胀罐。

每一栋建筑物的供水管网均独立设置。

一次侧热水锅炉与储热水罐之间需要设置热水循环泵，换热设备可采用容积式换热器或板式换热器间接加热，将出水温度控制在60℃，热媒水水温控制在90℃以内。

另外，针对定时热水系统的设计，需要单独设置独立的热水变频供水机组，以防止互相影响。

区域集中热水系统方案具有初期资金投入相对较低，设备机房集中且面积小、稳定可靠等特点，但热水供水管网循环系统较为复杂，需要在建筑外部敷设热水管道[2]。

同时，各楼栋均独立设置供水管网、热水供水泵、热水管网末端循环泵，使得系统相对庞大，管理维护人员专业性要求较高。

2.2 分散式太阳能加空气源热泵辅助热水供水系统若学校建筑工程项目所在区域的太阳能资源丰富或当地有政策要求，可首选分散式太阳能预热加空气源热泵辅热的供应系统。

具体设计方案为：对于每一栋有热水需求的学校建筑，屋顶都独立设置热水机房与太阳能集热系统，并在屋顶设置数台空气源热泵。

各楼栋屋顶配置预热闭式热水罐或是预热开式热水箱，形成一套完整的太阳能预热系统；再配置闭式热水供水罐或是开式热水供水箱，采用空气源热泵循环加热的方式将供水罐/箱的水加热到规定的温度。

集热水箱或是集热水罐中的水主要由给水系统的冷水补给，依据太阳能集热系统的要求准确计算集热水箱或是集热水罐的容积、集热系统的循环以及集热板的数量[3]。

热水循环泵主要安装在空气源热泵与闭式热水供水水罐或是开式热水供应水箱之间。

在实际设计过程中，注意空气源热热泵的安装位置应避免在宿舍居住空间的正上方，避免噪音和振动影响居住人员休息。

若难以避免，必须在屋顶设置夹层。

该热水供应系统方案的优点在于能够减少能源的消耗，但是由于需要考虑到阴雨天、冬季对热水供应的影响，所以空气源热泵的设计制热量应当符合无太阳能的状况下的最大耗热量，且考虑冬季的衰减。

该方案的初期投入成本较高，设备机房分散且总面积大，系统运行过程中会产生噪音和振动，还需做好防雨措施等；另外，该方案中供热管网系统与循环系统较为复杂，运行管理存在一定的难度，所以此方案适用于有要求的太阳能丰富地区，且冬季最冷月平均气温在10℃以上、无燃气热源供应的项目。

2.3 集中制热分散储热开式热水供水系统对于这类学校建筑集中热水系统的设计，主要选用间接式燃气热水锅炉，将这些锅炉集中安装在建筑地下室，每栋楼的屋顶均独立设置开式热水箱，且在其与燃气热水锅炉之间安装热水循环泵。

由锅炉中的盘管对生活所需热水进行加热，热水出水温度控制在60℃，每组锅炉对应一栋建筑，盘管换热面积与其所需的耗热量相对应。

集中制热分散储热开式热水供应系统的设计方式为板式换热的方式，板式换热器与热水用水建筑一一对应，换热器和锅炉之间应当安装热媒水循环水泵。

针对水压可以满足要求的建筑楼层，应当选择重力流供水，其余建筑楼层则选用变频给水系统，热水与冷水系统设置独立的变频给水泵组，冷热水系统的供水方式与管网布置相同。

该设计方案属于开式系统，设备机房分散且总面积大，初期投入成本较高，系统安装复杂，后期维护和管理难度较大，主要适用于水箱容积比较大，地下室面积小没有空间防止大热水箱、定时供水数量较大的建筑项目[4]。

2.4 分散式空气源热泵加电辅热热水供水系统对于有绿色节能方面要求的学校建筑项目，可首选分散式空气源热泵加电辅热热水供水系统设计方案，即每栋建筑屋顶配置一个电热水锅炉房与一套空气源热泵系统。

为达到减少初期成本投入的目的，可选择在春季、夏季和秋季使用空气源热泵系统，而冬季辅以电铺热。

空气源热泵的供水温度一般为53摄℃，若建筑要求供水温度比较高，就需采用电辅热手段。

在各建筑屋顶需要设置闭式热水罐或是开式热水供水箱，同时设置空气源热泵加热循环。

依据冬季的最大耗热量来计算空气源热泵的数量，依据空气源热泵系统的标准对其与供热水箱/罐之间的循环进行准确计算[5]。

该设计方案适用于对节能要求高、无燃气热源供应的学校建筑；不足之处在于：由于每栋建筑都需分散安装电锅炉房、空气源泵系统等，所以初期投入成本较高，系统运行中会产生振动与噪音，需要做好相应的防护措施，还需考虑防雨措施等。

3 案例分析以深圳某高中学校建筑工程为例，该项目占地面积达到7.92万平方米，建筑面积16.7万平米，山地地形，生活区共有5栋高层宿舍楼、食堂、设备用房等配套用房，没有建设地下室。

根据相关政策需采用太阳能集热系统。

在实际设计过程中，笔者考虑到本项目学生宿舍占比较大，用水时间较为集中，小时用水量差异较大，而太阳能受天气影响，不能作为稳定热源。

为保证集中热水供应系统运行的安全性及稳定性，最终确定选用燃气热水炉作为辅助热源，将其供水温度控制在60~80℃，可以短时间内快速补充热水。

同时选用低噪音型、节能型燃气炉。

考虑到5栋宿舍建筑高度不一致，且教师宿舍采用全日制热水供水系统，学生宿舍采用定时集中热水供水系统，很难匹配合适的区域热水供水系统，最终确定按分栋建筑设置，每栋独立运行。

屋顶设置储热水箱，燃气炉通过板式换热器对水箱内热水进行间接加热。

考虑到燃气炉水温较高，为阻止加热盘管结垢，设计采用纯水作为热媒，设置纯水制备设备及纯水箱对一次侧热媒进行补水定压。

通过设定时间内对水箱内水温进行监测，控制循环泵组来对燃气炉的运行状态进行控制，从而确保获得良好的热媒循环效果，保障设计使用时间内的热水供应。

本项目宿舍建筑高度最高76.20m，热水竖向需进行分区供水。

为保障冷热水压力均衡，冷水供水和热水系统采用相同分区，其中高区最高5层采用变频加压泵供给，底部其他楼层由屋顶水箱重力供给。

各分区均采用机械循环，高区利用变频加压泵直接循环，重力供水区于热水回水管上设置循环泵。

由于热水循环系统运行效果的好坏与热水水质、节能、节水、使用安全等方面密切相关，所以必须严格把控热水循环系统的设计要点，因此本项目教师宿舍为24小时全日制供水系统，循环控制采用温差控制，当回水泵组前管道内水温小于预设温度时，即可开启循环，从而确保热水管道系统水温恒定。

而对于学生宿舍的定时供水系统，循环泵控制设置为定时控制，学生回宿舍用水前半小时启动循环泵，确保热水系统主管内温度达到45°以上。

如何确保热水使用效果是本工程项目集中热水供应系统设计的重难点。

面对这一情况，设计者结合建筑类型与入住师生的数量，对所需耗热量、供热量、换热器形式、储热容积等进行了仔细计算，从而对热水系统的各个环节和设备进行选型对比，具体包括：（1）热源的选择：根据项目建设的政策要求，必须设置太阳能集热系统，但高层宿舍热水需求量大，屋顶可布置太阳能面积有限，且受天气影响，因此太阳能热源的稳定性不足，需设置辅热。

如选择空气源热泵则会导致运行时间长，对于宿舍这种集中用水的系统可能存在供热不及时的情况。

而当地燃气供应充足，燃气热水炉占地面积小，加热快，最终选择燃气炉作为辅助热源，并设置储热水箱，跟宿舍用水特点匹配度高。

（2）换热器选型。

本项目楼栋多且分散，为保障供水水压稳定性以及冷热水供水压力平衡，选择了各栋建筑屋顶设开式水箱的冷热水系统。

因此选择了板式换热器作为换热设备，占地面积小，运行重量轻，换热效率比容积式要高，可以结合储热水箱使用。

（3）回水循环泵组的控制。

学生宿舍采用定时热水系统，考虑到节能，因此不考虑非使用时段的热水循环，只在使用时段前半小时，对系统进行循环。

而教师宿舍采用全日制热水系统，在循环泵前管道上安装温度传感器，当宿舍楼回水温度小于预设值时，就会启动循环泵回水，从而确保热水水温的稳定性，也有利于后期使用中管理者准确掌握各栋宿舍楼热水水温波动状态，提高维护检修效果[6]；（4）平衡阀选用。

为确保每根热水回水立管的热损失大致相同，可在其末端设置平衡阀，以达到控制损失的效果。

最好采用静态流量平衡阀，能够更加可靠地控制每根回水立管水流阻力，由人工调节限定各管段的循环流量，进而实现整个循环系统循环流量的均匀分配，提高循环效果；（5）恒温混水阀选用。

通过在体育馆的淋浴间的淋浴器供水环管出水位置安装生活热水恒温混水阀，能够结合使用者的需要对冷热水混水温度进行自动调节，且不受水压、流量与水温变化等因素的影响，能够确保冷热水出水均匀，解决水温忽冷忽热的问题。

4 结语综上所述，在学校建筑集中热水供应系统设计中，设计者应当深入分析这类建筑对热水供应的要求，并结合业主的要求和建筑项目的具体情况，合理选择热源与循环方式，并做好换热器选型、回水循环泵组设置、平衡阀选用等工作，从而保证集中热水供应系统的供水效果，为广大师生提供更加优质的热水供应服务。