胡哲睿

(鐵道第三勘察設計集團有限公司，天津 300251)

哈爾濱市太平橋車輛段承擔哈爾濱軌道交通1號，3號線配屬車輛的停放、運用、檢查、整備以及全線配屬車輛的月檢、定臨修、廠架修及車輛管理和救援工作，是全線固定設備、建筑設施的養(yǎng)護維修基地。全段定員1 000人，各專業(yè)技術人員較為集中，勞動強度較大加之哈爾濱四季自來水平均溫度較低，為4℃左右，為滿足段內工作人員日常生活中的洗滌和洗浴，提高員工生活質量和舒適程度，在綜合維修中心與培訓中心設置生活熱水供應系統[1]。

1 系統熱源比選

車輛段內鍋爐房距培訓中心、綜合維修中心距離都較遠，且鍋爐房僅在車輛段冬季蒸汽清洗車輛時使用，其他季節(jié)不使用，故不考慮以鍋爐房為熱源。設計中對燃氣熱源和電加熱熱源進行了比較。以加熱1 t熱水為例對用電和用燃氣加熱的運營費用進行比較。

加熱1 t水，從4℃加熱到60℃，需熱量為:

其中，C為水的比熱容，4.2×103J;M為水的質量，1 000 kg;ΔT為加熱的溫度，56℃。

經計算得需熱量為2.352×108J。

天然氣(NG)的發(fā)熱量為36 MJ/m3，對應燃燒器的效率約為90%～92%，取90%，用氣量為7.26 m3，哈爾濱商業(yè)用天然氣的價格為3元/m3，故加熱1 t水的價格為21.78元。

電的發(fā)熱量為3.6 MJ/kWh，電加熱器的效率約為90%～92%，取92%，用電量為71 kWh，電的價格為0.936元/kWh，加熱1 t水的價格為66.47元。

假如都按公益項目:天然氣的價格為2元/m3，加熱1 t水的價格為14.52元;電的價格為0.51元/kWh，加熱1 t水的價格為36.21 元。

可見選擇燃氣熱源運營費用更低。

2 熱水供應方式選擇

車輛段熱水供應系統按熱水供應范圍不同可選擇局部熱水供應系統和集中熱水供應系統。

局部熱水供應系統在用水場地就地加熱，供局部范圍內一個或幾個配水點。其特點是:熱水輸送管道短，熱損失小;設備簡單，造價低;安裝及維護管理方便;小型加熱器熱效率低、制水成本較高;使用不如集中供熱方便、舒適;每個用水場所均需設置加熱裝置;熱媒系統設施投資較高，占用建筑總面積較大;在多個龍頭調溫情況下存在熱水系統供應的使用壽命短，溫度、壓力不穩(wěn)定及熱水除垢等問題。

集中熱水供應系統將水在加熱間集中加熱后，通過熱水管網輸送至整棟或幾棟建筑。其優(yōu)點是:加熱設備與其他設備集中設置，便于集中維護和管理;加熱設備熱效率較高，熱水成本較低;衛(wèi)生器具的同時使用率較低，設備總容量較小，各熱水場所無需設置加熱裝置，占用總建筑面積較少;使用較為方便舒適。缺點是:設備系統較復雜，建筑投資大;需有專門的維護管理人員;管網較長，熱損較大;改擴建困難。適用于熱水用量較大，用水點比較集中的建筑[2]。

培訓中心與綜合維修中心的距離較遠，故采用每棟建筑單設集中熱水供水系統。熱水制備間分別設置在培訓中心屋頂熱水制備間和綜合維修中心四層熱水制備間，培訓中心每天為100名辦公人員和乘務人員提供生活熱水，綜合維修中心每天為100名維修人員提供生活熱水。

3 熱水供應系統設計

燃氣熱源熱水供應系統包含燃氣熱水器、一次熱水循環(huán)泵組、板式換熱器、二次熱水循環(huán)泵組、熱水箱、熱水循環(huán)及相應的控制設施等。

3.1 地鐵車輛段用水的特點

車輛段熱水用水的特點是時間較為集中，結合各地車輛段運營情況集中浴室采用定時供水，車輛段集中用熱水主要有以下幾個時段:培訓中心集中浴室開放時間17:00～18:00，21:00～21:30(僅供乘務員和值班人員)，23:00～23:30(僅供乘務員和值班人員)，綜合維修中心集中浴室開放時間17:00～18:00，每個時段供水1 h。

3.2 熱水用水量計算

培訓中心公共浴室設26個噴頭(男21個，女5個)，4個洗臉盆，綜合維修中心地下室公共浴室設25個噴頭(男15個，女10個)，4個洗臉盆。

噴頭按9 L/(min·個)，540 L/h，37℃～40℃熱水用量為(540×26+105×4)×1/1 000=14.46 m3/h，供水溫度60 ℃，熱水份額=(40－4)/(60－4)=64%，使用60℃熱水用量9.25 m3/h，按用水定額使用37℃～40℃熱水用量為100×100/1 000=10 m3，折合60℃熱水用量6.4 m3/h。按設計經驗選擇大值，取9.25 m3/h。

3.3 耗熱量計算

按9 L/min的噴頭進行設計。

設計小時耗熱量Qh=9×60×26×(60℃ －4℃)×0.983×1×4.187+105×4×(60 ℃ －4 ℃)×0.983×1×4.187=3 332 837 kJ/h。

3.4 水箱貯熱量計算

水箱貯熱量應大于60 min的設計小時耗熱量，取1 h 60℃熱水用水量的1.05倍得水箱貯水容積為9.72 m3，水箱有效容積取10 m3，儲存 3 500 000 kJ熱量[3]。

3.5 熱水制備方案比選

熱水制備方案比選見表1。

3.6 熱水器的選擇

方案一:85 kW燃氣熱水器方案。

選擇85 kW燃氣熱水器(落地爐)，總計加熱時間12 h，每天每臺加熱7 h(一次)，需兩臺。

方案二:65 kW燃氣熱水器方案。

選擇65 kW燃氣熱水器(壁掛爐)，總計加熱時間15 h，每天每臺加熱8 h，需兩臺;設備選型和是否設置備用由建設單位根據資金情況確定。

方案三:36 kW燃氣熱水器方案。

選擇36 kW燃氣熱水器(壁掛爐)，總計加熱時間27 h，每天每臺加熱7 h，需四臺。

方案四:85 kW容積式燃氣熱水器方案。

選擇85 kW容積式燃氣熱水器方案，不設熱水箱、熱水泵等系統，直燒直供，需四臺。

表1 熱水制備方案設備價格表

3.7 一次循環(huán)泵、二次循環(huán)泵的選取

熱水器進水溫度60℃，出水溫度80℃，一次側進出水溫度80℃/60℃，二次側進出水溫度4℃/62℃，一次側選擇的15 m3/h，揚程10 m，功率1.1 kW水泵，二次側選擇的30 m3/h，揚程10 m，功率1.5 kW水泵。當水箱內溫度達62℃時停止供熱。

3.8 熱水供水泵(兼循環(huán)泵)的選取

熱水供水泵(兼循環(huán)泵)在供水前5 min～10 min啟動。培訓中心熱水泵 Q=7.5 m3/h ～13.8 m3/h，H=26 m，N=3 kW;綜合維修中心熱水泵 Q=7.5 m3/h～13.8 m3/h，H=36 m，N=3 kW。

3.9 板式換熱器

板式換熱器的換熱效率取50%，板式換熱器的功率為500 kW。方案一～方案三熱水供應溫度穩(wěn)定，舒適性好，提前加熱熱水，熱水供水穩(wěn)定可靠，但系統較復雜，方案三熱水器臺數4臺，使用時比較靈活，可靠度最高，價格最低。方案四系統簡單，無須提前加熱熱水，價格較高，使用壽命短。故最終采用方案三進行熱水制備[4]。

4 結語

熱水供應系統應根據使用對象、建筑物的特點、用水規(guī)律、熱水用水量、用水點分布、水加熱設備及操作管理條件等因素，經技術經濟比較后綜合確定適宜的熱源類型及熱水制備方案與供水方式。

[1] 王立存，熊景芷，榮秀春.哈爾濱市軌道交通一號線太平橋車輛段消防給水系統設計[J].鐵道勘察，2012(1):10－11.

[2] 馮萃敏，付婉霞.集中熱水供應系統的循環(huán)方式與節(jié)水[J].中國給水排水，2001(9):5－6.

[3] GB 50015－2003，建筑給水排水設計規(guī)范(2009年版)[S].

[4] 國家質量技術監(jiān)督局令第11號.小型和常壓熱水鍋爐安全監(jiān)察規(guī)定[Z].2000.