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        學(xué)校建筑集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)方案探討

        2023-06-29 08:58:17楊槐
        四川建筑 2023年1期
        關(guān)鍵詞:熱水鍋爐開式鍋爐房

        學(xué)校建筑集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)是該類型建筑給排水設(shè)計(jì)的核心內(nèi)容。從熱源型式的選擇、鍋爐房及熱水機(jī)房位置的確定、熱水系統(tǒng)及循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、室外熱水管網(wǎng)的敷設(shè)及各種常見系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)等方面,詳細(xì)進(jìn)行了分析、對(duì)比和探討。

        學(xué)校建筑; 熱源型式; 熱水機(jī)房位置; 熱水循環(huán)方式; 室外熱水管道的敷設(shè)

        TU822+.1 A

        [定稿日期]2022-05-18

        [作者簡(jiǎn)介]楊槐(1975—),男,本科,高級(jí)工程師,從事建筑給排水設(shè)計(jì)及技術(shù)管理工作。

        學(xué)校建筑的集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)是該類型建筑給排水設(shè)計(jì)中難度最大的部分。不同的熱源型式、不同的機(jī)房位置、開式系統(tǒng)和閉式系統(tǒng)的選擇、不同的系統(tǒng)管網(wǎng)循環(huán)方式等方面都有很大的研究?jī)r(jià)值,會(huì)給整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行、造價(jià)、綠建節(jié)能等方面帶來很大的影響。本文從這幾個(gè)角度進(jìn)行了詳細(xì)分析對(duì)比,并得出了相關(guān)關(guān)鍵性結(jié)論。

        1 學(xué)校建筑熱水供應(yīng)系統(tǒng)的特點(diǎn)

        (1)各用水點(diǎn)熱水用時(shí)特點(diǎn)不同,浴室、學(xué)生宿舍、體育館及游泳館、風(fēng)雨操場(chǎng)等屬于定時(shí)熱水供應(yīng)系統(tǒng),用水集中,應(yīng)根據(jù)定時(shí)集中熱水衛(wèi)生器具數(shù)計(jì)算設(shè)計(jì)熱負(fù)荷;教師宿舍和食堂屬于24 h熱水供水,可按熱水小時(shí)變化系數(shù)法計(jì)算熱負(fù)荷。

        (2)由于供熱樓棟及部位分散,供熱距離較遠(yuǎn),會(huì)面臨多棟建筑集中熱水系統(tǒng)的統(tǒng)一設(shè)置及熱水循環(huán)問題。

        (3)室外熱水管道的敷設(shè)問題需要特別關(guān)注。

        (4)太陽(yáng)能、空氣源熱泵、燃油燃?xì)鉄崴仩t、電加熱等多熱源的綜合利用及綠色節(jié)能要求的配合設(shè)計(jì)導(dǎo)致系統(tǒng)的復(fù)雜。

        (5) 由于學(xué)校建筑熱水需要量大,儲(chǔ)水量較大,使用開式系統(tǒng)、屋頂設(shè)置開式熱水箱的情況較多,往往需要考慮重力供水和加壓供水區(qū)域,增加了供水系統(tǒng)的復(fù)雜性。

        (6)熱水循環(huán)系統(tǒng)較多,包括熱媒循環(huán)系統(tǒng)、加熱循環(huán)系統(tǒng)、供熱循環(huán)系統(tǒng)等。

        2 學(xué)校建筑熱水供應(yīng)系統(tǒng)熱源的選擇

        2.1 燃油燃?xì)鉄崴仩t

        燃油燃?xì)獬簾崴仩t是指鍋爐本體開孔或者用聯(lián)通管與大氣相通,在任何情況下鍋爐本體頂部表壓為零的鍋爐,均為開式鍋爐,分為直接式和間接式。直接式鍋爐是指直接加熱爐膛內(nèi)的水,直接利用爐膛內(nèi)的水作為熱媒水使用,熱媒水溫度可達(dá)70~95 ℃。直接式鍋爐不承壓,屬于開式。間接式鍋爐在直接式鍋爐的基礎(chǔ)上加入換熱盤管,被加熱水通過換熱盤管與鍋爐爐膛內(nèi)的水進(jìn)行熱交換。間接式鍋爐盤管內(nèi)的水可以作為熱媒水,也可以作為生活熱水直接使用。作為生活熱水使用時(shí),盤管內(nèi)的水溫度可達(dá)55~60 ℃。由于換熱盤管的存在,盤管可以承壓1.0 MPa、1.6 MPa、2.5 MPa,以適應(yīng)各種閉式熱水供應(yīng)系統(tǒng)的要求。由于存在熱交換,間接式鍋爐的熱效率略低于直接式鍋爐。一臺(tái)間接式燃油燃?xì)鉄崴仩t可以配置最多3組盤管,根據(jù)每組盤管的換熱面積來分配其各供熱分區(qū)需要的熱負(fù)荷。燃油燃?xì)鉄崴仩t需考慮排污降溫設(shè)施。真空鍋爐是間接式鍋爐的一種,利用真空環(huán)境下盤管外被加熱的水蒸氣凝結(jié)釋放潛熱來加熱盤管內(nèi)的水。由于真空環(huán)境下水的沸點(diǎn)低于100 ℃,故真空鍋爐盤管內(nèi)的水溫度會(huì)比較低,一般最多可達(dá)80~90 ℃。真空鍋爐隨著使用時(shí)間的增加,真空度可能降低,導(dǎo)致熱效率降低。真空鍋爐無須考慮排污問題,不用考慮降溫設(shè)施。燃?xì)鈨r(jià)格便宜,經(jīng)濟(jì)性好,使用普遍。燃?xì)忮仩t的缺點(diǎn)是需要考慮泄爆問題。燃油或燃?xì)忮仩t不應(yīng)布置在人員密集場(chǎng)所的上一層、下一層或貼鄰; 燃油或燃?xì)忮仩t房應(yīng)設(shè)置在首層或地下1層的靠外墻部位,但常(負(fù))壓燃油或燃?xì)忮仩t可設(shè)置在地下2層或屋頂上。設(shè)置在屋頂上的常(負(fù))壓燃?xì)忮仩t,距離通向屋面的安全出口不應(yīng)小于6 m。采用相對(duì)密度(與空氣密度的比值)不小于0.75的可燃?xì)怏w為燃料的鍋爐,不得設(shè)置在地下或半地下。鍋爐房的疏散門均應(yīng)直通室外或安全出口。鍋爐房不能設(shè)置在主要通道、疏散口的兩旁。住宅建筑物內(nèi),不宜設(shè)置鍋爐房。鍋爐房的外墻、樓地面或屋面應(yīng)有相應(yīng)的防爆措施,并應(yīng)有相當(dāng)于鍋爐間占地面積10%的泄壓面積,泄壓方向不得朝向人員聚集的場(chǎng)所、房間和人行通道,泄壓處也不得與這些地方相鄰。地下鍋爐房采用豎井泄爆方式時(shí),豎井的凈橫斷面積應(yīng)滿足泄壓面積的要求。鍋爐應(yīng)考慮排煙使用的煙管及煙道問題。

        一般情況下不選用燃油鍋爐,采用燃?xì)鉄崴仩t,燃?xì)忮仩t房不選擇設(shè)置在屋頂。

        2.2 容積式燃?xì)鉄崴畽C(jī)組

        國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《生活熱水加熱機(jī)組》20S121中,單臺(tái)功率小于100 kW,最大水容積小于500 L的不認(rèn)為是鍋爐。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)GB 18111-2021《燃?xì)馊莘e式熱水器》適用于額定熱負(fù)荷小于100 kW,額定容積小于500 L的容積式燃?xì)鉄崴鳌?/p>

        容積式燃?xì)鉄崴畽C(jī)組又稱燃?xì)馊莘e式熱水器、大炮彈。由于其不屬于鍋爐,在設(shè)備機(jī)房的選擇上具有更大的靈活性,無須考慮泄爆口,但是需考慮排煙問題。

        2.3 空氣源熱泵

        空氣源熱泵分常溫型、低溫型(-15 ℃)和超低溫型(-30 ℃),低溫型和超低溫型價(jià)格更高,但是后者在環(huán)境溫度較低時(shí),COP值比常溫型高。循環(huán)式熱水機(jī)是一套先將自來水注入保溫水箱,再經(jīng)過機(jī)組將水箱中的水循環(huán)加熱至設(shè)定溫度的系統(tǒng)。一般空氣源熱泵出熱水的溫度最高為55 ℃,如果不能滿足末端水溫要求,需增加電加熱器。

        由于冬季空氣源熱泵機(jī)組COP值降低,為減少初期設(shè)備臺(tái)數(shù),可以適當(dāng)輔助電加熱系統(tǒng),但是應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)合理性比較。空氣源熱泵+輔助電加熱系統(tǒng)滿足GB 50189-2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第5.3.1條規(guī)定:集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的熱源,宜利用余熱、廢熱、可再生能源或空氣源熱泵作為熱水供應(yīng)熱源。當(dāng)最高日生活熱水量大于5 m3時(shí),除電力管理鼓勵(lì)用電,且利用谷電加熱的情況外,不應(yīng)采用直接電加熱熱源作為集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的熱源。

        空氣源熱泵的COP值跟環(huán)境溫度、進(jìn)水溫度、出水溫度有關(guān)系。環(huán)境溫度越高、進(jìn)水溫度越低、出水溫度越低均可以導(dǎo)致COP值增加。采用空氣源熱泵系統(tǒng)時(shí)應(yīng)當(dāng)考慮最冷月冬季平均氣溫并結(jié)合空氣源熱泵的COP值綜合考慮設(shè)備選型,必要時(shí)應(yīng)選用低溫型和超低溫型空氣源熱泵機(jī)組。

        從綠色建筑方面,空氣源熱泵與太陽(yáng)能經(jīng)常搭配使用,以達(dá)到節(jié)約能源的目的。為節(jié)約初期投資,可以考慮在春、夏、秋季采用空氣源熱泵系統(tǒng),在冬季輔以電加熱。承壓型空氣源熱泵機(jī)組一般可承壓1.0 MPa。

        2.4 太陽(yáng)能

        太陽(yáng)能集熱器分為真空管型太陽(yáng)能集熱器和平板型太陽(yáng)能集熱器。真空管型太陽(yáng)能集熱器分為全玻璃真空管型、玻璃-金屬結(jié)構(gòu)真空管型和熱管式真空管型太陽(yáng)能集熱器,全玻璃真空管型太陽(yáng)能集熱器工作壓力為0.05 MPa,平板型太陽(yáng)能集熱器和玻璃-金屬結(jié)構(gòu)真空管型太陽(yáng)能集熱器工作壓力為0.6 MPa。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)分為直接系統(tǒng)和間接系統(tǒng), 該系統(tǒng)設(shè)計(jì)可以參考國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)圖集《太陽(yáng)能集中熱水系統(tǒng)選用及安裝》15S128。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)可以跟電熱水機(jī)組、空氣源熱泵合并設(shè)置系統(tǒng)。太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)應(yīng)采用防凍、防結(jié)露、防過熱、防電擊、防雷、抗雹、抗風(fēng)、抗震等技術(shù)措施。

        2.5 電鍋爐及電熱水機(jī)組

        電鍋爐及電熱水機(jī)組不得單獨(dú)作為集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的熱源,但是可以與空氣源熱泵或太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)聯(lián)合供熱,不違反GB 50189-2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》第5.3.1條的規(guī)定。

        3 學(xué)校建筑熱水供應(yīng)系統(tǒng)相關(guān)計(jì)算問題

        3.1 熱水循環(huán)泵的計(jì)算

        3.1.1 熱水鍋爐與供熱閉式熱水罐、供熱開式熱水箱之間的循環(huán)

        循環(huán)泵流量按最大小時(shí)耗熱量的1.5~2.0倍設(shè)計(jì)(折算成供水溫度機(jī)組熱水產(chǎn)水量)。

        3.1.2 熱水回水管網(wǎng)的循環(huán)

        全日集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的熱水循環(huán)流量一般控制為最大小時(shí)熱水供水量的0.10~0.15。定時(shí)集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的熱水循環(huán)流量可按循環(huán)管網(wǎng)總水容積的2~4倍計(jì)算。循環(huán)管網(wǎng)總水容積包括配水管、回水管的總?cè)莘e,不包括不循環(huán)管網(wǎng)、水加熱器或貯熱水設(shè)施的容積。全日集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的循環(huán)水泵在泵前回水總管上應(yīng)設(shè)溫度傳感器,由溫度控制開停。定時(shí)熱水供應(yīng)系統(tǒng)的循環(huán)水泵宜手動(dòng)控制,或定時(shí)自動(dòng)控制。

        3.1.3 熱水熱媒循環(huán)系統(tǒng)

        循環(huán)泵流量按最大小時(shí)耗熱量的1.5~2.0倍設(shè)計(jì)(熱媒的供回水溫差為20 ℃計(jì)算熱媒循環(huán)熱水量)。

        3.1.4 熱水循環(huán)及管網(wǎng)布置的其他相關(guān)問題

        (1)集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)為減少分區(qū)數(shù)量,市政水壓直供高度范圍內(nèi)的熱水供水范圍也可以采用跟冷水合用的閉式變頻供水,其余非集中熱水供水范圍內(nèi)的冷水區(qū)采用市政直供,不屬于市政水壓未充分利用的界定情況。

        (2)開式系統(tǒng)的熱水加熱循環(huán)泵、熱水供熱管網(wǎng)循環(huán)泵、熱水供水泵應(yīng)分開設(shè)置。如果三泵合一, 在熱水供水過程中,熱水加熱循環(huán)、熱水供熱管網(wǎng)循環(huán)同時(shí)運(yùn)行的話,會(huì)導(dǎo)致供水泵壓力下降,不能滿足用水點(diǎn)壓力的情況。故這3種泵在熱水開式系統(tǒng)中要分開設(shè)置,不能合用,以免影響供水壓力。

        (3)為保證循環(huán)效果,減少運(yùn)行調(diào)試?yán)щy,減少檢修影響范圍,不建議采用區(qū)域統(tǒng)一的熱水供水管網(wǎng)和熱水回水循環(huán)管網(wǎng)系統(tǒng)。建議每棟宿舍樓單獨(dú)設(shè)置供熱管網(wǎng)及循環(huán)管網(wǎng),單獨(dú)設(shè)置加熱循環(huán)泵及供熱管網(wǎng)循環(huán)泵。

        3.2 電加熱器數(shù)量及功率的計(jì)算

        3.2.1 電加熱與太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)合用時(shí)

        電加熱器的功率應(yīng)滿足沒有太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)情況下所需要的熱負(fù)荷要求。電加熱器應(yīng)對(duì)供熱水箱中的水進(jìn)行循環(huán)加熱。電加熱器數(shù)量建議不少于2臺(tái)。

        3.2.2 電加熱器與空氣源熱泵熱水系統(tǒng)合用時(shí)

        電加熱器的功率應(yīng)滿足空氣源熱泵系統(tǒng)供熱不足部分所需要的熱負(fù)荷要求。電加熱器對(duì)供熱水箱中的水進(jìn)行循環(huán)加熱。一般可以考慮僅在冬季采用輔助電加熱,春、夏、秋季只運(yùn)行空氣源熱泵,以節(jié)約空氣源熱泵的數(shù)量和初期投資。輔助電加熱的功率及空氣源熱泵的臺(tái)數(shù)及功率的確定應(yīng)根據(jù)冬季室外溫度及產(chǎn)品的COP參數(shù)值綜合確定,應(yīng)通過經(jīng)濟(jì)技術(shù)及長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用綜合比較確定。電輔助加熱功率越大,空氣源熱泵的臺(tái)數(shù)及功率越少,初期投資越低,但是長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用越高。相反,電輔助加熱功率越小,空氣源熱泵的臺(tái)數(shù)及功率越大,初期投資越高,但是長(zhǎng)期運(yùn)行費(fèi)用越低。電加熱器數(shù)量建議不少于2臺(tái)。

        3.3 熱水鍋爐、熱水機(jī)組(單臺(tái)功率小于100 kW)數(shù)量及型號(hào)的計(jì)算

        燃油燃?xì)鉄崴仩t一般根據(jù)樓棟運(yùn)行組合搭配情況考慮多工況的運(yùn)行時(shí)間,進(jìn)而考慮鍋爐的選型搭配使用,以提高熱效率。一般至少選用2臺(tái),單臺(tái)不小于整個(gè)熱負(fù)荷的70%,以便檢修鍋爐時(shí)不過多影響使用。熱水機(jī)組(單臺(tái)功率小于100 kW)的選型應(yīng)根據(jù)熱負(fù)荷和儲(chǔ)水容積綜合考慮,一般考慮多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行使用,備用最大一臺(tái)熱水機(jī)組,以便檢修時(shí)不影響正常運(yùn)行。熱水機(jī)組(單臺(tái)功率小于100 kW)的選型應(yīng)考慮儲(chǔ)水總?cè)莘e是否滿足儲(chǔ)水要求,如果不滿足,應(yīng)另外單獨(dú)配置儲(chǔ)水罐。

        4 學(xué)校建筑集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)典型方案

        4.1 方案一:區(qū)域集中閉式熱水系統(tǒng)

        熱水鍋爐采用間接式燃?xì)鉄崴仩t,熱水鍋爐及開式熱水箱均集中位于地下室,冷熱水均采用變頻給水系統(tǒng)供水,冷熱水變頻泵出口壓力設(shè)定值相等,熱水管網(wǎng)為閉式系統(tǒng),設(shè)置管網(wǎng)末端循環(huán)泵,循環(huán)泵出口設(shè)置閉式膨脹罐。各樓棟供水管網(wǎng)及管網(wǎng)末端熱水循環(huán)泵均獨(dú)立設(shè)置。開式熱水箱跟燃?xì)鉄崴仩t之間設(shè)置熱水循環(huán)泵。生活熱水通過鍋爐中的盤管間接加熱,盤管熱水出水溫度60 ℃;熱媒水直接使用爐膛內(nèi)的水,溫度90 ℃。為避免相互影響,定時(shí)熱水供應(yīng)部分的熱水變頻供水機(jī)組應(yīng)單獨(dú)設(shè)置。

        該方案特點(diǎn):屬于閉式系統(tǒng),初期投資造價(jià)低,設(shè)備機(jī)房集中,機(jī)房面積小,熱水供水管網(wǎng)循環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜,室外需敷設(shè)熱水管道,運(yùn)行管理簡(jiǎn)單。熱水供水泵、供水管網(wǎng)、熱水管網(wǎng)末端循環(huán)泵分樓棟設(shè)置,易調(diào)試,運(yùn)行可靠。鍋爐應(yīng)有備用,鍋爐房位于地下室,需考慮泄爆口位置,鍋爐需考慮排煙問題。該方案適用于地下室有面積設(shè)置燃?xì)鉄崴仩t房、開式儲(chǔ)熱水箱及熱水循環(huán)泵且供熱半徑不是很大的情況。

        4.2 方案二:集中制熱分散儲(chǔ)熱開式熱水供應(yīng)系統(tǒng)

        熱水鍋爐采用間接式燃?xì)鉄崴仩t,熱水鍋爐集中位于地下室,開式熱水箱位于各樓棟屋頂。開式熱水箱跟燃?xì)鉄崴仩t之間設(shè)置熱水循環(huán)泵。生活熱水通過鍋爐中的盤管間接加熱,盤管熱水出水溫度60 ℃,一臺(tái)鍋爐可設(shè)置最多3套盤管,每套盤管對(duì)應(yīng)一棟宿舍,每套盤管的換熱面積對(duì)應(yīng)其所需熱負(fù)荷。該系統(tǒng)也可以采用板換外置的方式進(jìn)行設(shè)計(jì),多套板換可對(duì)應(yīng)多棟宿舍,板換與鍋爐間需設(shè)置熱媒水循環(huán)水泵。冷水給水系統(tǒng)在屋頂設(shè)置與熱水箱同標(biāo)高的冷水箱,冷水箱的有效容積按0.5 h最大時(shí)冷水用水量計(jì)算。對(duì)于水壓能滿足要求的樓層采用重力流供水,其余樓層采用變頻給水系統(tǒng),冷熱水分別設(shè)置變頻給水泵組。冷水及熱水系統(tǒng)的供水方式及管網(wǎng)布置完全一致。需單獨(dú)設(shè)置鍋爐與開式熱水箱之間的循環(huán)泵及熱水供水管網(wǎng)的循環(huán)泵,每棟樓的循環(huán)泵均獨(dú)立設(shè)置。

        該方案特點(diǎn):屬于開式系統(tǒng),系統(tǒng)較復(fù)雜,調(diào)試較困難,設(shè)備機(jī)房分散,機(jī)房總面積大,初期投資高。屋頂需設(shè)置冷水及熱水供水泵、供水管網(wǎng)熱水循環(huán)泵,產(chǎn)生振動(dòng)及噪音。所有水泵應(yīng)考慮防雨措施。熱水供水管網(wǎng)復(fù)雜,分為直供區(qū)和加壓區(qū),循環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜,運(yùn)行不穩(wěn)定。室外需埋地敷設(shè)熱水循環(huán)管道,熱水循環(huán)管網(wǎng)長(zhǎng),熱損失大,鍋爐需考慮備用。室外熱水循環(huán)管網(wǎng)檢修影響小,只會(huì)影響單棟宿舍,開式水箱熱損失大。該方案適用于定時(shí)供水?dāng)?shù)量較大、水箱容積較大地下室無法設(shè)置熱水箱的情況。鍋爐房位于地下室,需考慮泄爆口,同時(shí)鍋爐需要考慮排煙問題。

        4.3 方案三:分散式太陽(yáng)能預(yù)熱加電輔熱熱水供水系統(tǒng)

        在太陽(yáng)能豐富的地區(qū),可以采用太陽(yáng)能集熱系統(tǒng),并設(shè)置電輔熱。每棟宿舍屋頂設(shè)置一套太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)及一個(gè)電熱水鍋爐房,在鍋爐房?jī)?nèi)部設(shè)置電熱水鍋爐。每個(gè)屋頂設(shè)置預(yù)熱開式熱水箱或是預(yù)熱閉式熱水罐,構(gòu)成太陽(yáng)能預(yù)熱系統(tǒng)。每個(gè)屋頂設(shè)置開式熱水供水箱或閉式熱水供水罐。電熱水鍋爐循環(huán)加熱開式熱水供水箱或閉式熱水供水罐的熱水至需要的溫度。熱水系統(tǒng)的冷水補(bǔ)水直接進(jìn)入集熱水箱或集熱水罐。太陽(yáng)能集熱水箱或集熱水罐的容積、集熱板的數(shù)量、集熱系統(tǒng)的循環(huán)按照太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)的要求計(jì)算。電熱水鍋爐與開式熱水供水水箱或閉式熱水供水水罐之間設(shè)置熱水循環(huán)泵。鍋爐房下方不得是人員密集場(chǎng)所,宿舍屬于人員密集場(chǎng)所,故鍋爐房設(shè)置在屋頂時(shí),必須考慮夾層,或是在其下層的房間必須是非人員密集場(chǎng)所。開式系統(tǒng)屋頂冷、熱水箱及系統(tǒng)供水、循環(huán)設(shè)置要求同方案二。當(dāng)采用閉式系統(tǒng)時(shí),屋頂無需設(shè)置冷水箱。采用開式系統(tǒng)時(shí),集熱系統(tǒng)及供熱系統(tǒng)均為開式系統(tǒng),設(shè)置開式集熱水箱及開式供熱水箱。采用閉式系統(tǒng)時(shí),集熱系統(tǒng)及供熱系統(tǒng)均為閉式系統(tǒng),設(shè)置閉式集熱水罐及閉式供熱水罐。

        該方案特點(diǎn):在太陽(yáng)能豐富的地區(qū),政府會(huì)要求利用太陽(yáng)能來節(jié)約能源。供水系統(tǒng)可以選擇采用開式或閉式系統(tǒng)。由于需考慮陰雨天的熱水供水問題,電鍋爐的設(shè)計(jì)功率必須滿足沒有太陽(yáng)能的情況下的最大熱負(fù)荷,設(shè)計(jì)功率極大。由于每棟樓都分散設(shè)置太陽(yáng)能集熱系統(tǒng)、電鍋爐房、集熱開式熱水箱或閉式熱水罐、供熱開式熱水箱或閉式熱水罐,造成初期投資極高,設(shè)備機(jī)房分散,機(jī)房總面積大,屋頂太陽(yáng)能集熱板占用屋頂面積極大。屋頂需設(shè)置太陽(yáng)能集熱循環(huán)泵、熱水供水泵及熱水管網(wǎng)循環(huán)泵,開式系統(tǒng)還需要設(shè)置冷水供水泵,產(chǎn)生振動(dòng)及噪音,同時(shí)需考慮防雨措施。熱水管網(wǎng)分集熱管網(wǎng)和供熱管網(wǎng),供熱管網(wǎng)分為直供區(qū)和加壓區(qū),系統(tǒng)復(fù)雜。室外無需埋地敷設(shè)熱水管道,系統(tǒng)運(yùn)行管理復(fù)雜,工作量大。鍋爐檢修或室內(nèi)管網(wǎng)檢修,只會(huì)影響單棟宿舍。開式水箱熱損失大。該方案適用于政府或甲方有要求的太陽(yáng)能豐富的地區(qū),同時(shí)最高電負(fù)荷要求能得到滿足、沒有燃?xì)鉄嵩垂?yīng)的項(xiàng)目。

        4.4 方案四:分散式空氣源熱泵加電輔熱熱水供水系統(tǒng)(開式或閉式)

        對(duì)于有綠建要求的項(xiàng)目可以采用空氣源熱泵系統(tǒng),并設(shè)置電輔熱。每棟宿舍屋頂設(shè)置一套空氣源熱泵系統(tǒng)及一個(gè)電熱水鍋爐房,在鍋爐房?jī)?nèi)部設(shè)置電熱水鍋爐。為節(jié)約初期投資,可以考慮在春、夏、秋季采用空氣源熱泵系統(tǒng),在冬季輔以電輔熱。由于空氣源熱泵的供水溫度偏低,如果要求較高的供水溫度,需要設(shè)置電輔熱。在每個(gè)屋頂設(shè)置開式熱水供熱水箱或閉式熱水罐,同時(shí)進(jìn)行空氣源熱泵加熱循環(huán)和電熱水鍋爐加熱循環(huán)。熱水系統(tǒng)的冷水補(bǔ)水直接進(jìn)入供熱水箱或水罐??諝庠礋岜玫臄?shù)量及型號(hào)按照春、夏、秋3季的最大熱負(fù)荷計(jì)算。空氣源熱泵與供熱水箱或供熱水罐間的循環(huán)按照空氣源熱泵系統(tǒng)的要求計(jì)算。鍋爐房及系統(tǒng)供水設(shè)置要求同方案三。

        該方案特點(diǎn):有綠建和節(jié)能要求的建筑,空氣源熱泵是個(gè)不錯(cuò)的選擇。供水系統(tǒng)可以采用開式或閉式系統(tǒng),電鍋爐的設(shè)計(jì)功率必須滿足冬季空氣源熱泵不能滿足的那部分熱負(fù)荷。由于每棟樓都分散設(shè)置空氣源熱泵系統(tǒng)、電鍋爐房、開式熱水箱或閉式熱水罐,造成初期投資高,設(shè)備機(jī)房分散,機(jī)房總面積大。屋頂需設(shè)置空氣源熱泵系統(tǒng)循環(huán)泵、熱水供水變頻泵及熱水管網(wǎng)循環(huán)泵,開式系統(tǒng)還可能設(shè)置冷水供水變頻泵,產(chǎn)生振動(dòng)及噪音,同時(shí)應(yīng)考慮防雨措施。供熱管網(wǎng)系統(tǒng)及循環(huán)系統(tǒng)復(fù)雜。室外無需埋地敷設(shè)熱水管道,運(yùn)行管理復(fù)雜,工作量大。鍋爐檢修或室內(nèi)管網(wǎng)檢修,對(duì)系統(tǒng)影響小,只會(huì)影響單棟宿舍,供水安全性高。開式水箱熱損失大。該方案適用于政府有綠建要求、對(duì)節(jié)能要求高、沒有燃?xì)鉄嵩垂?yīng)的建筑。

        4.5 方案五:分散式閉式熱水機(jī)組供水系統(tǒng)

        教師宿舍、留學(xué)生宿舍等規(guī)模不大、床位數(shù)不多的集體宿舍,當(dāng)供水要求較高時(shí),可以采用燃?xì)忾]式熱水機(jī)組,俗稱“大炮彈”,每臺(tái)機(jī)組功率小于100 kW,單臺(tái)最大水容積小于500 L,承壓1.0 MPa。每臺(tái)機(jī)組自帶儲(chǔ)熱水容積,可根據(jù)設(shè)備選型。每臺(tái)機(jī)組達(dá)到設(shè)定溫度才會(huì)出熱水。一般情況需多臺(tái)并聯(lián)運(yùn)行,總?cè)莘e需達(dá)到系統(tǒng)所需的調(diào)節(jié)容積。由于機(jī)組的功率受限制,一般不適用于大規(guī)模定時(shí)熱水供水系統(tǒng),以免造成初期投資過大。分散式閉式熱水機(jī)組供水系統(tǒng),可以按樓棟將熱水機(jī)組統(tǒng)一設(shè)置在每個(gè)屋頂,采用集中熱水系統(tǒng);也可以按樓層分散設(shè)置熱水機(jī)房,每層或每幾層設(shè)置一套集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)及一個(gè)熱水機(jī)房。由于熱水機(jī)組不屬于鍋爐,熱水機(jī)房的位置沒有特別要求,可以毗鄰學(xué)生宿舍,也可位于學(xué)生宿舍的上方,但是需考慮燃?xì)鉄崴畽C(jī)組排煙的問題。熱水機(jī)組有室外型和室內(nèi)型2種,可以露天設(shè)置在室外或是設(shè)置在機(jī)房?jī)?nèi)。熱水供水管網(wǎng)循環(huán)泵設(shè)置在屋頂時(shí),應(yīng)考慮防雨和抗振動(dòng)措施。熱水機(jī)組自帶部分儲(chǔ)水容積,當(dāng)多個(gè)熱水機(jī)組的儲(chǔ)水總?cè)莘e能滿足規(guī)范要求時(shí),可以不再單獨(dú)配置儲(chǔ)水罐。否則,容積不夠部分應(yīng)加配儲(chǔ)水罐。該方案僅適用于個(gè)別樓棟或局部樓層高標(biāo)準(zhǔn)供熱、鍋爐房設(shè)置困難的局部場(chǎng)所或局部改造項(xiàng)目,例如:留學(xué)生宿舍、教師宿舍、食堂、浴室、體育館、風(fēng)雨操場(chǎng)等處,造價(jià)高。

        5 室外熱水管線的敷設(shè)問題

        室外熱水管線的敷設(shè)分為熱力管溝和保溫管直埋2種方式。室外熱水管道采用熱力管溝的敷設(shè)方式對(duì)于熱損失來說比直埋管小,不會(huì)出現(xiàn)埋地管保溫層接頭漏水進(jìn)去的問題。但是熱力管溝造價(jià)較高,會(huì)增加初期投資。同時(shí),熱力管溝會(huì)占用室外空間,需考慮管溝排水問題,通??紤]在室外集中設(shè)置幾處集水坑來提升排除溝內(nèi)集水,溝底找坡排水至集水坑。高密度聚乙烯外防護(hù)管聚氨酯發(fā)泡預(yù)制直埋保溫復(fù)合塑料管是由外防護(hù)管、保溫層、工作管組成。外防護(hù)管為高密度聚乙烯管材,保溫層為聚氨酯硬質(zhì)泡沫塑料,工作管為PERTII耐熱聚乙烯管道、聚丁烯PB管、氯化聚氯乙烯CPVC管、無規(guī)共聚聚丙烯PPR管等。參見中華人民共和國(guó)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)CJ/T 480-2015《高密度聚乙烯外防護(hù)管聚氨酯發(fā)泡預(yù)制直埋保溫復(fù)合塑料管》。

        6 結(jié)束語(yǔ)

        學(xué)校建筑集中熱水系統(tǒng)方案遠(yuǎn)不止這幾種類型,但是無論哪種類型,均不能逃離熱源的選擇、機(jī)房位置的確定、開式及閉式系統(tǒng)的選擇、管網(wǎng)系統(tǒng)不同的循環(huán)方式等幾個(gè)方面。只有在結(jié)合政府部門的綠建要求、當(dāng)?shù)乜色@取熱源的型式、建筑機(jī)房位置的可選擇性等幾個(gè)方面來對(duì)比分析,方可得出正確的結(jié)論。

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