北师大国际学术交流中心热水系统设计概要

陈宁
建设部建筑设计院

　　北师大国际学术交流中心位于北京新街口外大街与学院南路交叉口，北京师范大学校园东南角。占地面积约1.0公顷，建筑面积4.6万M²是一现代化的综合楼。地下二层，地上十六层，建筑高度70.02M。十二～十六层为客房，八～十一层为公寓，设备层，四～七层为办公，一～三层为厨房、餐厅、多功能厅、游泳池、桑拿等。地下一层为汽车库，地下二层为人防，设备用房。
　　本工程设集中热水供应系统，需要供给热水的地方有：客房、公寓、厨房、餐厅、游泳池、桑拿、所有卫生间等。
　　本工程需自备热源。为了使该工程生活热水供应系统设计得合理、可靠、经济，我们对当前国内一些较先进，推广应用较广的相关设备的搭配进行了比较。以下就这些内容及热水系统的设计概况作一简单介绍。

　　一、供热机组的选择

　　 国内近几年来制备热源的设备主要有溴化锂直燃机组和燃油燃气热水机（即无压热水炉）。
　　1、溴化锂直燃机组
　　溴化锂直燃机组全称为“直燃型溴化锂吸收式冷热水机组”是暖通专业用于制冷采暖的一种两用设备。这种设备是以油（轻油、重油）和气（石油气、煤气等）为能源泉直接燃烧经过换热来达到制冷和产热的目的。近年来，一些厂家将该设备在空调制冷的基础上又附加了制备生活热水的功能。即将空调的制冷、产热与提供生活热水三种功能集为一体，意在简化设备，节省机房占地面积，这对于不少建设单位和用户是具有诱惑力的。
　　对此，我们请教了我院的专家，拜读了“专业杂志”上对溴化锂直燃机组兼供生活热水利弊分析的文章。通过学习和分析，我们认为溴化锂直燃机组兼供生活热水虽然设备简化了，占地省了，但存在如下较大的问题：
　　⑴不经济
　　由于“机组”制备生活热并不是利用制冷、产热二个循环过程中的余热，而且通过加大燃烧器和高压发生器通过附加的生活热水换热来达到的。这样“机组”的负荷要按二者迭加来考虑。本工程生活热水耗热量的36%以上，则“机组”的负荷要相应增大36%以上。这样机组的制造成本加大，一次投资加大。经查设备费用约增加150万。
　　另则，“机组”的运行不经济，由于生活热水是常年供热而空调供冷、供热是有季节性的。这样，设备运行效率很低，尤其是只供生活热水时，因生活热水供热很不均匀，在低负荷时是典型的大马拉小车。“机组”的低效更为突出，这样，设备的经常运行费将明显提高。
　　⑵不合理
　　生活热水的供热工况和空调制冷产热工况是截然不同的。前者是全年供热的，而每天的供热量又是极不均匀的。后者是有季节性的，供热制冷是基本均匀的；前者是直流供水，且水质一般不经软化处理，而后者为循环系统，其循环水为软化水。因此把这三者拼在一起显然是不合理的，燃烧器的能力与空调负荷及生活热水负荷均不匹配，难以实现有效稳定的自动控制。
　　⑶存在不安全的隐患
　　由于“溴化锂直燃机组”的燃烧器示按供生活热水的设计秒流量的供热量（当无调节设施时）＋空调负荷来选择的。因此，当只供生活热水用热时，燃烧器显然偏大。尤其是生活热水为低负荷时，燃烧器的工作可能会突开突关，控制系统一旦失灵会导致生活热水快速升温超过规定温度，这样不仅可能烫伤人的事故，且会使高压发生器内压升高，破坏其真空状态。给整个“机组”运行带来不安全的隐患。
　　(4)不利于系统冷热水压力的平衡
　　“溴化锂直燃机组”的生活热水供热部分为一块速加热器的结构，被加热的生活热水流速高，阻力大（一般2-5m）。阻力随着生活用水负荷的变化也很大。因此，在系统使用中将引起热水坟力不够，压力不稳定。费水耗能，用水不舒适。
　　由于“溴化锂直燃机组”用于生活热水供热存在的问题较多，因此，我们在本工程设计时，放弃了与暖通共用“机组”的方案。
　　2、燃油燃气热水机组
　　“燃油燃气热水机组”是近年来发展快，推广应较广的一种供生活热水或兼供采暖热水的无压锅炉。
　　目前国内生产这种“燃油燃气热水机组”的厂家很多，“机组”的类型也较多，按其供热的方式来分为直接供热型和间接供热型。
　　直接供热型机组：即为冷水直接进入炉体，被加热成热水后直接作为生活热水供给系统使用。这种供水方式，一般是将“机组”配置—热水贮水箱放在屋顶上，重力流供水，且要求冷水硬度较低，以减少“机组”的经常维修工作，延长“机组”的使用寿命。
　　间接供热型机组：这种“机组”内的热水（或其它介质）不直接使用，只作热媒用。其供热是通过内置换热器或外置换热器来进行的。内置换热器也有多种型式，较普遍的是用U型盘管静置在炉体腔内，U型盘内走被加热水外为炉体热水（或其它介质）。这种“机组”的优点是“机组”灵活，占地少，可放在地下室，可利用冷水压力直接供水，系统简单缺点是：换热效果差，U型盘管静置在水腔内，传热系数K值低，未经软化处理的被加热水走在U型管内，当水质较硬时，将易结垢 不便维修；且阻力大，阻力变化大，不利于系统的冷热压力平衡。
　　外置换热器的机组，则是将机组与换热器分开，机组提供热媒，经换热器换热后提供热水，这种供热方式的缺点是相对直接供热效率低一点。优点是设备可放在地下室，被加热水走在换热器的壳程，阻力小，有利于整个系统冷热水压力的平衡，且方便清除水垢和维修。
　　本工程位于“北京”，冷水水质较硬，且屋顶没有设置机组加大热水箱的地方，因此我们选择了外配换热器的间接供热型热水机组的型式。
　　供热的方式选定后，下一步就是选择哪一种“机组”和哪一种换热器的问题。对此，我们也作了一些调研分析，最后选择了燃气型组环式热水机组和DFHRV导流浮动盘管型半窖式换热器联合供给生活热水的方式。
　　⑴组环式热水机组
　　组环式热水机组是一种无受火管无筒的新型水加热设备，完全自由组合式，炉内各部件可以相对自由热胀冷缩，其结构充分利用了辐射换热的传热方式，通过逐渐变窄的烟道增强了单位换热面积的对流换热量。所需的换热面积减少和何种的缩小，钢材耗量也相应降低，尤其是换热构件不需管材，节省材料，与同型其他热水机组相比具有体积小，重量轻，占地少的优点。
　　⑵DFHRV浮动盘管半容积换热器
　　DFHRV浮动盘管半管窖换热器检修维护方便，盘管可以罐内抽出检修更换。国内许多浮动盘管容积式半窖换热器存在不能检修或检修困难优于U型管换热器，但受水质、使用条件、热媒工况等的影响仍有结垢 的可能，容器内壁，换热盘管的腐蚀也需要检修更换。
　　DFHRV浮动盘管半窖换热器采用多行程螺旋的浮动管组，热媒颁布均匀，流程长消除了短路换热现象，换热管束底部已接近罐底加上导流装置罐内基本上消除了冷水滞水区，容积利用率可达95%以上，它具有一定的调节容积保证供水的可靠性。它的被加热水头损失很小△h≦1M保证冷、热水压力平衡。

　　二、热水供水系统设计：

　　 ⑴系统设计
　　热水供水分区同冷水系统，三层及三层以下为低区其供水系统为下行上给式，四层及四层以上为高区其供水系统为上行下给式，管道系统为等流程布置。
　　高区换热器的冷水由屋顶水箱专用管道供给，十一层及十一层以下通过减压阀减压后供给热交换器，低区热交换器的冷水由市政管网直接供给。冷水进入热交换器前经过电子水处理仪以防结垢。
　　经高、低区热交换器交换出的热水经分水器按使用功能的不同分别接热水管供给各个用水点，保证不同功能的生活热水互干干扰，相对独立（详见附图）。
　　⑵系统循环
　　系统采用全日制机械循环供水，高、低区循环泵均设在热交换间内，由各区回水管路上设置的温度控制器控制循环泵的开启，当回水温度低于50℃时循环泵停止工作。
　　⑶管材的选用
　　公寓，客房卫生间支管选用铝塑复合管，由于铝塑复合管PEX-AL-PEX的特殊结构它具备了金属管和塑料管的优点，重量轻，耐腐蚀，卫生条件好，使用寿命长，管容易穹曲定型，施工安装方便。由于目前铝塑复合管规格较小最大到DN32mm，因此，只能用于支管，采用卡压式管件连接。
　　干管选用聚丁稀管，聚丁稀管管材是世界上先进的热水管材之一，而久抗老化性能强，导热系数低（0.22w/mk）绝热保温性好，减少了保温厚度，无毒无害，微生物不能渗透，贮存的水不会变质，施工安装方便。连接方式采用挤压夹紧管件或热溶合。