集中热水供应系统的循环方式与节水

冯萃敏，付婉霞
(北京建筑工程学院城市建设与工程系，北京100044)

　　摘　要：比较了集中热水供应系统采用不同循环方式所产生的无效冷水量，对不同循环方式的工程成本及节水效果进行了综合评价，提出了对新建集中热水供应系统应优先选用支管循环方式或立管循环方式，避免采用无循环方式或干管循环方式的观点。
　　关键词：建筑；集中热水供应系统；循环方式；节水
　　中图分类号：TU995.1
　　文献标识码：C
　　文章编号：1000-4602(2001)09-0046-03

　　据调查，大多数集中热水供应系统存在严重的浪费现象，主要体现在开启热水配水装置后，不能及时获得满足使用温度的热水，而是要放掉部分冷水之后才能正常使用。这部分冷水，未产生应有的使用效益，因此称之为无效冷水。这种水量浪费现象是设计、施工、管理等多方面原因造成的。如在设计中未考虑热水循环系统多环路阻力的平衡，循环流量在靠近加热设备的环路中出现短流，使远离加热设备的环路中水温下降；热水管网布置或计算不合理，致使混合配水装置冷热水的进水压力相差悬殊，若冷水的压力比热水大，使用配水装置时往往要出流很多冷水，之后才能将温度调至正常。在施工方面，如管道保温质量差，导致管道热损失增加、配水温度低于设计值；横管敷设不合要求，导致管网滞气，循环流量不能保持正常循环，系统热损失得不到及时补偿，从而使水温逐渐下降。在管理方面，如管道保温层脱落、系统温控或排气装置失灵而没有及时维护、检修等，将直接影响热水系统设计水温的保持。
　　集中热水供应系统的无效冷水量可通过严格执行有关设计、施工规范和建立、健全管理制度，从而在一定程度上得到控制。然而，要从根本上减小或消除无效冷水量，必须从系统内部挖掘原因和寻找改善措施。
1理论无效冷水量及节水量计算现行《建筑给水排水设计规范》(GBJ 15—88)和《建筑给水排水设计规范》(GBJ 15—2000，征求意见稿)中提出了建筑集中热水供应系统的三种循环方式：干管循环(仅干管设对应的回水管)、立管循环(立管、干管均设对应的回水管)和干管、立管、支管循环(干管、立管、支管均设对应的回水管)。
　　同一座建筑的热水供应系统，选用不同的循环方式，其无效冷水的出流量是不同的。以位于北京市西三环中路的万泉公寓B栋为例，该建筑共13层(包括地下设备层)，热水供应系统分为两个区，1～6层为低区，7～12层为高区，每区有两根立管，每根立管负担各层2户的热水供应。低区1号立管系统布置(第6层)如图1所示。

　　根据现有热水配水管线的布置，假设系统无设计、施工、管理缺陷，分别计算采用不同循环方式及无循环方式的一次理论无效冷水量(以无对应回水管的热水配水管贮水量计)。理论无效冷水管道长度(以无对应回水管的热水配水管道长度计)见表1。

表1　理论无效冷水管道长度统计 管道公称直径(mm) 支管循环(m) 立管循环(m) 干管循环(m) 无循环(m) 15 0 470.3 470.3 470.3 20 0 108.8 108.8 108.8 25 0 410.5 419.5 419.5 32 0 0.8 27.8 27.8 40 0 0 24.0 24.8 50 0 0 40.6 112.3 70 0 0 0 7.0

　　按表1的管长并以每天一次计，采用支管循环、立管循环、干管循环和无循环时，该建筑的理论无效冷水量依次为0、116.59、166.24和227.46m³/a，见表2。

表2　理论无效冷水量与节水量计算 项目 支管循环 立管循环 干管循环 无循环 理论无效冷水量(m³/次) 0 0.32 0.46 0.62 理论无效冷水量(m³/a) 0 116.59 166.24 227.46 理论节水量(m³/a) 227.46 110.86 61.22 0

　　由表2可见，采用支管循环方式理论上不产生无效冷水，而无循环方式的理论无效冷水量最大，约为采用立管循环方式的1.9倍。采用干管循环方式的理论无效冷水量次之，约为采用立管循环方式的1.4倍，即采用立管循环、干管循环、无循环方式的理论无效冷水量之比为1∶1.4∶1.9。
　　通过各循环方式的理论无效冷水量与无循环方式的比较可知，采用支管循环、立管循环、干管循环的节水量(无循环方式与各循环方式的年无效冷水量之差)分别为：227.46、110.86和61.22 m3/a(见表2)，即三种循环方式的年节水量之比为3.7∶1.8∶1。

2　回水系统工程成本的计算

　　仍以万泉公寓B栋为例，根据1996年北京市《建设工程概算定额》及《建设工程间接费及其他费用定额》，计算采用各种循环方式时回水系统的工程成本概算。该公寓热水系统现采用立管循环方式，参照现有回水管路系统的布置情况，设计各种循环方式的回水管道系统，即回水管道起点管径与相应配水管道管径相同，在循环流量增加后，回水管道管径也相应增大，同时比相应配水管道管径小1档或2档；回水管的管长与相应配水管道相同，管材均为镀锌钢管，回水管均设20 mm以内防结露保温层并刷厚漆一遍。这样采用各种循环方式时，回水系统所需的管道长度如表3所示，回水系统设置相应的水表、阀门、循环泵等设施的规格和数量见表4。各循环系统均需设置加热设备及热媒系统，因而在成本计算中不予考虑。

表3　　回水系统管道长度统计 管道公称直径(mm) 支管循环(m) 立管循环(m) 干管循环(m) 15 470.3 0 0 20 519.3 0 0 25 36.8 100.6 0 32 24.0 0 0 40 112.3 71.7 71.5 50 7.0 7.0 7.0

表4 回水系统附件及设备统计表 循环方式 支管循环 立管循环 干管循环 设备类型 水表 丝扣阀门 管道泵 丝扣阀门 管道泵 丝扣阀门 管道泵 公称直径(mm) 20 20 32 40 出口≤32 25 出口≤25 25 出口≤25 数量 48具 48个 12个 4个 4台 16个 4台 16个 4台

　　采用各种循环方式时，回水系统的概算工程成本计算结果列于表5。

表5 回水系统工程成本

元

循环方式 支管循环 立管循环 干管循环 工程成本 61415.18 12426.72 6981.65

　　由表5的概算结果可知，采用立管循环方式时，回水系统的工程成本约为干管循环方式的1.8倍，而采用支管循环方式时成本最高，约为立管循环的4.9倍、干管循环的8.8倍，即采用支管循环、立管循环、干管循环的工程成本之比为8.8∶1.8∶1。

3　综合评价

　　根据各种循环方式的年节水量计算结果，且热水收费单价以9.00 元/m³计，则采用支管循环、立管循环、干管循环可节约热水费(年节水量与水费单价的乘积)分别为2 047.11、997.76和550.97 元/a。
　　照此计算，假设热水单价稳定不变，采用不同循环方式的回水系统工程成本的回收期限(工程成本除以年节约热水费)分别为：30、12.45、12.67年。
　　对各种循环方式节水效果和回水系统工程成本的综合分析见表6。

表6　理论节水效果与工程成本的综合分析 项目 支管循环 立管循环 干管循环 年节水量(m³/a) 227.46 110.86 61.22 工程成本(元) 61415.18 12426.72 6 981.65 节约热水费(元/a) 2047.11 997.76 550.97 工程成本回收期限(a) 30 12.45 12.67

　　由表6可知，采用支管循环方式的节水量可观，为立管循环的2.1倍、干管循环的3.7倍，而工程成本也最高，分别为采用立管循环、干管循环的4.9倍、8.8倍。
　　采用立管循环方式的节水量是采用干管循环方式的1.8倍，而工程成本也为采用干管循环方式的1.8倍。可见，与干管循环方式相比，立管循环方式节水效果较好，与支管循环方式相比，立管循环方式的经济优势显著。
　　干管循环方式的节水效果较差，虽然其回水系统的工程成本较低，但工程成本的回收期限与立管循环方式基本相同，所以干管循环并无显著经济优势。

4　结论

　　同一建筑采用各种循环方式的节水效果，其优劣依次为支管循环、立管循环、干管循环，而按此顺序各回水系统的工程成本却是由高到低。因此，新建建筑的集中热水供应系统在选择循环方式时需综合考虑节水效果与工程成本。
　　①无循环热水系统的理论无效冷水量最大，水量浪费极其严重，在集中热水供应系统中应避免采用。
　　②干管循环方式的水量浪费严重，而且建筑的层数越多，无效冷水管段长度会因立管的增长、支管的增加而增加，因而理论无效冷水量也将随之增大，远大于支管循环和立管循环，且与其他循环方式相比，其经济优势并不明显。因而，新建建筑集中热水供应系统应避免选用干管循环方式。
　　③支管循环方式理论上不产生无效冷水，针对我国水资源紧缺、需尽可能降低无效冷水量的状况，从长期发展的角度讲，热水系统采用支管循环方式是最佳选择。
　　④立管循环方式与干管循环和无循环相比节水效果显著，工程成本明显低于支管循环方式。根据我国目前的经济状况，立管循环方式在一定的时期内可以作为集中热水供应系统循环方式的另一选择方案。
　　综上所述，新建建筑的集中热水供应系统应根据建筑性质、建筑标准、地区经济条件等具体情况选用支管循环方式或立管循环方式，避免采用无循环和干管循环方式。

参考文献：

　　［1］GBJ 15—88，建筑给水排水设计规范［S］.
　　［2］北京市城乡建设委员会.北京市建设工程概算定额建筑工程(第4册，给排水、采暖、煤气)［M］.北京：北京市城乡建设委员会，1996.
　　［3］北京市城乡建设委员会.北京市建设工程间接费及其他费用定额［M］，北京：北京市城乡建设委员会，1996.

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　　收稿日期：2001-06-29