高层建筑热水系统.docx

1、高层建筑热水系统31高层建筑雨水供四系统311热水供应系统的组成 高层建筑热水供应系统的基本要求是：保证用户能按时得到符合设计要求的水量、水温、水压和水质的热水。 热水供应系统的组成，应根据使用对象、建筑物特点、热水用量、用水规律、用水点分布、热源情况、水加热设备、用水要求、管网布置、循环方式以及运行管理条件等的不同而有所不同。 图31为集中热水供应系统的一种方式及其基本组成。由锅炉生产的蒸汽，经热煤管送人加热器把冷水加热；蒸汽凝结水由凝结水管排至凝结水池；锅炉用水由凝结水池旁的凝结水泵送入；水加热器中所需冷水由给水箱供给，加热后的热水由配水管送到各用水点；为了保证热水温度，循环管(回水管)和

2、配水管中还循环流动着一定数量的循环热水，用以补偿配水管路在不配水时的热损失。因此，集中热水供应系统是由第一循环系统(包括热源、热媒管网及水加热器等设备)和第二循环系统(包括水加热器、配水和水管网等设备)组成的。312 热水供应系统的类型高层建筑热水供应工程就其供应范围可分为局部、集中和小区热水供应系统3大类。1）局部热水供应系统局部热水供应系统通常由单独的热水器把冷水加热，供单个或少数用水点使用。该系统设备简单，管网造价低，维护管理容易、灵活，热损失小。但一般加热器效率较低，热水成本高，使用不够舒适。这种方式在高层住宅中使用较多，在一些中等的旅馆中也有使用。常用的加热器有：太阳能加热器、电加热

3、器、燃气加热器以及蒸汽加热器等。适用于热水用水量不超过4个淋浴器的用户，热水用水点分散且用水量不大的建筑或设置集中热水供应系统不合理的场所。 2）集中热水供应系统集中热水供应系统就是在锅炉房或水加热器间将冷水集中加热，通过热水管网将热水送至用水点。优点是：设备集中，便于维护管理，热效率高，热水成本低，使用更为舒适。但设备、系统复杂，一次投资大，需要专门维护管理人员，管网较长，热损失大，改、扩建较困难。适用于热水用量较大，用水比较集中的建筑，如较高级居住建筑以及旅馆、宾馆、大型饭店等公共建筑。3）小区热水供应系统（区域热水供应系统)小区热水供应系统(区域热水供应系统)是利用工业余热、废热或地热等

4、集中加热站、建筑小区或城市区域性锅炉房、热交换站，将冷水集中加热后，通过小区或市政热水管网输送到建筑小区、城市街坊或整个工业企业的热水系统。优点是：便于集中统一维护管理和热能的综合利用，减少环境污染，设备热效率和自动化程度较高，热水成本低，使用方便舒适，保证率高。但设备、系统复杂，建设投资高，维护管理水平要求高，改、扩建困难。适用于建筑小区，建筑集中、热水用量较大的城市和工业企业。313 热水供应系统的供水方式 高层建筑的集中(小区、区域)热水供应系统与冷水系统一样，应竖向分区，其分区原则、方法和要求也相同。在管网布置和形式上一般也是相对应的，各区水加热器、贮水罐的进水均应由同区的给水系统专管

5、供应，以便保证任一用水点冷热水压力相平衡。 由于高层建筑中热水供应系统的设备、组成、管网布置与敷设等与一般建筑的热水供应系统相同，因此其供水方式有1)按加热设备的设置方式分以下几种。(1) 集中加热分区热水系统 把高层建筑内各区热水系统的加热设备，集中设置在地下室或其他附属建筑内，加热后的热水分别送往各区用户使用的系统，如图32所示。 图31 集中热水供应系统组成示意图 3.2 集中加热分区供热水系统 该系统具有维护管理方便，热媒管道短。可以减少管路噪声，但由于高、中区的水加热器与各区冷水源高位水箱的高差很大，以及高、中区热水系统中的供水和回水立管高度很大，加热器将承受很大的压力，钢材耗量大。

6、因此，这种系统适宜3个分区以下的高层建筑中采用，不适用于超高层建筑。(2)分散加热分区供热水系统 按分区将加热器分别设置在本区的上部或下部、加热后热水沿本区管网系统送至各用水点的系统。如图33所示，该系统由于各区加热器均设于本区内，因而加热设备承受的压力较低，造价也较低。其缺点是设备分散，管理不便热媒管道长。该系统适用于超高层建筑。2)按加热设备设置的位置分(1)下置式分区供热水系统 在高层建筑的分区供热水系统中，各区加热于本区下部的技术层中称为下置式分区供热水系统，如图34所示。(2)上置式分区供热水系统 当各加热设备设于本区上部的技术层中，称为上置式分区供热水系统，如图35所示。 图33分

7、散加热分区供热水系统 图34 下置式分区供热水系统 图35 上置式分区供热水系统 对一栋高层建筑集中热水供应工程的整体设计，需视具体情况而定，同时具有上置式和下置式往往并存，称为混合式或普通式。热水供应系统如图36所示。 3)按曾网供热水方向分 在分区热水供应系统中按管网供热水方向，可分为下行上给式和上行下给式。 (1)下行上给式 如图37所示，加热器设置在分区供热水系统之上，热水横干管设于本区系统的最下部，回水干管设在本区系统的上部。图37(a)为单立管下行上给式热水系统，多用于管井周围为卫生间的高层旅馆中；图37(b)同时具有循环回水立管和支管称双立管下行上给式热水系统，一般用于配水支管较

8、长，对水温要求较高的建筑中。从管网布置和配水方向看，图37中的2种供热水系统又称为异程式供水系统。为了克服系统中各管路流量分配不均匀，应在回水管末端设置调压阀。另外，在系统顶部应设置自动排气阀或膨胀管，并将膨胀管接人非生活用冷水箱。(2)上行下给式 如图38所示，加热设备设置在本区热水系统之上，热水及回水横干管均设在管网的上部，即热水流经系统上部横干管并向下对各立管配水。由于系统为上行下给式，回水横干管又在系统上部，该系统管网又称为双立管式热水系统。其中，图38(a)无循环支管，图38(b)则兼有循环回水立管和支管。图38中所示的2种形式亦属异程式，一般用于水温标准要求高，热水用量大而不均匀的

9、高层建筑中。图36 普通分区供热水泵统图37 下行上给式供热水循环系统 图3.8 上行下给式供热水循环系统图39所示的2种形式亦属同程式。图39(a)所示，加热设备设置在本区热水系统之下，而热水横干管设在管网的上部，回水横干管设在管网的下部，即热水流经系统上部横干管并向下对各立管配水，无循环支管，适用于配水文管短的高层建筑。图39(b)由于系统为上行下给式，回水横干管又在系统上部，同时兼有循环回水立管和支管，适用于配水支管较长的高层建筑。 图3.9 同程循环供热水系统高层建筑热水系统采用减压阀分区时，应采取措施保证各分区热水的正常循环(见图3.10)，减压阀组的组成与设置同冷水给水系统。 图3

10、.10 减压阀设置32热水用水定额、水温和水质321 热水用水量定额高层建筑的热水用量标准分生产、生活2类。生产热水用量定额应按工艺要求或同类型企业实际数据确定。生活热水用量定额应根据卫生设备的完善程度、水温、热水供应时间，当地气候条件和生活习惯等因素，调查后确定。根据建水规(GB50015)规定，各类建筑的热水用定额见表31。表内所列用水量定额均已包括在表15、表16所列的同类建筑生活用水定额内。表3.1热水用水定额续表续表若以建筑物内卫生器具确定热水用量，则可按卫生器具一次和小时热水用水定额设计，见表32。表3.2 卫生洁具的一次和小时热水用水定额及水温续表续表注：一般车间指现行的工业企业

11、设计卫生标准中规定的3、4级卫生特征的车间，脏车间指该标准中规定的1、2级卫生特征的车间。实际设计小，应视建筑性质、级别及使用要求参照规范，确定用水定额。322 设计热水温度的选定1)热水计算温度 热水水温的计算标准应当满足生产和生活需要，以保证系统不因水温过高而使热水系统管道易道腐蚀、结垢或损坏，加热设备和管道热损失增大，水温过高还容易发生烫伤人体的事故。直接供应热水的热水锅炉、热水机组或水加热器出口的最高水温和配水片的最低水温，可按表33确定。表33 直接供应热水的热水锅炉、热水机组或水加热器出口的最高水温和配水点的最低水温集中热水供应系统应保证最不利配水点的水温不低于使用要求(各种卫生器

12、具的热水用水温度，见表32)。只供淋浴和斑洗用水，不供洗涤盆(池)用水时，最不利配水点最低水温可不低于40；采用集中热水供应系统的住宅，配水点的水温不应低引5Y。热水锅炉或水加热器出口的温度亦可相应降低。对于个别要求更高温度的用水设备，如厨房餐具消毒等，宜采用局部热水供应方式。洗衣机、厨房等热水使用温度与用水对象有关，见表34。表34洗衣视、厨房洁具用水温废2)冷水计算温度冷水计算温度，我国建规中规定应以当地最冷月平均水温确定。如无当地冷水计算温度资料可按表35确定。表35 冷水计算温度 单位：3）配水管网的最大温度降加热设备出水温度与最不利配水点的温度差，根据供水系统大小和循环方式确定，一般

13、采用510 。 4)冷热水比例计算冷热水混合时，应以配水点要求的水温和水量，见表32，与当地冷水计算温度和水量换算出热水供应水温和水量，得到要求一定水温下的热水用量。若以混合水量为100，则：所需热水量占混合水量的百分数为：(31)公式式中th混合水水温，； t1冷水水温，； tr热水水温，； 所需冷水量占混合水量的百分数为： K1 = 1 - Kr (32) 323热媒、热水水质水在加热过程中，温度升高使钙、镁等盐类溶解度降低，易在管道和设备内壁上形成水垢，使管道输送能力和设备的导热系数降低，同时水温升高，会使水中溶解氧溢出，增加水的腐蚀性。一般热水供应系统中水的总硬度(以caco3计)在9

14、0150 mgL对人体较为合适；当总硬度大于150 mgL时，水垢不但在加热器中形成，而且会在管网中产生。因此，通常把水分为软水、稍硬水、硬水和极硬水4类，见表36。表36水的硬度分类生产热媒用水的水质应根据热媒种类(蒸汽、高温热水)以及加热设备类型(锅炉、热水器)确定。生活用热水的水质标准除应符合我国现行的生活饮用水卫生标准外，对集中热水供应系统加热前水质是否需要处理，应根据水质、水量、水温、水加热设备的构造及使用要求等因素，经技术经济比较确定。日用热水量(按60计)不小于10m3且原水总硬度大于300 mgL时，洗衣房用热水应进行水质软化处理；其他用热水宜进行水质软化或阻垢缓蚀处理。日用热

15、水量(按60计)不小于10m3且原水总硬度为150300 mgL时，洗衣房用热水宜进行水质软化处理；其他用热水可不需进行水质软化或阻垢缓蚀处理。日用热水量(按60计)小于10m3时，可不进行水质软化处理。系统对溶解氧控制要求高时，宜采取除氧措施。经软化处理后的水质总硬度宜为：洗衣房用水：如。100 mgL；其他用水：75150 mgL。处理方法可采用化学处理法、离子交换法等。水质阻垢缓蚀处理应根据水的硬度、适用流速、温度、作用时间或有效长度及工作电压等选择适合的物理水处理器或化学稳定剂处理方法，如磁水器、电子水处理器、静电水处理器等物理水处理器和归丽晶等化学稳定剂。3.3 加热方式及加热设备3

16、31 热源选择目前，水加热可用热源主要有：燃油、燃气等人工燃料以及煤等天然燃料，具有热值高、发热量大、使用方便等优点，但存在着环境污染、储量有限等方面的问题。太阳能、电能是清洁热源，前者属天然热源、后者属人工热源，值得大力推广。工业余热、废热也是值得利用的热源，使热能得以充分发挥、利用。采用水源热泵、空气源热泵等可再生低温能源制备生活热水，是一种新型能源，当合理应用该项技术时，节能效果显著。但选用这种热源时，应注意可再生低温能源的适用条件及配备质量可靠的热泵机组。 选择热源应依据节能，充分利用热源，加热设备的使用特点、耗热量、加热方式、燃料种类、可靠性要求和当地热源情况等因素，经综合比较后确定

17、。年日照时数大于1400h、年太阳辐射量大于4200 MJM2及年极端最低气温不低于45的地区，宜优先采用太阳能热源。在夏热冬暖地区，宜采用空气源热泵热水供应系统；在地下水源充沛、水文地质条件适宜、能保证回港的地区，宜采用地下水源热泵热水供应系统；在沿江、沿海、沿湖、地表水源充足，水文地质条件适宜，以及有条件利用城市污水、再生水的地区，宜采用地表源热泵热水供应系统。 集中或区域热水供应系统的热源宜首先利用工业余热、废热、地热、可再生低温能源热泵和太阳能或全年供热的热力管网或区域锅炉房、集中锅炉供给的蒸汽、高温水热媒，其次以燃油、燃气热水机组或电蓄热设备等供给集中热水供应系统的热源或直接供应热水

18、。利用废热、余热制备热媒，其引用的废气、烟气温度不宜低于400；以地热为热源时，应按地热水的水温、水质和水压，采用相应的技术措施；以太阳能为热源时，宜附设辅助加热装置；采用空气、水等可再生低温热源的热泵热水器需经当地水务主管部门批准，并进行生态环境、水质卫生方面的评估。局部热水供应系统的热源宜采用太阳能及电能、燃气、蒸汽等。332水的加热方式1)直接加热直接加热是以热源产生的热量直接通过加热设备将水加热的方式。太阳能热水器、热水锅炉、电热水器，燃油、燃气热水机组和热泵热水器等，为直接加热设备，又称一次换热加热设备。新一代的燃气、燃油热水机组，具有燃烧器工作高度自动化、高效节能，机电一体化等特征

19、，烟气导向合理，燃烧完全，烟气和被加热水的流程使传热极为充分，热效率在90以上。电蓄热设备初始投资低，热效率较高，利用峰谷电价差，节省运行费用，不产生污染、噪声，环保意义大，消防安全，运行安全可靠。太阳能热水器采用免费的能源、节约有偿能源，经济、环保。热泵从周围环境中吸取热量，井把它传递给被加热的对象(温度较低的物体)，其工作原理与制冷机相同，都是按照逆卡诺循环工作的，所不同的只是工作温度范围不一样，是一个节能显著的设备。间接加热是热媒(蒸汽或高温热水)通过热交换器的换热面传递热量将水加热的方式。常用间接加热设备有容积式水加热器、半容积式水加热器、半即热式水加热器、快速式水加热器。传统的容积式

20、水加热器内，被加热水流速较侵，进出水流存在短路现象，局部部位有滞水，死水区，水流分层和顶托现象明显，传热系数小，传热效果差，加热盘管自中心线以下为冷水所占用，其加热方式属“层流加热”范畴。为了提高水加热器的传热效率，提出了间接加热设备的理论“紊流加热”，即提高热媒和被加热水的流速，就可以提高热媒对管壁和管壁对被加热水的放热系数，从而提高传热系数和改善传热效果。目前各种类型的间接加热方式已在我国形成了间接加热设备的体系，见图311。图311 间接加热设备体系图这个完整的间接加热设备产品系列，使人们可以从容地选择最适用的水加热器来制备热水，详见水加热器选用及安装(01S122110)。间接加热与直

21、接加热相比，由于系统增设了热交换器和中间回路，因此系统复杂，占地面积大，热效率偏低，但能回收冷凝水，加热稳定，锅炉不易结垢和腐蚀，出水温度控制方便。由于间接加热有利于解决结垢问题，因此更适用于大型集中热水供应系统。虽然高层建筑热水系统庞大，但其使用仍然是不均匀的，为减少供热设备的复杂性、使供水水温均匀，流量稳定，最简单的办法是在热水系统中设贮存设备，如容积式水加热器、热水罐和热水箱等。为便于使用，热水箱与冷水给水箱应尽量设置在同一高度，处于相同分区，以便使管网冷、热水压力平街。为减少热损失，热水箱还应采取保温措施。333 加热设备加热设备应根据使用特点、耗热量、热源、维护管理、环境保护及卫生防

22、菌等因素进行选择。同时，要求设备具有热效率高，换热效果好、节能、占地小，生活热水阻力小，有利于整个系统冷、热水压力平衡，安全可靠、结构简单、操作维修方便等特点。 当采用自备热源时，可采用直接供应热水以燃气、燃油等为燃料的热水机组或常压荣水锅炉等水加热设备，亦可采用间接供应热水的自带热交换器的热水机组或外配容积式、半容积式水加热器的热水机组等水加热设备。同时，热水机组还应具备燃料燃烧完全、消烟除尘、机组水套通大气、自动控制水温、火焰传感、自动报警等功能。 当采用蒸汽、高温热水等热媒时，应结合用水均匀性、给水水质硬度、热媒供应能力系统对冷热水压力平衡稳定的要求及设备所带温控安全装置的灵敏度、可靠性

23、等经综合技术经济比较后选择间接水加热设备。 当热源为太阳能时，宜采用热管或真空管等热效率高的太阳能热水器。在电力供应充沛的地方，可采用电热水器。在具有可利用水资源的地区，可采用水源热泵；在非寒冷地区，经技术经济比较可采用空气源热泵；在寒冷地区经技术、经济比较可采用地源热泵给集中热水供应系统的热源或直接供给热水。 医院热水供应系统的锅炉或水加热器不得少于2台，不得采用有滞水区的容积式才加热器。其他建筑的热水供应系统的水加热设备不宜少于2台，其中l台检修时，其余各台的总供热能力不得小于设计小时耗热量的50。 选用局部热水供应设备应综合考虑热源条件、建筑物性质、安装位置、安全要求及设备性能特点等因素

24、；需同时供给多个卫生器具或设备热水时，宜选用带蓄热容积的加热挡备；当地太阳能资源充足时，宜选用太阳能热水器或太阳能辅以电加热的热水器。热水器不应安装在易燃物堆放、对燃气管、表或电气设备产生影响及有腐蚀性气体和灰尘多的地方。燃气热水器、电热水器必须带有保证使用安全的装置。严禁在浴室内安装直接排气式燃气热水器等在使用空间内积聚有害气体的加热设备。1)常压热水锅炉常压热水锅炉使用的燃料有煤、液化石油气、天然气和轻柴油等。常压热水锅炉分立式和卧式，用炉膛直接加热水，因此要求冷水硬度底，否则会产生结垢现象。在供水不均匀的情况下，应设置热水罐调节用水量。热水罐罐底应高于锅炉最高点标高，如图312所示。常压

25、热水锅炉的优点是：设备及管道系统简单，投资省热效率高，运行费用低，采用开式系统时无危险。适用于用水均匀，耗热量不大(一般小于920KJh的连续用户或小于20个淋浴器定时用水的浴室)的高层建筑。由于高层建筑中热水用量往往较大，而且用途较多，因此常压热水锅炉在高层建筑中应用不多。但对某些地方水质较好而设置蒸汽锅炉又有困难时，也有采用常压热水锅炉的。但在常压热水锅炉给水管上应设置磁水器或采用降低出水水温的方法来减轻水垢的形成。 图312 热水锅炉的直接加热方式2)热水机组图313是燃油(燃气)两用热水机组。它以轻柴油或液化石油气、天然气为燃料，具有起火快，停火快，燃烧完全，热效率高达92以上，比传统

26、锅炉高20左右。 燃烧器不需压火，封火，因此耗油低，节能省油。燃烧器可根据水温的变化，自动喷油，自动鼓风，当炉体水温达到预设温度时，自动熄火，停止鼓风及喷油。由于它燃烧完全，几乎无黑烟、无粉尘，不污染环境，不需消烟除尘，也不需要庞大的堆煤场和渣料场，有利于约建筑面积和设备投资。因此，无论在技术经济，高效节能，生产安装，占地环保和生产成本等方面，它都比传统的燃煤锅炉先讲、安全、可靠。燃油(燃气)热水机组的炉体设于热水器下方，卧式三回程火迫使得火焰：了更占变动横出的烟道位于炉脓背。其特点是：第三回程中设有烟气温度调节板，使炉体燃烧阻力极为方便地人为调整。而且第二、三回程烟道位于燃烧室上方，保证燃烧

27、均匀充分，传热效果极佳，有害废气释放很低。二次水热热交换器位于炉体上方，为可拆卸不锈钢结构，一次水(高温)走管程，二次水(生活)走壳程，具有储水式换热器的特征。2)汽水混合加热器这是一种直接加热方式。蒸汽锅炉将产生的蒸汽送到加热地点，通过多孔管或喷射器等与被加热水充分混合，以得到热水，如图314所示。1)多孔管 蒸汽通过设在水中的多孔管而喷出，在铜管或钢管上钻许多直径为3mm的小孔，小孔的总面积应为多孔管断面的2-3倍。这种加热设备最简单，但蒸汽凝结时会产生瞬间真空，当水挤入填补真空时则产生很大噪声。（2）消声喷射器 蒸汽通过设在水中的消声喷射器加热就可减小上述加热的噪声有各种形式的消声喷射器

28、。图315则为其中一例。“这种汽-水混合直接加热的方式，适用于耗热量小的热水供应系统或局部热水供应系统，如公共澡堂，洗衣房等。这种设备的管道较简单，投资省，热效率高，设备不易结垢堵塞，维护管理方便，但噪声较大，凝结水不能回收，水质易受蒸汽的污染。 4)容积式水加热器这是一种间接加热设备，分立式和卧式2种。蒸汽通过热水罐内的盘管，与冷水进行热交换而加热冷水，如图316所示。这种加热器供水温度稳定，噪声低，能承受一定的水压，凝结水可以回收，水质不受热媒影响，并有一定的调节容量，但热效率较低，占地面积大，维修管理复杂。这种热水器较广泛地用于高层宾馆、医院、耗热量较大的公共浴室、洗衣房等。一般容积式热

29、交换器上没有冷热水进出水管、自动温度调节器、温度计、压力表以及安全阀、排气阀、入孔等。图316 卧式容积式水加热器 容积式水加热器的盘管材料一般采用不锈钢管或铜管。要求较高的宾馆热水管网采用薄壁铜管外，对加热器的内壁也采用不锈钢的复合板材制作。5)快速式水加热器这是一种间接加热装置，如图317所示。要加热的水贮在导管内，而热媒蒸汽则在壳体内，蒸汽和冷水从不同方向穿过两个同心的交换管，进行热交换而生产热水。这种加热器热效率高，结构紧凑，占地面积小，可回收凝结水，水质不受热媒污染。但没有调节容量，水温、水压都不易控制，水头损失大，管道复杂。它适用于热水用水量均匀的地方，如室内热水游泳池，热水采暖等

30、的加热装置。在热水用量很大和节约建筑面积等特殊情况下，亦可采用快速式水加热器与热水腔组合形式(见图3.18)，既可解决热水的加热，又可调节热水用量。 图317汽-水混合加热器图 318 快速式水加热器与热水罐组合图图319 半即热式热水路 6）半即热式热水器半即热式热水器是介于快速式加热器(亦称即热式加热器)和容积式水加热器之间的新型换热器，它兼有容积式具有一定调节容积和即热式传热效率高，换热速度快的优点。半即热式热水器还具有体积小，节约占地面积，节省安装及运输费，自动除垢，无论负荷变化大小，均能恒温供水，凝结水温度低，蒸汽耗量稳定，外壳温度低，辐射热损失极小，热效率高，使用寿命长，维护简单等

31、，容积式和即热式换热器所不具备的优点，如图319所示。半即热式热水器由上下端盖、筒体、热媒进气干管、冷凝回水干管、螺旋盘管式换热管束、温控装置、安全装置、热媒过滤器、冷水进水管、热水出水管、排污水管等组成。热煤进气干管从换热器的下部进入壳体，自下而上安装并接出多组加热盘管。加热盘管呈悬臂状态，并在平面上多次变向后进入冷凝回水干管，从换热器下部接出。加热盘管的换热器简体间留有少量空隙，过水断面积小，水流速度大。设有预测管，冷水管在接入热水器前，接出分支管，分支管从水加热器上部进入体腔，分支管冷水出口靠近温度感温器，该分支管被称为预测管。自动湿度调节阀的感温器，设置在水加热器上部热水管出口处，用以感受热水温度，并随热水温度的变化而发出信号控制热媒管道调节阀门的开启度，进而控制热媒的进人流量，使热水出水温度确保在用户要求设定值的范围内。半即热式热水器，将要加热的水贮在壳体内，而热媒介质则在盘管内流动，它属于一种有限量贮水的加热器。在汽。水换热条件下，它的传热系数K11 723KJ/(h)，约为容积式换热器及值的25-4倍。半即热式加热器一般直径较小，被加热水的过水断面积也较小，增大了被加热水的流速。壳体螺旋形浮动盘管在加热通