高层住宅集中热水供应系统设计的几点体会

一、集中热水供应系统的循环方式选择
在集中热水供应系统的设计中，系统循环方式的选择十分重要，它关系到系统的功能、运行稳定等。根据《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）第5.2.10条对集中热水供应系统热水回水管道的设置要求，集中热水供应系统热水循环管道在建筑物内主要有以下两种设置方式：
第一种方式：干管和立管循环方式，该方式适用于建筑标准和使用要求一般的热水系统，由于支管内的水不循环，需要热水时，需先放一段时间冷水，待支管内冷水即无效冷水放完后，才能出热水，但无效冷水仍按热水计量收费，既造成用户使用不方便，又不利于节水，同时还可能造成业主投诉。该方式的优点是能够节约初期的投资成本。
第二种方式：干管、立管和支管循环方式，该方式能够保证随时取到规定温度的热水。该系统内基本没有无效冷水，有利于节约用水，节约能源，减少纠纷，且使用方便舒适。相对第一种方式，该方式的缺点是初期投资较高。但从住宅使用全寿命即70年考虑和该部分投资占整个项目的比重来分析，该部分投资还是值得的。
随着国家对建设绿色健康住宅即节能、节水、节地、节材和环境保护住宅的推广，人民生活水平的不断提高、居民生活用水水源的短缺、水费不断上涨，人们的节水意识也在加强，如何保证热水系统即节约用水又使用方便舒适，已成为大家讨论和关注的热点。因此在越来越多的小区或住宅的建设中，干管、立管和支管循环方式的集中热水供应方式已被广泛采用，同时其也成为了房地产开发商销售项目的卖点和亮点之一。
二、热水系统的冷热水水压平衡
《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）第5.2.13条规定：高层建筑热水系统应与给水系统分区一致，各区的水加热器、贮水罐的进水均应由同区的给水系统专管供应；当不能满足时，应采取保证冷、热水压力平衡的措施。当采用减压阀分区时，应保证各分区热水的循环。
目前，生活热水主要用于盥洗、淋浴、厨房洗菜用水等，而这些用水点的水龙头现在大部分均为冷、热水混合龙头，冷、热水经龙头混合后调整到用户所需温度。为保证水龙头热水出水温度稳定，舒适，并达到节水、节能的目的，必须保证系统内冷、热水的压力平衡，以防止水温忽冷忽热，造成水源和能源浪费，以及造成烫伤事故等。故规范的要求高层建筑热水系统应“与给水系统分区一致，各区的水加热器、贮水罐的进水均应由同区的给水系统专管供应”4是十分必要的，其目的也是为保证系统内冷热水系统的压力平衡。
为了达到系统冷热水压力平衡，高层住宅热水系统一般有两种分区方式即各分区采用独立的给水和加热循环设备分区方式和采用减压阀分区的方式。
但由于投资成本的限制，为节省初期投资而部分住宅项目采用了减压阀分区的热水系统。高层建筑热水供应系统采用减压阀分区时，减压阀应设在仅供低区的热水供水干管上，否则将无法保证高区供水。同时，为保证减压后的热水回水能与高区热水回水压力的平衡，使各区热水能正常循环，一般采用两种方式予以解决：第一种，参见图一，在低区回水干管与高区回水干管汇合前即A点前的管道上设加压泵，将减压阀减掉的压力予以弥补，使高低区热水回水在汇合点A点处的压力平衡；第二种，参见图二，在高区回水管上设减压阀，使阀后压力与低区回水干管的压力在B点处平衡，将循环水泵扬程加大，以弥补减掉的压力，保证正常循环。一般减压阀现在均采用可调式减压阀，通过调整减压阀和水泵的压力设定值或系统内阀门的开启度可调整系统的压力平衡。

减压阀分区的方法可实现整个系统的循环，但系统是利用电能将水压升高，又通过减压阀将压力减小，无疑是一种能源的浪费，如减压阀出现故障，会出现低区系统内压力过高和用户内热水温度过高等问题，还有可能出现烫伤等安全事故。该方式存在一定的能源浪费，运行不经济，也不利于系统的稳定安全运行，增加了运行维护的工作量。
故建议为保证高层建筑各区热水使用的稳定安全和日后运行节水节电及减少日后的维护难度，建议高层建筑各区的热水与给水应尽量采用独立的给水设备和加热循环设备，该方式具有以下优点：无压力浪费，减少能源消耗，利于节能，符合节能的要求；系统各分区压力较低，冷热水由同一供水设备控制压力，冷热水压力接近，压力平衡容易调整，减少了超压和烫伤等安全事故的发生；各区独立运行，不互相干扰，检修及维护可分区进行，减少了影响范围该方式缺点是初期投资相对较大。但从住宅使用全寿命即70年、节能、安全、运行维护方便等方面考虑该部分投资还是值得的。
三、热水系统几个重要附件的设置
3.1 排气装置
《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）第5.6.4条规定：上行下给式系统配水立管最高点应设排气装置，下行上给配水系统，可利用最高配水点放气。
在调试和使用过程中，发现在利用最高配水点放气时，放气时间较长，噪音较大，同时如最高层用户不经常使用热水，将积气较多，影响热水的循环，造成该户不能在短时间内取得所需要温度的热水，造成使用不便等。而一套排气装置的费用也不高，故建议下行上给配水系统，也应在各分区配水立管最高点设排气装置，保证热水系统正常运行，减少对用户的干扰，使用户使用方便和舒适。
3.2 压力表
在实际调试和使用过程中，发现对最高点的压力很难测量，不知高低，只能估计，有时会造成末端压力不足或过高，而对具体差额又不清楚，不方便调节供水设备或减压阀。因此，建议在系统各分区冷、热水配水立管最高点均设置压力表。装设压力表有两点好处：一、便于观察系统最高点的压力值，观察其压力是高还是低，以便调整给水设备的压力设定值，压力过高势必造成电能浪费和使部分管网承受过大压力；如管网系统末端压力低，可及时通过压力表的读数发现，准确地调高给水设备压力设定值，使压力满足规范和各用水设备最低工作压力的要求。二、便于观察冷、热水系统最高点的压力值，根据压力表读数，比较两者的压力差，调节系统工作压力，保证压力平衡，以便于满足《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）第5.2.15条规定的冷、热水供应系统在配水点处应有接近的水压的要求。
《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）中规定了部分设置压力表的位置，但未规定热水配水立管最高点设置压力表。笔者建议在高层住宅各分区的冷、热水配水立管最高点均应设置压力表。
3.3 止回阀
现阶段大部分淋浴、脸盆、洗菜盆的给水龙头均为冷热水混合龙头，由于冷热水供水压力不平衡或热水系统暂停供水等原因有可能造成冷热水倒流和水表倒转，特别是热水表倒转的现象较多，物业将无法根据水表读数收取住户实际使用热水的费用，造成物业与住户纠纷，甚至由于水费问题造成热水系统的停用，以致造成更大的资源浪费及社会的不和谐。因此建议应在入户的冷热水水表后装设止回阀或安装自带止回阀的水表，支管循环的热水回水支管也应装水表和止回阀或自带止回阀的水表，防止冷热水互串和水表倒转，保证生活热水用量和自来水用量的计量准确，以达到节约用水，减少供水单位与业主的纠纷和矛盾。
《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）第5.6.8条规定了热水管网应设置止回阀的管段，但有些不具体。根据热水系统的运行及收费中遇到的问题，笔者特建议，住宅每户的冷水、热水供水和回水支管上均应装设止回阀和水表或带有止回阀的水表。
四、热水用水量计量
由于住宅生活热水的水价较高，约为自来水价格的5至8倍，如目前北京市的居民生活热水价格一般在20元/m3左右，自来水价格为2.8元/m3，排污费为0.9元/m3, 所以用户和管理单位都比较关注热水用水量的准确计量。热水用水量的计量准确，是保证管理单位顺利且全额收到水费的重要条件，可以减少水费纠纷，保证物业有能力正常运行热水系统，保证住户的方便使用。否则，将会带来热水系统运行管理维护不到位，甚至热水系统停运等，造成大量的投资成为闲置，造成浪费和社会矛盾。曾经有报道某住宅小区，就因为计量不准、水费纠纷等原因，最终导致整个热水供应系统停止使用，造成了很大的资源浪费、纠纷和矛盾，也影响了社区的和谐。因此应在计量装置的设置和保证计量准确上应认真设计。
干管和立管循环方式的热水供应系统，支管内的水不循环，故在热水供水支管上装设热水水表和止回阀或装设自带止回阀的热水表，直接观察热水表读数即可确定热水用水量。
干管、立管和支管循环的热水系统，相对较复杂，应在每户的供水支管和回水支管上分别装设热水水表和止回阀或装设自带止回阀的热水表。热水总用量为供水水表读数减去回水水表读数，公式如下：qn=Q 供 n-Q 回 n
其中：
qn为每户从开始到第n次读表时热水总用量
Q供n为热水供水支管上的水表第n次读表时读数
Q回n为热水回水支管上的水表第n次读表时读数
每次查表间隔期间（每月）热水用量，为本次和上次热水总用量之差，公式如下：
q用n=qn-qn-1
其中：
q用n为第n次与第n-1次查表间隔期间用热水量
qn为每户从开始到第n次读表时热水用水总量
qn-1为每户从开始到第n-1次读表时热水用水总量
注意，如本文3.3所述，止回阀的设置是保证计量准确的相当重要的附件，不可忽视。
五、工程实例
某高档住宅小区的集中生活热水供应系统的生活热水热源来自市政热力，该小区最高楼层为34层，热水系统为下行上给，主管、立管、支管全循环方式，生活热水分为四区，分别为A区：26-34层，B区：17-25层，C区：9-16层，D区1-8层。热交换站内设两套热水加热和循环设备，分为高区和低区两区，高区负责A、B两区供水，在B区供水立管上设可调式减压阀，减压后供B区用水；低区负责C、D两区供水，在D区供水立管上设可调式减压阀，减压后供D区用水。生活冷水供水系统的分区与热水系统分区一致，分为A、B、C、D四区，由设在生活水泵房内的高区、低区两组生活变频供水设备升压后供给，B、D区供水立管上设减压阀组，经减压阀减压后供水。该小区热水系统简图如图三，原设计图中未设计各分户支管上的止回阀：
该系统在实际调试和运行时却出现了一些问题，现选择几个问题重点分析如下：
1. A、C、D区的热水温度正常，B区热水龙头不出热水。
分析及检查发现，B区回水压力在回水干管汇合点处的压力低于A区回水压力，该区的热水未能参与循环，管道内的水为冷水，后调整减压阀组的压力和循环水泵的出口阀门开启度，使汇合点处压力平衡后B区循环正常，问题得到解决，同时注意到了该设置方式系统较复杂，查找问题原因较困难，调试和维护不方便。
2. 高区水龙头放水时，先出很长时间的气和冷水才出热水，噪音很大。
分析及解决如下，该系统为下行上给方式，设计未在高点设置排气装置，系统内积气较多，在用户较少时，管道内的气体未能通过最高配水点得到排放，后来在各区立管的最高点增设了排气阀，效果很好。

3. 调试、检察时，无法知道冷热水系统的顶端压力值和管道的流量，影响了如配水点出水压力不足或过大的问题的解决速度。
分析解决如下：由于管道高点没有设置压力表，管道末端压力不知道准确值，只能根据经验估计配水点压力，后来在系统最高点加设了压力表，很容易知道管道最高点压力，根据最高点压力值调整给水设备的压力设定值，达到了配水点出水压力舒适的要求。
在调试、运行过程中也遇到了如水表倒转、管道内杂物未清理干净造成循环不畅等问题，经过设计、施工、监理、建设单位、物业管理单位等各方多次运行调试、分析和整改，历时三个月，问题基本得到了解决，系统达到了使用要求。
结合前述压力平衡的意见和工程实际遇到的问题，建议今后类似高层住宅的系统设计应采用各分区冷热水系统由独立供水和加热设备供应的方式，其系统简图如图四：

此系统虽然增加了初期投资，但运行节水节电、调试检修方便，系统运行和出水温度稳定，用户使用方便舒适，将带来长期的经济效益和社会效益。
六、结论及建议
6.1 从节水、节能、使用方便舒适的角度出发，建议采用干管、立管和支管循环方式的集中热水供应系统。
6.2 为保证冷、热水系统的压力平衡，建议高层住宅集中热水供应系统的各分区宜采用独立的给水和加热循环设备，尽量不采用减压阀减压分区的方式。
6.3建议热水系统，无论是上行下给还是下行上给的供水方式，均应在各区配水立管最高点设排气装置，保证热水系统正常运行，减少对用户的干扰，使用户使用方便和舒适。
6.4建议在高层住宅集中热水供应系统各分区的冷、热水配水立管最高点均应设置压力表，以方便观察系统末端压力和保证系统末端压力值的合理。
6.5建议住宅每户的冷水、热水供水和回水支管上均应装设止回阀和水表或带有止回阀的水表，以保证计量准确和正常收费。
以上建议虽然会增加部分初期投资，但运行期间节水节电、系统运行和出水温度稳定、用户使用方便舒适，物业管理单位检修、维护和收费管理方便，符合建设节约型社会、创建和谐社会的要求，将带来长期的经济效益和社会效益。