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给水排水 Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．９ ２０１４７５ 高层住宅集中和分散式生活热水供应系统的能耗比较 （中国建筑西南设计研究院有限公司，成都 ６１００４１） 摘要 通过对高层住宅集中生活热水系统管网的长度、热循环管路以及系统的使用率、热水负荷特性导致的热损失和循环水泵能耗的分析，并与单户分散式热水器供应热水的方式进行了经济性比较，结合工程实际情况，对集中生活热水供应方式的适用场合提出建议。关键词 高层住宅 集中生活热水供应系统 热损失 能耗 经济性随着住宅开发市场竞争的日趋激烈，出现了安保监控、卫星电视、纯净水入户等配套设施。在这样的大环境下，１９９８年设计的成都某高层住宅小区，首推采用铜管作为给水管材及采用热水机组集中热水供应系统，开发商为推销其住宅产品而设置了一个闪亮的“卖点”，并迎合了部分消费者的需求，为其项目开发带来了可观的经济效益。应该说，集中热水供应系统确实可以给人们生活带来方便与舒适，但其遇到的实际运行费用等问题是业主没有预料到的。在目前经济发展及生活习惯条件下，对住宅采用集中热水供应系统应进行经济分析比较，以使选择的热水供应方式经济合理。１ 高层住宅的热水管网及经济性分析本分析研究以一个已经投入使用多年的实际项目为例，此项目设置的是集中热水供应系统。此高层住宅小区共５幢２６～３０层高层住宅，每幢１５０～１７０户，设计每幢均为独立的一个集中热水供应系统，采用城市燃气为热源，由燃气热水机组配半容积式水加热器供应热水，热水机组２台放置在屋顶上，热水系统分区同给水系统，采用减压阀减压，分为高、中、低３区，回水集中回至屋顶平衡热水回水箱。１．１ 管网长度及热损失分析对于住宅集中供应热水而言，其管路布置不同于宾馆、酒店客房卫生间的热水供应系统。住宅热水供应的使用特点是用水点多（双、三卫生间、檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿檿厨房防规程》（ＤＬ ５０２７—９３）５．０．４．４条规定。本设计喷头及管道与高压裸电缆的最小安全距离采用１ ０００ｍｍ。（３）设计中尽量选用充装量比较大的钢瓶，有利于减少钢瓶间占用的面积。（４）因为二氧化碳为微毒气体，所以在防护区和钢瓶间入口处明显位置应配备专门的空气呼吸器或氧气呼吸器。（５）防护区内应设火灾报警器，防护区的入口处应设置火灾声、光报警器。（６）防护区和钢瓶间需要设有良好的通风设施，在灭火后，能及时将二氧化碳气体排出。４ 总结室内变压器采用二氧化碳灭火系统进行灭火，既能有效灭火、系统灵活可靠、维护管理方便，且较采用水喷雾灭火系统的需要扩建消防水泵、消防水池以及新增的雨淋阀、水管、占地的费用少，在缺水情况下采用二氧化碳灭火系统是一个较好选择。参考文献１ 中国建筑设计研究院．建筑给水排水设计手册（上册）．第２版．北京：中国建筑工业出版社，２００８２ ＧＢ ５０１９３—２０１０二氧化碳灭火系统设计规范３ ＧＢ ５０２９９—２００６火力发电厂与变电所设计防火规范４ ＤＬ ５０２７—９３电力设备典型消防规程 ※通讯处：５１８０００ 深圳市龙岗区天安数码新城５号楼１４１３室电话：（０７５５）８４４３９１８５Ｅ－ｍａｉｌ：７７４７７８８３＠ｑｑ．ｃｏｍ收稿日期：２０１３－０４－０１修回日期：２０１４－０６－１３７６ 给水排水 Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．９ ２０１４等）、支管多且支管长度较长，这部分管道的热水不能进入循环系统进行热水循环。根据其他工程经验，如要循环，需设进水及回水水表，但计量不精确，往往会引起住户与运营方的纠纷。并且因安装要求，接器具支管要求暗设在墙内，不易保温，造成相当部分的热损失。与任何一种家用热水器分散热水系统相比，集中热水供应系统需多敷设热水给水干管及回水干管，并需热水循环，从而增加了相当部分的热损失和热水使用成本。具体每户增加的热损失分析如下。１．１．１ 户表前供回水干管的热损失计算此部分热损失计算不考虑进户水表后的支管，且热损失计算以每户为单位进行计算。住宅的层间供回水干管的总长度约５ｍ（一般层高为３ｍ，加上平均分摊的供水横干管及回水干管长度２ｍ左右；当时设计为减少进入户内支管的长度，每个户型单独设置给水及热水立管，给水及热水表设置在每户的生活阳台内，以使热水支管就近供至用水点）。按《给水排水设计手册》第２册《建筑给水排水》的热损失公式（公式３－１９）计算：Ｗ＝πＤＬＫ（１－η）（ｔｍ－ｔｋ）（１）式中Ｗ———管道的热损失，ｋＪ／ｈ；Ｄ———管段的计算外径，ｍ，在此取平均供回水管径ＤＮ５０，即Ｄ＝０．０５ｍ；Ｌ———计算管段长度，ｍ，在此即为５ｍ；Ｋ———无保温时管段传热系数，ｋＪ／（ｍ２·ｈ·℃），采用紫铜管，取５０ｋＪ／（ｍ２·ｈ·℃）；η———保温系数，在此取０．７５（保温材料为憎水型铝镁质保温隔热材料）；ｔｍ———计算管段的平均水温，℃，设供水温度６０℃，回水温度５０℃，在此取平均水温５５℃；ｔｋ———计算管道周围的空气温度，取成都室外空气温度逐时平均值，为１６．２℃。则户表前供回水干管的热损失为：Ｗ＝３．１４×０．０５×５×５０×（１－０．７５）×（５５－１６．２）＝３８０ｋＪ／（ｈ·户）。按２４ｈ计算，则该部分管道的热损失为：Ｗｄ＝３８０×２４＝９ １２０ｋＪ／（ｄ·户）。１．１．２ 每户耗热量比较按现行《建筑给排水设计规范》（ＧＢ ５００１５—２００３，２００９年版），住宅热水系统的６０℃最高日用水量为６０～１００Ｌ／（ｄ·人），若取６０Ｌ／（ｄ·人），肯定也大于平均日热水用水量［物管实测统计热水使用量平均为３５Ｌ／（ｄ·人）］。每户按３．５人计算，则每户全天耗热量为：Ｗ＝３．５人／户×６０Ｌ／（ｄ·人）×（６０℃－１０℃）×４．１８７ｋＪ／（ｋｇ·℃）×１．０ｋｇ／Ｌ＝４３ ９６４ｋＪ／（ｄ·户）。如按物管实测统计热水使用量为３５Ｌ／（ｄ·人）计算，则每户全天耗热量为：Ｗ＝３．５人／户×３５Ｌ／（ｄ·人）×（６０℃－１０℃）×４．１８７ｋＪ／（ｋｇ·℃）×１．０ｋｇ／Ｌ＝２５ ６４５ｋＪ／（ｄ·户）。综上两者相比较，前者为后者的２０．７％。即集中热水供应系统单热水给水干管及回水干管的热损失在到达用户水表以前，其热损耗量约占使用量的２０．７％（但实际比例远远大于此值，实际约为日平均热水使用量３５．５％）。这是一个相当高的比例，显然会对运行成本造成很大的影响。１．２ 热水循环耗电量分析本高层住宅（２６层或３０层）集中热水供应系统，虽然用水点较集中，但热水供应系统同给水一样，其竖向要求采用减压阀分区，其中区及低区势必增加热水循环泵的扬程，以便克服减压阀所减去的压力，而循环泵的功率和损耗成正比关系，则低区及中区的循环水泵功率均较一般循环水泵大，设计低、中、高区的循环泵功率分别为５．５ｋＷ、４．０ｋＷ、１．１ｋＷ。由于循环泵的功率增加，其运行费用势必增加，根据物管公司将近十年的实测计量，每１ｍ３热水的实际平均耗电量为５．７ｋＷ·ｈ左右（循环泵设有温控装置，为间断运行）。这从热水使用经济上衡量，也不是一个小数目，与家用热水器相比，其增加的成本为５．７ｋＷ·ｈ／ｍ３×１．０元／（ｋＷ·ｈ）＝５．７元／ｍ３（电价为不同时段的平均用电价格，由物管公司提供，下同）。其用电费用约占总费用的２３．８％左右（见１．３．４节计算每１ｍ３热水理论计算成本为２３．９１元）。这也是一个相当可观的数据，显然会对运行成本造成很大的影响。１．３ 集中热水供应系统成本分析在成都地区，集中热水供应一般采用自设无压燃气或燃油热水机组作为热源（因无城市热网），设计为燃气热水机组提供热媒、配半容积水加热器进行换热供应热水。热水直接成本由水、电、气费构成，目前自来水水价２．８５元／ｍ３，电价１．０元／（ｋＷ·ｈ），天给水排水 Ｖｏｌ．４０ Ｎｏ．９ ２０１４７７ 然气价１．８９元／ｍ３。１．３．１ 每１ｍ３（６０℃）热水所需能源费用计算（１）每１ｍ３（６０℃）热水的燃气费。取设计参数：自来水水温平均１０℃，热水机组出水温度６０℃，天然气热值８ ２００ｋｃａｌ／ｍ３。热水机组效率ｎ＝９０％，则理论计算每１ｍ３（６０℃）热水的耗气费用：Ａ＝［１ｍ３×（６０℃－１０℃）×１ ０００ｋｃａｌ／（ｍ３·℃）÷８ ２００ｋｃａｌ／ｍ３÷０．９］×１．８９元／ｍ３＝１２．８元／ｍ３。另外，根据以上分析，考虑２０％的供回水干管热损耗，则每１ｍ３热水的理论耗气费为Ａ１＝１２．８×１．２＝１５．３６（元／ｍ３）。（２）每１ｍ３热水循环所耗电费用。Ａ２＝５．７ｋＷ·ｈ／ｍ３×１．０元／（ｋＷ·ｈ）＝５．７元／ｍ３。（３）每１ｍ３热水所需自来水费。Ａ３＝２．８５元／ｍ３。（４）每１ｍ３热水理论计算成本。通过以上分析计算，每１ｍ３（６０℃）热水理论计算成本为：∑Ａ＝Ａ１＋Ａ２＋Ａ３＝１５．３６＋５．７＋２．８５＝２３．９１（元／ｍ３）。１．３．２ 成本分析１．３．２．１ 集中热水供应成本构成经以上计算，集中热水供应的理论成本由燃气费、电费、自来水费３部分组成（见图１），其所占比例分别为６４．２％、２３．８％、１２．０％，这还未包括设备的管理和维修费用（物管统计设备维修为３～４年一次，费用约为２万元／次，此费用由物业维修基金支图１ 集中系统水、电、气成本出），这样的售价要结合人员成本、维修、投资偿还，是很难有利益空间可言的。１．３．２．２ 家用热水器分散热水供应成本构成使用家用热水器分散热水供应其理论成本仅由燃气费及自来水费２部分组成，其燃气费还不包括管网的热损失，根据以上计算，每１ｍ３（６０℃）热水费用Ａ＝１２．８＋２．８５＝１５．６５（元／ｍ３），其燃气费及自来水费２部分所占比例分别为８１．７％和１８．３％。集中与分散热水理论供应成本比较见图２。图２ 集中及分散系统成本比较最关键的一点是：热水系统设计用量与实际用量相差较大，实际仅为设计用量的５０％左右［约３５Ｌ／（人·ｄ），６０℃］。其用水总量越低，热水管网循环所损耗的热量分摊至单位热水用水量的热损耗值越大（实际热水循环的损耗值为１２．８×３５％＝４．５元／ｍ３），即实际热水使用成本远远大于理论计算值。另外值得注意的是，如果集中生活热水供应范围内的居民使用率很小，这样大量的热损失和水泵电耗就需要平均到仅有的少数居民用热水量上，此种集中方式的费用甚至会远远超过常用的单户方式，从而陷入系统用户逐渐减少，更多的用户自设热水器，设备效益持续下降的恶性循环状态。经物管公司实际测算（见表１～表５），每１ｍ３（６０℃）热水直接成本为３５元左右，还不包括管理表１ ２ ０ １ ２年１～１ ２月Ａ栋热水费统计类别１月２月３月４月５月６月７月８月９月１０月１１月１２月合计冷水总量／ｍ３ ３０６ ５２６ ４５０ ４３０ ３２４ ３００ ２７９ ２３８ ２４１ ２９６ ４００ ３５９ ４ １４９冷水费／元８７２．１０ １ ４９９．１０ １ ２８２．５０ １ ２２５．５０ ９２３．４０ ８５５．００ ７９５．１５ ６７８．３０ ６８６．８５ ８４３．６０ １ １４０．００ １ ０２３．１５ １１ ８２４．６５煤气用量／ｍ３ ４ ７２０ ８ １３８ ６ ０１０ ５ ９９９ ３ ６６４ ３ ４０２ ３ １５６ ２ ６８６ ２ ９８２ ４ ４４８ ６ ０４３ ５ ６８２ ５６ ９３０煤气费用／元８ ９２０．８０ １５ ３８０．８２ １１ ３５８．９０ １１ ３３８．１１ ６ ９２４．９６ ６ ４２９．７８ ５ ９６４．８４ ５ ０７６．５４ ５ ６３５．９８ ８ ４０６．７２ １１ ４２１．２７ １０ ７３８．９８ １０７ ５９７．７０耗电量／ｋＷ·ｈ １ ６２０ ２ ６３０ １ ９４０ ２ ６００ １ ９３０ １ ７００ １ ０７０ ７５０ ８８０ ８８０ １ ５５０ １ ９９０ １９ ５４０电费／元１ ８１４．４０ ２ ８９３．００ ２ １９２．２０ ２ ９１２．００ １ ７９４．９０ １ ４４５．００ ９０９．５０ ６５２．５０ ７５６．８０ ７６５．６０ １ ５０３．５０ ２ ２６８．６０ １９ ９０８．００热水费用合计／元