王勇
（中国汽车工业工程有限公司，天津300000）
摘要：针对工业企业淋浴热水系统的特殊性，文章列举了常用的热水制备形式及设计要点，结合工程实例，对各种热水制备系统进行能耗比较，为工业企业淋浴热水制备系统方案设计提供参考。
关键词：工业企业；淋浴热水；热水制备系统设计
前言
工业企业淋浴热水系统一般设置在车间辅房或工厂内生活辅助用房中，系统规模可小至几十个淋浴器，大到上千个淋浴器。与商用、民用淋浴热水系统在系统规模、运行情况上均有很大不同。其系统运行特点是：用水时间固定且集中，同时使用系数高。例如一个两班制的工厂，淋浴时间通常为下班后一小时以内，每天两次。淋浴热水制备系统的方案基本由所在项目的热源情况决定。热源类型、能够提供的热量不同，热水制备系统的形式必然不同。而后根据不同的使用对象、热水用水量、用水规律、建筑物形式、投资等因素确定具体的热水制备方案。
目前工业企业中较为常见的的热源类别大致有：太阳能、高温热水、蒸汽、可以回收利用的余热、电能、燃气锅炉等。一般的热水制备系统都是以以上一种或者两种及两种以上热源组合的方式，比如采用太阳能作为优先使用的热源，辅以电辅热或者蒸汽加热、热水换热；以余热利用为优先使用热源，辅以电辅热或者蒸汽加热。本文针对工业企业常用的淋浴热水制备系统方案进行总结，归纳出不同方案的优缺点和各自适用的情况以及设计时需要注意的事项。下面根据不同的热源或热源组合形式分别进行介绍。
1太阳能热水制备系统
1.1系统简介
太阳能因为其特有的环保节能等优势，已被作为优先选用的能源。《建筑给水排水设计规范》GB 50015-2003中规定，当日照时数大于1400h/年且年太阳辐射量大于4200MJ/m2及年极端最低气温不低于-45℃的地区，宜优先采用太阳能作为热水供应热源。而我国一些地方已经要求必须优先使用太阳能作为淋浴热水热源，其中包括部分北方地区。
太阳能热水制备系统一般由集热器，集热供热水箱，循环泵，控制系统等组成，因太阳能系统不能保证全年稳定供水，因此以太阳能为热源的热水制备系统一般还包括一套电辅热或其他热源的辅热装置。根据供热方式可分为直接供水和间接换热两种形式，根据热水循环方式又可分为自然循环和强制循环两种形式。
1.2优缺点及适用范围
优点：较其他热源环保节能，热源普遍，可适用的地区也最广，因此设计中较为常见；
缺点：供热不稳定，根据地域不同，使用效果差别很大；对于工业企业淋浴系统，瞬时使用量大，一般使用时间为下班后一小时，其中一班又在上午，因此太阳能利用率较低；考虑到供热的稳定性，必须使用辅助加热，控制系统较为复杂，且辅助加热系统已能满足使用需要，使用太阳能系统会增加造价；对于大规模的系统，水箱等设备占地较大，需要增设单独的站房。
1.3设计时需要注意的事项
（1）使用开式系统直接供热的太阳能，热水供水压力主要靠高位水箱，水压较冷水系统低，需要增加冷水箱以平衡供水压力，避免因冷热水压力差别过大，使淋浴器混水阀难以调节。
（2）对于冷水硬度大于150mg/L或用户对冷热水压差稳定要求较高的系统，必须采用间接加热供水系统。有条件时宜采用间接换热的方式，一方面有利于平衡冷热水压力，另一方面有利于设备防冻以及防止水垢的危害，同时集热效率也更高。
2以蒸汽、高温热水等为热源的热水制备系统
2.1系统简介
以蒸汽或高温热水为热源的热水制备系统即将蒸汽或高温热水作为热媒通过换热器置换出热水的热水制备系统。一般的工业企业设计项目，厂区内通常有供生产使用的能够充分供热的高温热水或蒸汽做为热源，而无需额外制备。因此，这种热水制备系统在工业项目中的应用最为普遍。一般情况下，使用一次换热系统即可满足生活热水需要，无需增加其他辅助热源。
2.2设计选用要点及注意事项
（1）对于普通的商用、民用淋浴热水系统，设计时热水制备设备一般按以下原则选用：热源供应不能满足热水设计小时平均秒耗热量、用水量变化大而且要求供水水温、水压平稳时可选用导流型容积式水加热器；热源供应能满足设计小时平均秒耗热量但不能满足设计秒流量的要求、用水变化大且要求供水水温、水压较平稳，设有机械循环的集中热水供应系统宜选用半容积式水加热器；热源供应能满足设计秒流量的要求，用水较均匀，当热媒为蒸汽时其工作压力大于等于0.15Mpa且供气压力稳定可采用半即热式水加热器。而对于工业企业的淋浴热水系统，淋浴时间一半在下班后一小时以内，最短可能只有20分钟，在此时间内几乎所有淋浴器均需同时连续开启，当采用半容积或容积式换热器时热媒供应量也应满足设计秒流量的要求。
（2）被加热水侧阻力损失大且出水压力变化大的板式换热器等快速水加热器不宜用于冷水总硬度大于150mg/l的热水系统，也不宜用与经水加热器直接供给对冷热水压力要求平衡较高的热水系统。
（3）为满足不同用水部位以及用水量波动水泵宜采用变频泵。用水集中且用水量大的配水管道宜与其他用水部位分开单独设置。当用水时间不一致时应单独设置热水制备系统。
（4）对于供水安全度要求较高的系统宜在换热器后增加储热水罐的方式供水；对于工业企业淋浴热水系统，用水时间集中，当规模较大时，一般热媒供应量不能满足设计秒流量要求，即使能够满足，按照设计秒流量设计热媒供应系统也不经济。因此一般提前制备好一部分热水作为储存容积，系统宜采用换热器与储热水罐同时供水的形式。换热器与储热水罐供水比例应根据热源供应情况、站房面积等综合比较后确定。当储水容积较大时，宜采用多个热水罐串联的方式，管道进出水罐时均应设置均匀布水装置，这样可以尽量的使系统内的水温均匀。
（5）对于有较大储水容积的系统，储水设备中经常会滞留大量死水，为防止滋生细菌，应考虑高温加热循环。
2.3典型的系统形式
（1）热源充足，能够满足热水设计秒流量需求，即无储热容积的热水制备系统。
优缺点：能够随时制备热水，不受使用时间限制，无需储热容积，节约站房面积。但需要热媒充足稳定，系统用水量较大时，要求热媒供应量大，常用于规模不大的淋浴系统。当热媒不能保证稳定供应，或系统中没有完备的安全、温度控制装置时，需要增加一定的储热容积作为调节容积。
（2）热源不能够满足用水量需求，即带储热容积的热水制备系统。
优缺点：带有储存容积，供水较无储热容积的系统稳定；热媒单位供应量要求较小；储水设备占地面积较大，增加站房土建投资。
3采用蒸汽或热水锅炉等直接加热的热水制备系统
3.1系统简介
即采用蒸汽或者蒸汽、燃气热水锅炉将低温热水直接加热至使用温度的热水制备系统。这种系统形式简单，造价相对间接换热的系统低，但供水稳定性和安全度均不如间接换热的系统，有条件时不宜采用。
3.2设计时注意事项
（1）对于采用蒸汽直接加热的系统，因为噪声及震动较大，对噪声要求较高的建筑不宜采用。（2）采用锅炉直接加热的热水制备系统为增加热水供应稳定性一般需增加高位热水水箱，设计时还应设置冷水箱以平衡冷热水压力。（3）采用锅炉直接加热时冷水水质需满足要求，硬度较大时需要进行水质处理，宜采用换热的形式制备热水。
4应用举例
下面以某工业企业中的淋浴间为例，分别计算各种系统的储热容积以及瞬时耗热量。
例：某工业企业淋浴间共设置50个淋浴器，洗浴时间为下班后20分钟，使用热水温度40℃，制备热水温度60℃，冷水计算温度5℃。
按照建筑给水排水设计规范（GB 50015-2003）（2009年版）
根据表中结果可以看出，对于常见的工业企业中的淋浴系统，因为淋浴时间集中，采用容积式、半容积式的热水系统淋浴时间内热媒的供应量均需满足设计秒流量的要求。因此，对于这种系统，不宜采用容积式换热器的形式。而采用半容积式换热器时，可将储热容积作为调节容积。热媒供应量不足时可以采用即热式换热器组合储热水罐的供水形式，热媒及冷水均供应不足时可采用增设高位冷热水箱的供水形式。
5结语
本文针对工业企业常用的淋浴热水制备系统方案进行总结，归纳出不同方案的优缺点和各自适用的情况以及设计时需要注意的事项。具体设计时，热水制备系统的选择应充分考虑用户的使用特点、水质情况、耗热量、热源维护管理等因素，经过方案经济技术比较后，选择出换热效率高、换热效果好、节能环保、设备用房省、同时构造简单操作维修方便的系统形式。
参考文献：
[1]张宝钢，管永涛．给水排水设计手册（第2册），建筑给水排水（第三版）[M]．北京：中国建筑工业出版社，2012
论文作者:王勇
论文发表刊物:《建筑建材装饰》2015年9月上
论文发表时间:2016/8/31
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