6.2 生活热水系统

6.2.1 生活热水在严寒和寒冷气候区是居住建筑的必需设置,系统形式和热源的选择均应在建筑设计阶段统一考虑,从节能角度出发要尽量避免集中设置,同时当不得不采用电加热作为生活热水系统的主体热源时,也应分散设置系统。
    1 首选热源
    相对于太阳能,利用工业余热和废热,因不需根据天气阴晴消耗大量其他辅助热源的能量,无疑是最节能的,如果有条件应优先采用。
    对于地热资源丰富的地区,应将地热作为首选热源。
    利用好太阳能,对于缓解用能紧张的现状是大有作用的。如果能够合理采用太阳能热水系统,采用高效率辅助热源,太阳能的加热量即为节省的能量,应为首选热源。
    2 限制使用的热源形式
      1)蒸汽的能量品位比热水要高得多,采用燃气或燃油锅炉将水由低温状态加热至蒸汽,再通过热交换转化为生活热水是能量的高质低用,能源浪费很大,除非有其他用汽要求,应避免采用。
      2)采用电加热是对高品质二次能源的降级使用,相同热值的电能换算成耗费的标煤量约是燃气相当标煤量的3.3倍,因此限制使用电能作为生活热水系统的主体热源(不包括居民自行设置的仅在集中热源检修期使用的备用电热水器)。
    3 其他热源
    不得不用电驱动热源时,应先考虑空气源热泵等热源形式。
    空气源热泵热水机是运用热泵工作原理,以电能为动力,吸收空气中的低位热量,经过中间介质对水加热的产品。该产品的优点是热效率高于直接电加热;因不需要电加热元件与水接触,没有电热水器漏电的危险;无燃气热水器的安全隐患,也没有燃油热水器排放废气造成的空气污染,因此在一定条件下,是一种可供选择采用的安全、节能产品。

6.2.2 供水压力平衡的设计要求。
    用水点尤其是淋浴设施处冷、热水供水压力平衡和稳定,能够减少水温初调节时间,避免洗浴过程中的忽冷忽热,对节能节水有利。其保证措施包括冷水、热水供应系统分区一致,减少热水管网和加热设备的系统阻力,淋浴器处设置能自动调节水温功能的混合器、混合阀等。

6.2.3 户式燃气炉作为生活热水热源的效率规定。本条文为强制性条文。

6.2.4 生活热水系统除有其他蒸汽使用的要求外,不可采用燃气锅炉制备高温高压蒸汽,再进行热交换供应生活热水。因为高温蒸汽焓值远高于热水,将低温水加热至高温高压蒸汽,再通过热交换转化为生活热水是能量的高质低用,应避免。

6.2.5 燃气作为生活热水热源的效率规定。本条文为强制性条文。

6.2.6 本条文为强制性条文。为了有效地规范国内热泵热水机(器)市场,以及加快设备制造厂家的技术进步,现行国家标准《热泵热水机(器)能效限定值及能效等级》GB 29541将热泵热水机能源效率分为1、2、3、4、5五个等级,1级表示能源效率最高,2级表示达到节能认证的最小值,3、4级代表了我国多联机的平均能效水平,5级为标准实施后市场准入值。表6.26中能效等级数据是依据现行国家标准《热泵热水机(器)能效限定值及能效等级》GB 29541中能效等级2级编制的,在设计和选用空气源热泵热水机组时,推荐采用达到节能认证的产品。摘录自现行国家标准《热泵热水机(器)能效限定值及能效等级》GB 29541中热泵热水机(器)能源效率等级,见表10。

表10 热泵热水机(器)能源效率等级指标

    空气源热泵热水机组较适用于夏季和过渡季节总时间较长的地区;寒冷地区使用时需要考虑机组的经济性与可靠性,在室外温度较低的工况下运行,致使机组制热性能系数(COP)太低,失去热泵机组节能优势时就不宜采用。
    选用空气源热泵热水机组制备生活热水时应注意热水出水温度,在节能设计的同时还要满足现行国家标准对生活热水的卫生要求。一般空气源热泵热水机组热水出水温度低于60℃,为避免热水管网中滋生军团菌,需要采取措施抑制细菌繁殖。如每隔1周~2周采用65℃的热水供水1天,抑制细菌繁殖生长,但必须有用水时防止烫伤的措施,如设置混水阀等,或采取其他安全有效的消毒杀菌措施。

6.2.7 集中热水系统的监测和控制要求。
    目前工程设计对热水系统计量和监测要求较低,而生活热水系统是给水排水系统中节能潜力最大的,是给水排水节能的重要手段,应该予以重视。
    控制的基本原则是:(1)设备尽可能高效运行;(2)相同型号的设备的运行时间尽量接近以保持其同样的运行寿命(通常优先启动累计运行小时数最少的设备);(3)满足用户侧低负荷运行的需求。
    设备运行状态的监测及故障报警是系统监控的一个基本内容。
    集中热水系统采用风冷或水源热泵作为热源,当装机数量多于3台时采用机组群控方式,可以有一定的优化运行效果,提高系统的综合能效。
    由于工程的情况不同,本条内容可能无法完全包含一个具体的工程中的监控内容,因此设计人员还需要根据项目具体情况确定一些应监控的参数和设备。

6.2.8 生活热水供水温度要求。
    过高的供水温度不利于节能。集中生活热水的供水温度越高,管内外温差和热损失越大。同时为防止结垢,给出设计温度的上限。在保证配水点水温的前提下,可根据热水供水管线长度、管道保温等情况确定合适的供水温度,以缩小管内外温差,减少热损失,节约能源。

6.2.9 本条包括太阳能热水系统辅助热源的加热设备。选择低阻力的加热设备,是为了保证冷热水用水点的压力平衡。安全可靠、构造简单、操作维修方便是为了保证设备正常运行和保持较高的换热效率。设置自动温控装置是为了保证水温恒定,提高热水供水品质并有利于节能节水。

6.2.10 为保证热水系统的热损失,减少热水能耗,需要对系统中的主要部件进行保温。供回水管、加热器、储水箱是热水系统的主要部件,做好保温可以降低热水系统的能耗。将直埋管道埋设在冰冻线以下,以避免冬季管道破裂,保障供水安全。

6.2.11 根据对不同类型住宅的统计计算,在寒冷地区如果为全楼所有用户供应生活热水,当建筑层数不超过12层时,能够设置太阳能集热器的屋面有效面积都能够使太阳能保证率达到或超过0.5,因此不高于12层的住宅建筑不需通过计算,都应全楼采用太阳能热水系统。当建筑层数超过12层时,需要通过计算确定建筑物屋面设置集热器的有效面积是否满足供应全楼用户时保证率达到0.5,如果达到也必须采用太阳能热水系统。实例计算结果表明,对于户型面积为90m2的一般建筑,16层及其以下住宅屋面集热器太阳能保证率可以达到0.5;对于大户型建筑,由于建筑物内人员密度较少,单位面积的用水量也较少,有很多20层以上的高层住宅屋面集热器太阳能保证率可以达到0.5,则必须设置太阳能热水系统。
    从能源综合效率进行比较,热电联产的城市热网应该是最高的,理应成为首选的辅助热源。对于住宅的集中热水供应系统,太阳能储热水箱一般设在每栋楼中,而供热机房往往在小区集中设置,由于高温热水换热由热力集团统一管理,一般不允许分散设在每栋楼中,因此较难在楼内直接利用城市热网高温热水作为辅助热源;由于冬季的集中供暖系统是按气候调节水温的,与生活热水加热需要存在矛盾,需要在供热机房再设置一套换热设备和循环水泵,并另铺设二次室外管网,用专用的二次水对楼内太阳能生活热水进行辅助加热。除楼内的太阳能生活热水系统外,需另设集中供热设备和外网,建设单位投资较高,因此目前这种做法在住宅建筑极少采用。
    在建筑安全允许的情况下,相比直接电加热,可采用燃气作为集中辅助热源。不仅综合效率高于电加热,从经济角度,按目前民用天然气和民用电的价格计算,相同热量的辅助热源费用,采用电能的价格是燃气的2.3倍左右。
    虽然使用燃气作为集中辅助热源在居住建筑中出于安全考虑有一定的容量或压力限制,但大量住宅还是可以采用的,按一栋楼的生活热水用量一般不会超过限制。
    当采用电能作为太阳能热水系统的辅助加热时,与燃气热源相比,前者几乎没有节能减排优势,有时甚至为负值。因此限制直接采用电能作为生活热水的主体热源和太阳能生活热水系统的辅助热源。当没有其他热源条件,必须采用单一电价的电能直接作为辅助热源时,如果采用集中辅助加热系统,按商业用电收费,增加运行费用更多,因此宜采用集中集热,分户储热和辅助加热系统,层数较少的建筑也可采用分户集热、储热、辅助加热(分散式)系统,以减少电加热费用。

6.2.12 为避免使用热水时需要放空大量冷水而造成水和能源的浪费,集中生活热水系统应设循环加热系统。为保证无循环的供水支管长度不超过8m,宜就近在用水点处设置供回水立管,热水表宜采用在户内安装的远传电子计量或IC卡仪表。当热水用水点距水表或热水器较远时,需采取其他措施,例如:集中热水供水系统在用水点附近增加热水和回水立管并设置热水表;户内采用设在厨房的燃气热水器时,设户内热水循环系统,循环水泵控制可以采用用水前手动开闭或定时关闭的方式。

6.2.13 热水计量的要求。
    安装热媒或热媒计量表以便控制热媒或热源的消耗,落实到节约用能。
    水加热、热交换站室的热媒水仅需要计量用量时,在热媒管道上安装热水表,计量热媒水的使用量。
    水加热、热交换站室的热媒水需要计量热媒水耗热量时,在热媒管道上需要安装热量表。热量表是一种适用于测量在热交换环路中,载热液体所吸收或转换热能的仪器。热量表是通过测量热媒流量和焓差值来计算出热量损耗,热量损耗一般以“kJ”或“MJ”表示,也有采用“kW·h”表示的。在水加热、换热器的热媒进水管和热媒回水管上安装温度传感器,进行热量消耗计量。热水表可以计量热水使用量,但是不能计量热量的消耗量,故热水表不能替代热量表。
    热媒为蒸汽时,在蒸汽管道上需要安装蒸汽流量计进行计量。水加热的热源为燃气或燃油时,需要设燃气计量表或燃油计量表进行计量。