太阳能热水系统的设计目的

太阳能热水系统优化设计的选用对系统性能、系统造价影响较大，应综合考虑多方面因素，遵循“匹配适用性”原则选型。从太阳能建筑一体化角度出发，对于别墅型建筑宜选择分离式系统；对于多层建筑宜选择集中式系统，以幢或单元为单位设置。

前言

一般情况下，综合性的医院建筑主要分为医技建筑、门诊建筑、病房建筑等几种型式，而每种型式均具有其自身特点：医技建筑医疗设备集中，防护要求严密；门诊建筑科室种类齐全，科室、人员分散；病房建筑科室、人员集中。在进行医院建筑生活热水系统设计中，应充分考虑到各种医院建筑的特点，结合业主的具体要求，合理选择系统设计方案，以更好地满足医院建筑的使用要求。

一、医院生活热水系统的形式

医院建筑生活热水系统基本分为两种系统型式：分散型生活热水系统和集中型生活热水系统。分散型生活热水系统指一个生活热水用水点或几个生活热水用水点单独由一个热水供水设备供给，如电热水器、快速水加热器等；集中型生活热水系统指所有生活热水用水点或大部分生活热水用水点均由一套或几套热水供水设备供给，如热水锅炉、热交换器等。分散型生活热水系统具有系统简单、控制方便等优点，也有耗电量高等缺点。

二、医院热水系统设计的原则

（一）按需设置

一般来说，医院的病房卫生间、手术室洗手、产科病房、洗婴室、中心供应室宜设置集中供水热水系统，而门急诊、医技各科室和后勤行政部门由于用水点分散，对热水供应的要求不高，一般可不设置热水供水，局部有需要的部位设置电热水器加热即可。当然对于部分要求较高的医院，也可以热水供应到每一个用水点，但这样相对会造成较大的能耗浪费。

（二）采用系统设计形式

对于设置集中热水供水的项目，热水机房宜集中设置，但管道要根据使用功能分为不同的系统，便于运行管理维护。大部分医院根据目前的财力，病房楼内的热水供应除有独立卫生间的病房外基本为定时供应；中心供应、手术室洗手、产房热水为全天候供应。所以，设计时，宜将普通病房作为一个系统，中心供应、手术部、妇产科联合作为一个系统，门诊、医技单独成一个系统。通过合理的系统设计形式，甲方可以根据实际需要灵活启闭，达到管理维护方便，节能降耗的目的。

（三）热交换器的选择要本着健康的原则

根据常规设计，一般医院供水均采用容积式热交换器通过蒸汽换热制取热水。然而现在人们对水质要求愈来愈高，尤其是生活热水中发现军团菌致病的实例，引起人们的高度重视。主要是因为在30℃～45℃水中最容易繁殖军团菌。因此，建筑给排水设计规范明确规定医院建筑不得采用有滞水区的容积式水加热器。因为医院用水对象大部分为老弱病残者，抵抗力较差，容易发生感染，所以笔者建议逐步采用即热式快速热水器替代传统的容积式热交换器，使其热水供应系统水温始终保持在60℃区域进行供水，并且设定管道循环温度在50℃以上。

三、医院热水系统的设计要点

（一）全循环供水方式介绍

热水供应须满足用水点的水温要求。设置循环管网、维持一定的循环流量以补偿配水管网热损失是满足热水系统水温要求的主要措施之一。在一些标准较高的医院建筑中，由于卫生器具布置相对分散、数量多、配水支管长，难以按半循环方式保证大多数配水点的水温，设计中有必要采用全循环供水方式。

1、采用横管配回水布置形式

（1）立管供回水布置形式的缺点

传统热水系统管道设计中常见的是立管供回水的方式，但立管供回水的形式往往存在如下问题：用水点多且分散，配水支管长，立管数量多；诊疗路径及诊室分布的不同，使相邻楼层热水立管难以直接竖向对齐供水，管道转弯多，敷设困难；若上下楼层立管共用，各科室热水单独计量会导致水表太多，增大计量误差，管理麻烦；由于科室大小不同，配回水管路长短不一，难以实现同程式布管，增加了系统调试的工作量。

（2）横管配回水布置形式的优势

若根据医院建筑平面功能分区，把循环支管服务范围扩大，即:在一定范围的平面区域内设置管道井并布置热水供回水立管，立管仅在需要热水供给的科室接出配水横管，根据各楼层各区域不同科室卫生器具的分布情况，确定配水横管的走向，并逐一配水到用水点。横管配水完成后，再与管道井内的回水立管连接。

此外，由于配水横管可依据科室卫生器具分布合理设置，在进人科室的配水横管与完成配水后的回水横管上分别设置水表，计算两水表读数的差值，可方便统计各科室的热水用量。这种布置方式还具有布管灵活、用水点改扩建容易等特点。

2、采用多个不同的循环管路系统

（1）一般医院都采用定时热水供应系统，仅对特殊科室采用全天供水系统。对定时系统而言，工作方式是上班前约半小时启动循环泵，下班后停泵，上班期间循环泵的启停由泵前回水管温度控制；对全日制系统而言，循环水泵一旦运行，它的启停直接由泵前回水管温度控制，与工作时间无关。若整个热水系统采用一套循环管路，则必将造成定时循环管路系统约16h的热量浪费。所以，从节能角度出发，应将该集中热水系统按供应时间分别设置循环管路。

（2）急诊部的用水比较分散，横管较长，若直接与其他科室合用配回水管路，势必造成配回水管路长度差异太大，不能做到同程布管，可能产生短流循环，系统调试困难。所以，设计中把这种较大科室进行合理分割，形成配回水管路长度相近的两个或多个循环回路。

总之，对标准高、耗热量大、用水点多且分散的建筑，采用多种循环方式相结合的供水形式，既能保证用户的水温，又节水、节能。

（二）太阳能热水系统介绍

一般医院的住院部是热水使用率比较高的地方，从节能的角度来讲，在设计过程中，尽最大可能利用屋面面积布置太阳能集热器，最大限度利用太阳能。

1、传统太阳能热水系统的缺点

传统上，医院的太阳能热水系统均采用单水箱太阳能热水系统和双水箱太阳能热水系统。但以上两种太阳能热水系统在太阳能充裕时，制备的热水能够满足使用要求。而根据《建筑给水排水设计规范》规定，医院不得采用有滞水区的容积式热交换器制备热水。在阴雨天及冬季，无论采用何种辅助热源方式来加热水箱内的水，均很难使水箱各处水温均衡。

2、“水箱+半容积式热交换器”太阳能热水系统的优势

实践证明，太阳能集热系统和半容积式热交换器联合供应热水的方式可保证随时提供符合规范要求的热水。

(1)采用两种补水方式。温控补水：当水箱水温大于60℃，打开电动阀补水，达到设定水位时，停止补水；低水位补水：当水箱水位低于设定水位时，打开电动阀进行补水，达到设定水位时，停止补水。

（2）集热循环。采用温差强制循环工作方式，温差强制循环采用2个系统独立循环，在储热水箱与集热器之间进行。

（3）水箱防冻加热。在冬季极端低温恶劣天气条件下，为了保证太阳能集热系统防冻循环实施，利用热交换器制备的热水将水箱内的水加热。

总之，在诸如医院这类对生活热水品质要求较高的场所，热水的需求量大且供应时段较为集中，在利用太阳能生产热水时，传统的单水箱、双水箱太阳能热水系统难以达到水温均衡、混合无滞水区的要求，应联合换热效率较高的半容积式热交换器，才能达到恒温、恒压供应高品质生活热水的目的。

（三）医院热水系统的计量问题

通常医院建筑生活热水系统不存在热水计量的问题，一般医院只要求对各科室生活给水进行计量，以作为各科室成本核算的依据。但我们在医院建筑工程设计过程中，也遇到了业主要求对生活热水系统进行计量的案例。

生活热水系统热计量目前采取在每个计量区域的生活热水供水管、循环管的起端侧各设置一个热水表，通过测定两个热水表之间的热水流量差值作为本计量区域热水用水量的依据。事实上，也可以通过热计量表测定本计量区域的生活热水热负荷来作为计量依据，但是这种计量方式具体操作起来难度较大。为了实现各计量区域的生活热水系统计量，整个生活热水系统型式必须作出相应调整，常规的上供下回立管同程循环热水系统便不符合实际要求了。通常，建筑物每层设置一个或多个计量区域，这就要求每个计量区域均形成一个热水循环回路。需要强调的是，在整个热水系统设计的过程中，必须尽可能地保证每个热水循环回路为系统同程，以达到各热水用水点的正常使用。

结语

对于医院建筑来说,由于用水量较大、用水时段相对比较集中，因此在热水供应上必须选择合理的设计方案，可以采用全循环供水方式和太阳能热水系统来保证供水的质量，同时又突出了环保节能的理念。

在密闭的热水采暖循环系统中，水不断地被加热而温度升高并体积增大。当增多出来的水在系统内容纳不下时，就会使系统中的压力升高而导致管道或采暖设备超压，而膨胀水箱即可接纳膨胀出的水而避免系统超压。

膨胀水箱可起着调节控制系统水位的作用，膨胀水箱即可容纳因膨胀出多余的水，还可补充因系统泄漏引起的缺水现象。水箱上安装水位控制装置，平时维持正常水位，一旦缺水至水位控制装置的下限值时，可自动启动水泵补水。补水至控制装置的上限值时，自动停泵。

2、闭式系统：管网不与大气相通，冷水直接进入水加热器。系统中需设安全阀、隔膜式压力膨胀罐或膨胀管、自动排气阀等附件，以确保系统安全运行。由于系统供水水压稳定性较差，安全可靠性差，一般适用于不设置屋顶水箱的热水供应系统。

2、构造：由集热器、保温水箱、支架、连接管道、控制部件等部件。

3、工作原理：阳光穿过吸热管的第一层玻璃照到第二层玻璃的黑色吸热层上，将太阳光能的热量吸收，由于两层玻璃之间是真空隔热的，传热将大大减小（辐射传热仍然存在，但没有了热传导和热对流），绝大部分热量只能传给玻璃管里面的水，使玻璃管内的水加热。

加热的水便轻沿着玻璃管受热面往上进入保温储水桶，桶内温度相对较低的水沿着玻璃管背光面进入玻璃管补充，如此不断循环，使保温储水桶内的水不断加热，从而达到热水的目的。