特别实用：住宅小区集中热水系统故障分析及教训
导读Abstract
结合某大型住宅集中热水系统工程实例，分析了热水系统故障原因，指出了大型生活热水系统在系统设计、设备选型、施工细节、系统调试、运行管理等方面容易存在的问题，并给出了对应解决措施。
引用本文：曹阳. 某住宅小区集中热水系统故障分析及教训［J］. 给水排水，2022，48（10）：126-129.
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项目背景
1.1 项目概况
项目定位高端住宅，位于浙江省，基地面积8.3万m²，南北进深约300 m，东西面宽约300 m，建筑面积约21.1万m²，其中地上部分约15.0万m²，地下部分约6.1万m²，地上部分由11栋17至24层住宅与33栋3层住宅组成，地下部分为停车库与设备用房，地下部分面积较大且存在较大高差，故土建设计地下室有南北两区，由2个联通口联通，热水系统由此分为2套，北区热水系统服务人数2 149人，南区热水系统服务人数669人（每户按3.5人计）。项目于2011年设计，2015年竣工。
1.2 热水系统设计概况
高层住宅热水热源为临近发电厂余热供应的市政热力蒸汽，经换热站供应0.2~0.4MPa饱和蒸汽至热水机房的容积式热水器，地库热水机房分为南北两区，南区供应4栋高层，北区供应7栋高层。毗邻热水机房的给水泵房冷水变频泵出水管直接开三通接入各热水分区的容积式热水器的进水管，经换热后制得60℃的生活热水出水，24 h机械全循环供应。热水系统分为低区（1-6层）、中区（7-15层）与高区（16-24层），分区同冷水。热水配水管及回水管设计力求同程，且路由同冷水，管路系统上保证各住户户内冷热水平衡。地库热水平面布置如图1所示，现状系统原理如图2所示，设计热水系统主要参数及主要设备材料如表1、表2所示。
图1 地库热水平面
图2 现状系统原理
表1 设计热水系统主要参数
表2 设计热水系统主要设备材料
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故障分析及应对措施
小区竣工陆续交房后，若干高层集中热水供水的小业主投诉：①热水浑浊、有异味；②顶层或次顶层不出热水，无法使用。
2.1 管道杂物
现场采用玻璃容器收集了热水出水，经观察热水中存在悬浮物，经简单筛滤后观察悬浮物固体，观察其性状可推测为铁屑、泥沙及灰尘。后经核实，热水管线安装完毕后施工未按规范对管线彻底冲洗，保温块、泥砂、铁屑等杂质存留在管道中，导致管道转弯处有淤积，排气阀失灵，影响热水系统循环，同时致热水浑浊。
2.2 热水管道变径
与冷水管道不同的是热水管道中是存在大量空气的，其来源为：①系统注水过程中管道内部空气未排尽；②热水水温升高，空气在水中的溶解度降低，大量空气分离。
根据《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB 50242-2002）8.2.11的主张热水供水横干管变径应“管顶平接” 连接，管顶平接亦是设计要求的，其目的是为了利于管网排气。管道中淤积的空气会大大影响管网热水的循环流动，甚至阻塞管道，造成小业主支管放不出热水的情况，这就是所谓的气塞现象。而施工忽视了这个细节，使用的是常用于冷水配水管的“管中平接”，使管道中淤积了大量空气无法顺畅排出，增加了热水循环的阻力。遗憾的是由于整改代价大，建设单位最终决定放弃整改，只得另外采用措施弥补缓解气塞现象。
2.3 自动排气阀选型
经统计，报修热水故障的小业主主要分布于热水系统顶层或次顶层，故设于核心筒热水立管顶部的自动排气阀成为排查的重点。
现场踏勘观察到自动排气阀实际安装规格为DN15，与设计的DN20规格不符，且排气阀动作迟钝，排气效果不理想。后要求施工单位整改，将所有管网最高处自动排气阀替换成设计规格的品牌排气阀，顶层或次顶层小业主的出水故障报修频率降低至1~2次/周，有一定效果，但仍不理想。
根据设计阶段依据规范《建筑给水排水设计规范》(GB 50015-2003,2009年版)的5.6.4条“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”。本项目热水系统均为下行上给的配水系统，按当时规范可不设置自动排气阀，而设计了自动排气阀出发点是提高管网及时排气能力，对系统可靠性留有一定余量，也是现行规范《建筑给水排水设计标准》（GB 50015-2019）的6.8.4所主张的设计。
2.4 热水循环泵选型
根据《地下车库二给排水施工图设计计算书》中对服务北区高区（7-15层）热水循环流量qx5的计算过程如式（1）所示：
式中，qx5为热水循环流量,L/h;Qs5为配水管道的热损失，kJ/h；C为水的比热，C=4.187 kJ/（kg·℃ ）；ρ为热水密度，kg/h；Δt为配水管道热水温度差，℃。
设计选用了循环流量3.3 m³/h的循环泵。
根据建设单位确认厂家的二次深化设计，擅自将原设计“卧式容积式换热器”改为“微容积自补偿式热水机组”，其核心组件为若干板式换热器、循环泵与电控系统，外包钢柜，成套售卖，代替原设计的卧式容积式换热器与循环泵组等设备。
在现场热水锅炉房打开厂家的成套钢柜，发现服务于7栋高层住宅楼的热水循环的泵为一只0.2 kW的小型管道泵，流量约1.3 m³/h，不满足设计要求。故基本可断定本热水系统故障最重要的原因是循环泵的施工安装选型错误。
因此建议现场整改过程中，选择比设计选型大一至二档的循环泵，以补偿变径安装错误，抵消掉气塞现象造成的循环阻力。后经施工单位完成整改，经过一段时间的运行与观察，小业主不出热水的故障得到了本质上的解决。且经过几周的观察，几乎鲜有报修不出热水问题。
2.5 热水水质
影响水质有以下两点原因：①施工残留在管道内的杂物未彻底冲洗干净；②管道中滋生的微生物军团菌。如3.1节所述，第①点杂质问题在施工单位对管网彻底冲洗后有显著改善。第②点微生物军团菌问题的原因在于局部管网中水温低于50℃，给微生物的繁殖提供了温床，微生物得以大量的繁殖导致水质恶化。
而管网水温低于50℃的原因有两点：①如3.4节所述，循环泵选型偏小，热水管网系统体量大，管道长，管道热损失大，即使循环泵始终开启运行，热水循环回换热器时温度很难控制大于50℃。②热水用水量少，据统计当时实际入住户数约30户，仅占总户数的4%，管网中热水大部分处于循环状态，从冷水补入到终端小业主龙头放出使用的时间长，成了“死水”，且长时间处于适宜军团菌繁殖的温度，军团菌大量繁殖最终导致热水的异味。据调查，国内商品房交房初期阶段，小业主入住率低，由于实际用水量大大小于设计用水量而导致的集中热水水质暂时不佳的情况无独有偶。
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思 考
3.1 建设单位改进措施
集中生活热水供水系统常应用于民用建筑中的宿舍、酒店与医疗建筑等，其建筑大多独栋或每栋设置1套集中热水系统，而住宅小区一旦基地大、容积不低，其栋数较多，例如本项目有11栋，且层数多高度高，热水配水管回水管体量大，其设计、施工与调试的难度、风险大大增高。
中国北方住宅集中热水系统的建设模式可为同采暖系统一并发包于热力集团，热力集团的工作包括设计、施工、调试、运行、收费、维保全过程，热力集团凭借其技术成熟、经验丰富、服务规范基本能保障小业主热水用水。而南方地区的商品住宅建筑，即使是高端住宅建筑，采用集中生活热水系统的也是少见的，本项目为该建设单位第一次尝试建设集中热水住宅项目，同时也是当地第一个采用集中热水供应的商品住宅。
住宅建筑集中热水系统前期投入高，调试运维均有一定的难度，项目若无一定规模后期收益未必可观。且小业主户内基本无分户热水器，集中热水系统一旦故障，难免对的小业主日常生活带来负面影响，给建设单位带来的口碑损失不可估量。故建设单位团队在没有十足把握做好一套可靠的集中热水系统条件下，希望设置集中热水系统提高住宅品质亦或是增加售楼卖点，其收益与付出比或许不高。
3.2 设计单位改进措施
有必要在设计前期对建设单位、施工单位的技术经验进行摸底，以此作为设计条件，与技术经验较为薄弱的建设单位施工单位配合时，除了需严格按国家规范编制设计文件，积极主动与现场配合。
本项目热水系统设计理论上无计算错误、无选型不当，不过仍存在一定的优化空间：通常热水第二循环系统于回水管网末端设计一套循环泵组即可，亦是现有热水系统的设计。但当热水供水系统体量大时，例如系统服务高层建筑，楼栋数≥7栋，推荐热水管路的供回水方案采用主循环泵与分楼小循环泵相结合的管网系统，其系统如图3所示，相比于图2的现有热水系统设计，区别在于在每栋楼的回水管末端各增设一个小循环泵，能够提高单体塔楼热水系统的水力平衡，降低热水系统的安装调试难度，保证循环效果，代价是额外的若干小循环泵略微增加建设运维成本。
图3 优化系统原理
3.3 后序调查情况
本项目集中热水系统未能成功运营的主要原因是热电厂破产，热电厂设有25、35与45t/h蒸汽锅炉各一台，峰值总供热能力105t/h。主要供给临近工业区约40余家工厂及新区居民区，工厂耗量约50t/h，新区居民区近期规划耗量约35t/h。
随着地方产业升级调整，40余家工厂悉数迁移外地，工业区对蒸汽需求几乎清零；而新区居民区规划居住人口容量3.2万人、5座高星级酒店、学校等公用设施，截止至2015年6月迁入人口仅3 100余人，1座1 016床高星酒店土建封顶即烂尾，理论计算蒸汽耗量约4.15t/h，实际耗量在热电厂端的计量仅0.90t/h，刨除4km市政蒸汽干管热量损失，使用比例不及预期，仅开启最小一台25t/h的锅炉已然大动干戈，加之新区的建设进程不理想，拿下新区20多幅土地的开发商陷入债务危机。综上工业搬迁及新区建设失败这两个主要因素致使热电厂经营难以为继。
小业主端意愿使用集中热水系统的比例不高，原因主要有不认可热水供水价格、对系统可靠性存疑与当地惯用分户燃气热水器。所幸几乎家家安装了分户热水器，未安装家庭切断入户热回水阀后添置一台热水器的改造动静不算大，热电厂停摆未对小业主的日常生活太大的负面影响。
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结 语
热水给水系统的建设难度远高于冷水给水系统，其设计细节、施工细节、管道淤塞、管道冲洗、循环泵选型、甚至排气阀选型等缺陷都可能是导致集中热水系统失败的因素，特别是大型集中热水系统，是复杂的水力系统，需严肃对待热水系统的建设与管理，前期充分调研学习经验，过程中组织好设计、施工、监理与设备厂家之间的密切配合，明确各方职责，避免不合格产品工艺进入工程中，严格落实国家法规与技术标准，重视热水调试验收，仔细把握好各个环节才能建设出一套成功的热水系统。
