高层住宅集中和分散式生活热水供应系统的能耗比较

高层住宅集中和分散式生活热水供应系统的能耗比较
素材：给水排水
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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，应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，热水机组二台放置在屋顶上，热水系统分区同给水系统、采用减压阀减压，分为高、中、低三区，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、厨房等)、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。

根据其它工程经验，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，增加热水使用成本。

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左右(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：
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24小时计算，则该部分管道的热损失为：Wd=380×24=9120kJ／(d·户).
1.1.2每户耗热量比较
按现行《建筑给排水设计规范》(GB50015—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为平均35L／(d·人)左右]。

每户按3．5人计算,每户全天耗热量为：W=3．5人／户×60L／d·人×(60℃-10℃)×4.187kJ／kg·℃×1.0kg／L=43964kJ／d·户。

如按物管实测统计热水使用量为35L／d·人左右计算，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=25645kJ／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％左右(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，显然会对运行成本构成很大的影响。

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lm3热水的实际平均耗电量为5.7KWh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，其增加的成本为每1m3热水5.7kWh／m3×1.0元／(kW·h)=5.7元/m3(电价为不同时段的平均用电价格，物管公司提供)。

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，显然会对运行成本构成很大的影响。

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，目前自来水水费2.85元/m3，电费1.0元／(kW·h)(电价为不同时段的平均用电价格)，天燃气费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：自来水温平均10℃，热水机组出水温度60℃，天燃气热值8200kcal/m3。

热水机组效率n=90％，则理论计算每lm3(60℃)热水的耗气费用：
A=[lm3×(60℃-10℃)×1000kcal／(m3·℃)÷8200kcal／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、自来水费三部分组成（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，费用为2万元/次左右，此费用由物业维修基金支出)，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二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例见图2.
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℃)。

当其用水总量越低时，则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
不包括管理费、设备维修及折旧费等。

由于住户消费观念的陈旧，对于这样的热水用水价格，势必要与家用热水器的使用成本作比较，因家用热水器不存在供回水干管的热损耗和循环水泵的用电消耗，并且容积式或快速式家用热水器基本上可满足住宅多点用水和冲浪浴缸的用水要求。

容积式家用热水器每1m3热水(60℃)的成本价格为15.65元左右。

基本上为集中热水供应系统的一半。

该工程集中热水供应系统已使用12年，其设备维修及折旧费等均由建筑维修基金支出。

1.3.3该住宅小区2012年度物管公司热水用量，用电，用气统计（见表6）
2 集中热水供应系统计量等问题
集中热水系统的使用还有计量上的技术问题难以解决。

目前一般的集中热水系统采用热水表计量。

买卖住房时，运营向用户承诺供应不低于50℃的热水。

这为以后买卖双方发生纠纷埋下隐患。

因为众所周知，一般的热水系统温度只要高于40℃应可以使用了，只是冷水掺兑的多少问题。

而水量的价格相对于热量而言，是一个小数，因为冷水价格为2.85 元/m3，而加温后的热水价格达35元/m3。

谁能保证运行商不会为使利益最大化而偷工减料，因此单纯计量水量不尽合理，应该采用热流量仪。

要在每户支管上设热流量仪，安装上有困难，投资上也会难以承受。

另外，住宅热水进户后用水点多，支管较长，这部分热水不可能形成循环并不易保温，往往用户使用热水要放长时间的“冷水”。

使用户付热水的价格而用“冷水”，心理上难以承受。

《住宅设计规范》(GB 50096—2011) 要求水表、热量表设置应便于管理的位置，一般设在前室公共管井内，这样造成进入户内支管和用户使用热水放“冷水”的时间更长，热损失更多。

3 集中供应热水系统投资分析
集中热水系统的初期投资比较高昂是一个不争的事实，根据设计的5幢高层住宅实际投资测算，其造价大大高于每户设容积式热水器，采用集中热水供应系统的造价为150元/m2左右（包括热水机组、热交换器、进口循环泵、紫铜管等)。

这个价格相对于现在8000～10000 元/m2房价而言虽是一个小数目，但对售价相对较低的楼盘是否值得投资是一个需要认真研究的问题。

4 结论
从以上分析不难看出，相比分散热水系统，集中热水供应系统虽然在使用上方便、稳定、舒适的优越性是任何一种家用热水器所无法比拟的，并具有不需用户维护、操作等优点，但其成本高昂的缺点与其优点同样突出。

该住宅小区已有一栋用户因价格问题不使用集中供热系统，改用自设热水器，另外对需要设置燃气地热采暖的用户，也转而自设家用热水器。

这样使系统用户减少，设备利用率持续下降，造成成本进一步升高的状况。

为避免以上状况，笔者认为应采取以下措施：
（1）在没有城市废热利用和太阳能资源可利用的地区，尽量不采用集中热水供应系统，以利于节能环保。

（2）如开发商坚持要用集中热水供应系统，应由开发商和用户权衡利弊，决定取舍。

一定要在销售其住宅时，向用户说明其用水成本，
免得为以后买卖双方发生纠纷埋下隐患，可保证投入运行后，提供稳定的优质服务。

（3）在设计集中热水供应系统时，设计人员应根据我国居民实际的热水用量低于现行《建筑给水排水设计规范》（GB50015—2003，2009年版）中的热水定额情况下。

在实际集中生活热水系统设计时应根据具体情况尽量取热水定额的较低值，以避免设计日耗热量远大于实际日耗热量，造成设备投资浪费及运营偏离设计工况。