導讀：熱水是體現家居生活舒適度的一個(gè)重要因素，對于別墅、會(huì )所等高等住宅的客戶(hù)來(lái)說(shuō)，舒適方便的熱水是其關(guān)注的焦點(diǎn)。但是別墅等大宅用戶(hù)家里用水點(diǎn)多、用水量大，所以我們往往要兼顧各區域的熱水，給客戶(hù)提供一個(gè)具有競爭力的熱水方案，這是大家關(guān)注的重點(diǎn)，本期就來(lái)聊聊如何設計別墅系統熱水方案。 做一個(gè)好的熱水系統需要做好三個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)熱水供應量要足、隨時(shí)打開(kāi)就有熱水、熱水溫度長(cháng)時(shí)間穩定。

 

如何保障熱水供應充足
以及隨時(shí)打開(kāi)就有熱水

 

一般公寓的客戶(hù)通常只有一個(gè)淋浴室，設計熱水時(shí)只需滿(mǎn)足淋浴需求即可，一臺普通壁掛爐綽綽有余。但對于別墅客戶(hù)來(lái)說(shuō)，不但可能出現多個(gè)淋浴同時(shí)使用的情況，而且還會(huì )有大浴缸的用水需求，因而熱源的選擇需要經(jīng)過(guò)仔細地分析計算才行。

1、熱水用量的計算

 

熱水使用的特點(diǎn)是總用量不大但使用集中，這意味著(zhù)系統需要在短時(shí)間里，提供岀能滿(mǎn)足客戶(hù)需要的水量，一般設計時(shí)按每分鐘需要的最大熱水量計算加熱功率。

 

首先，我們需要知道每個(gè)未端用水點(diǎn)需要的大概流量。一般而言，常見(jiàn)淋浴花灑每分鐘流量在9L，節水型花灑流量5L/min~7L/min，大流量花灑流量在13L/min~14L/min;一個(gè)水龍頭的大概流量在10L/min左右;浴缸一般所需的水量在200L~300L，大型雙人浴缸能到500L~600L。對于客戶(hù)來(lái)說(shuō)，能夠在20分鐘左右將浴缸的熱水放滿(mǎn)，都是能夠接受的，對應需要的即時(shí)流量就是10L/min~15L/min，或者選用25L/min~30L/min。

圖1 別墅大宅熱水系統設計

 

知道上述數據后就可以根據客戶(hù)需要，計算出所需的最大熱水即時(shí)流量，然后計算出加熱功率。例如一個(gè)四層別墅，建筑面積500m2，使用400L的浴缸，有五個(gè)衛生間和一間廚房需要用熱水，客戶(hù)要求能夠滿(mǎn)足兩個(gè)淋浴同時(shí)使用，或在一個(gè)浴缸注水時(shí)不影響另個(gè)淋浴使用。假設淋浴采用大流量花灑為每分鐘14L，我們可以進(jìn)行流量計算:兩個(gè)淋浴同時(shí)使用需要的流量為14L/min+14L/min=28L/min;保證400L的浴缸在二十分鐘放滿(mǎn)熱水需要20L/min的流量，花灑需要14L/min。因此，同時(shí)使用浴缸和淋浴室需要的流量為34L/min，按流量大的數值取值為34L/min。

 

2、熱源功率的計算

 

熱水的熱源分兩種:一是壁掛爐或者燃氣熱水器之類(lèi)的即熱式熱源;二是容積式落地爐或者壁掛爐加水箱方式，先加熱好一箱水，在用水的時(shí)候放出熱水即可。即熱式占地面積小不用水箱，但需要的功率較大，后者相反。

 

我們先考慮用即熱式熱源，計算需要的壁掛爐功率:熱源功率要按照冬季的工況計算，冬季如果自來(lái)水是地表水，溫度按5℃計算，地下水則按15℃計算，我們這里選擇地表水的5℃作為冷水溫度，洗浴用水溫度40℃左右，所以需要溫升35℃。

 

一般而言，1L水升高1℃需要1.163Wh的熱量，那么，每分鐘將34L水升溫至35℃需要熱量為34×35×1.163=1384Wh=1.384kWh。因為這是一分鐘需要的熱量，換算到壁掛爐按小時(shí)計算的輸出功率:1.384×60=83kW。國內壁掛爐按輸入功率標注，效率90%左右，因此，需要選擇的壁掛爐功率為83/0.9=92.3kW，按實(shí)際型號選擇99kW壁掛爐即可。

 

3、熱源選型檢驗

 

在進(jìn)行熱源選型核驗前，我們需要進(jìn)一步思考這種方式是否可行。

 

前文是按照客戶(hù)要求的最大應用情況選擇熱源，如果夏天只使用一個(gè)淋浴，需要的加熱功率則需要另算。假設自來(lái)水溫度30℃加熱到40℃，溫升為10℃，當一個(gè)人淋浴時(shí)需要的功率14×10×1.163×60/1000=977kW/h。而常規爐最小功率大概是額定功率的30%~40%，冷凝爐是10%~20%。顯然，如果選用的是常規鍋爐，最小功率在30kW-40kW，夏季洗浴時(shí)無(wú)法穩定工作并提供穩定的熱水供應;如果選擇的是冷凝爐，也要最小穩定輸出功率能達到10%的才能穩定工作。

 

由于客戶(hù)家里樓層多并有多個(gè)衛生間，熱水管道很長(cháng)，冬季用水的時(shí)候需要放掉大量冷水，因此我們需要給客戶(hù)配置熱水循環(huán)裝置，當循環(huán)裝置流量較低的時(shí)候大功率的壁掛爐也不能穩定工作。

 

當然，對于500m2采暖來(lái)說(shuō)這個(gè)功率相對較大，特別是當客戶(hù)冬季只開(kāi)啟部分區域采暖時(shí)，需要的實(shí)際功率低于壁掛爐的最小穩定工作功率。

 

根據上述分析，雖然我們計算出客戶(hù)需要的最大熱水功率為92.3kW，但不能簡(jiǎn)單的選擇用一個(gè)鍋爐接上水管來(lái)解決問(wèn)題。

 

我們可以換一種思路考慮一

 

1、用一個(gè)緩沖水箱，在空閑時(shí)將水加熱備用，這樣可以以小功率較長(cháng)時(shí)間地加熱熱水，集中用水時(shí)由水箱提供，熱源不需要配置很大，滿(mǎn)足采暖需求并有適當余量即可，同時(shí)采用緩沖水箱后熱水循環(huán)工作時(shí)不需要壁掛爐介入，客戶(hù)體驗會(huì )更好。

 

這種方法的主要問(wèn)題在于，當客戶(hù)用水量較大時(shí)需要配置一個(gè)足夠容量的水箱，如此一來(lái)一方面很占空間，另一方面好的保溫水箱價(jià)格也很貴。

 

如果選擇這種方式，本例可以選擇一個(gè)300L的水箱，水箱中保持65℃的水溫，實(shí)際使用時(shí)可利用水箱80%的容量釋放240L65℃的熱水，與5℃的冷水能夠混合出410L40℃的熱水，足夠滿(mǎn)足浴缸與淋浴的霱求，這時(shí)壁掛爐根據采暖需求適當放大選擇，32kW就足夠了。當然，在大量用水的時(shí)候壁掛爐可以切換到熱水供應模式，持續提供補充熱水供應。

 

2、用多臺熱源，根據需要進(jìn)行切換和組合，這種方案的好處在于，低功率或者采暖時(shí)系統更容易平衡，容易將整體系統穩定性做好，并且不需要單獨配置水箱，這也是我比較推薦的方案。

為了提供更好的熱水體驗，推薦釆用一臺壁掛爐加一臺容積爐的方式(如果放得下的話(huà))，好處是容積爐自帶水箱，水溫穩定且可以非常方便的配置熱水循環(huán)、恒溫控制等方案，兩者組合具有很好的體驗。

圖2 壁掛爐+容積爐方式

 

如上圖所示，容積爐作為正常情況下的熱水供應設施，壁掛爐作為采暖熱源，容積爐上可以方便地配置熱水循環(huán)等裝置，水溫穩定并不會(huì )因為熱水循環(huán)的工作而頻繁啟停，同時(shí)可以給客戶(hù)提供良好的使用體驗。壁掛爐平時(shí)只負責采暖系統供給，當客戶(hù)需要給浴缸注水時(shí)，壁掛爐切換到熱水工作模式，與容積爐同時(shí)向浴缸注水;可以滿(mǎn)足更快的注水需求。這時(shí)侯如果客戶(hù)只開(kāi)啟一個(gè)淋浴裝置，容積爐會(huì )優(yōu)先給淋浴供水，當熱水管道較粗的時(shí)候也不影響浴缸的注水工作。需要注意的是，兩個(gè)熱水管道上的止回閥必須安裝，否則在使用生活熱水的時(shí)候會(huì )出現壁掛爐也同時(shí)啟動(dòng)熱水模式，導致系統不穩定。

 

4、關(guān)于熱水循環(huán)裝置的使用

 

為解決客戶(hù)冬季打開(kāi)熱水龍頭卻需要放半天冷水的問(wèn)題，現在越來(lái)越多的暖通公司給客戶(hù)推薦熱水循環(huán)系統，但在實(shí)際應用中卻發(fā)現很多熱水循環(huán)裝置并沒(méi)有達到想要的效果，反而造成不必要的麻煩。

采用熱水循環(huán)裝置時(shí)要注意下面幾個(gè)問(wèn)題

 

1、熱水循環(huán)在工作的時(shí)候會(huì )導致壁掛爐或熱水啟動(dòng)工作，因此如果是即熱式熱水器不適合用在恒溫模式下，定時(shí)模式也不宜工作較長(cháng)時(shí)間，建議采用水流觸發(fā)模式更好。

 

2、推薦采用容積式鍋爐配熱水循環(huán)裝置，或設置熱水緩沖水箱，這樣熱水循環(huán)工作更穩定可靠。

 

3、熱水循環(huán)盡可能選擇單獨回水管的連接方式。因為無(wú)回水管道的方式很難穩定運行，無(wú)論是時(shí)間控制方式還是溫度控制方式，客戶(hù)使用時(shí)都有可能使熱水進(jìn)入冷水管道，當客戶(hù)開(kāi)始使用熱水時(shí)冷/熱水管道都是熱水，然后隨著(zhù)冷水管熱水放完后溫度快速降低，不但不安全而且影響使用體驗。

 

4、一定要對熱水管道進(jìn)行保溫，否則一方面管道降溫較快會(huì )導致循環(huán)裝置頻繁工作，另一方面使用熱水的時(shí)候溫降較大，易導致熱水水溫不穩定。

 

5、由于使用熱水時(shí)出水端是直接對大氣排放，系統壓差大，因此流量會(huì )比較大。但是由于熱水循環(huán)裝置工作的時(shí)候是閉環(huán)狀態(tài)，循環(huán)動(dòng)力由水泵的壓差提供，當管道較長(cháng)的時(shí)候流量可能較低，不能觸發(fā)熱水模式工作或者循環(huán)很慢，客戶(hù)需要等待較長(cháng)時(shí)間。因此配置熱水循環(huán)時(shí)要注意管道口徑不能太小，同時(shí)避免長(cháng)度過(guò)長(cháng)，或者增加循環(huán)泵的揚程。

 

6、有些客戶(hù)發(fā)現熱水循環(huán)冬天使用還行，夏天的時(shí)候好像不怎么好用。原因在于夏天水溫本就較高;熱水循環(huán)流量不夠的時(shí)候，會(huì )岀現壁掛爐點(diǎn)火后熱量不能及時(shí)被帶走的情況，導致很快超溫熄火，使得系統不能持續提供熱水給熱水管道，而當打開(kāi)花灑的時(shí)候流量較大能夠滿(mǎn)足壁掛爐工作需求，這種情況需要通過(guò)增加流量的方式來(lái)解決。

 

保障熱水溫度長(cháng)時(shí)間穩定

 

前面我們探討了熱源選擇配置的問(wèn)題，可以給客戶(hù)提供充足的熱水量，還有通過(guò)熱水循環(huán)裝置解決使用熱水的等待問(wèn)題和放水浪費問(wèn)題，但是這些措施并不能保證客戶(hù)使用溫度的穩定。

 

雖然現在壁掛爐熱水穩定性越來(lái)越好，但當壁掛爐距用水點(diǎn)較遠時(shí)水溫會(huì )有降低。同時(shí)，對別墅客戶(hù)來(lái)說(shuō)，不同的用水點(diǎn)降溫幅度不同，冬天和復天降溫幅度也不同，而在洗浴過(guò)程中有時(shí)候不需要持續放水，停止用水后水溫會(huì )出現波動(dòng)，所以很難通過(guò)壁掛爐本身的溫度來(lái)滿(mǎn)足客戶(hù)使用溫度穩定的要求，這就需要設定壁掛爐較高的出水溫度，然后通過(guò)末端進(jìn)行混水控溫，這也是目前大家普遍采用的方式。

 

然而，目前末端混水控溫一般用手動(dòng)混水的方式，這種方式有時(shí)候會(huì )讓人抓狂，特別是當熱水溫度本身也不穩定的時(shí)候，問(wèn)題更加嚴重，顯然是無(wú)法滿(mǎn)足客戶(hù)對水溫穩定、舒適、安全的需求的。

 

恒溫龍頭的選擇

 

為解決這個(gè)問(wèn)題，市場(chǎng)上有很多人用恒溫混水閥方式，一般是石蠟感溫包的混水閥，單獨使用或者集成在混水閥上，使用比較方便，能夠很好地提升客戶(hù)使用體驗。石蠟溫包的控制方式為自力式控制，成本較低，短時(shí)間工作比較穩定，主要問(wèn)題在于當水垢比較嚴重時(shí)容易卡澀，使用一段時(shí)間后會(huì )失去恒溫控制作用，另外對水溫穩定的速度也相對較慢，也是這個(gè)原因導致這種產(chǎn)品應用不夠廣泛。

 

另外一種恒溫混水方式是電控方式，特別是步進(jìn)電機驅動(dòng)的混水方式，具有控溫精準，反應速度更快的優(yōu)勢，也不容易結垢卡澀，應該是以后恒溫控制的發(fā)展方向。

 

總結

 

本章內容對別墅熱水系統的設計進(jìn)行了分析，當然，除了文中所述的這些方式外，還有熱泵、熱水器、太陽(yáng)能熱水器、電熱水器等方式，但相對而言，燃氣鍋爐是可以短時(shí)間為客戶(hù)提供大量熱水的首選方式，在穩定性、可靠性方面有突出優(yōu)勢，特別是在同時(shí)為客戶(hù)提供采暖和熱水方面，該方案應該是首選方案。希望通過(guò)本講內容幫助大家為客戶(hù)提供一個(gè)更舒適、更穩定的熱水方案，如有相關(guān)問(wèn)題歡迎關(guān)注“博容節能”公眾號，通過(guò)博容暖通講堂和我們學(xué)習探討。

 

《供暖系統漫談》系列文章由博容申國強原創(chuàng )，首發(fā)于《舒適家居》月刊！