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「供暖系统漫谈」如何做好别墅大宅热水系统设计

时间:2019-04-08    来源:博容节能    阅读数:
导读:热水是体现家居生活舒适度的一个重要因素,对于别墅、会所等高等住宅的客户来说,舒适方便的热水是其关注的焦点。但是别墅等大宅用户家里用水点多、用水量大,所以我们往往要兼顾各区域的热水,给客户提供一个具有竞争力的热水方案,这是大家关注的重点,本期就来聊聊如何设计别墅系统热水方案。 做一个好的热水系统需要做好三个关键点热水供应量要足、随时打开就有热水、热水温度长时间稳定。
 
如何保障热水供应充足
以及随时打开就有热水
 
一般公寓的客户通常只有一个淋浴室,设计热水时只需满足淋浴需求即可,一台普通壁挂炉绰绰有余。但对于别墅客户来说,不但可能出现多个淋浴同时使用的情况,而且还会有大浴缸的用水需求,因而热源的选择需要经过仔细地分析计算才行。
1、热水用量的计算
 
热水使用的特点是总用量不大但使用集中,这意味着系统需要在短时间里,提供岀能满足客户需要的水量,一般设计时按每分钟需要的最大热水量计算加热功率。
 
首先,我们需要知道每个未端用水点需要的大概流量。一般而言,常见淋浴花洒每分钟流量在9L,节水型花洒流量5L/min~7L/min,大流量花洒流量在13L/min~14L/min;一个水龙头的大概流量在10L/min左右;浴缸一般所需的水量在200L~300L,大型双人浴缸能到500L~600L。对于客户来说,能够在20分钟左右将浴缸的热水放满,都是能够接受的,对应需要的即时流量就是10L/min~15L/min,或者选用25L/min~30L/min。
图1 别墅大宅热水系统设计
 
知道上述数据后就可以根据客户需要,计算出所需的最大热水即时流量,然后计算出加热功率。例如一个四层别墅,建筑面积500m2,使用400L的浴缸,有五个卫生间和一间厨房需要用热水,客户要求能够满足两个淋浴同时使用,或在一个浴缸注水时不影响另个淋浴使用。假设淋浴采用大流量花洒为每分钟14L,我们可以进行流量计算:两个淋浴同时使用需要的流量为14L/min+14L/min=28L/min;保证400L的浴缸在二十分钟放满热水需要20L/min的流量,花洒需要14L/min。因此,同时使用浴缸和淋浴室需要的流量为34L/min,按流量大的数值取值为34L/min。
 
2、热源功率的计算
 
热水的热源分两种:一是壁挂炉或者燃气热水器之类的即热式热源;二是容积式落地炉或者壁挂炉加水箱方式,先加热好一箱水,在用水的时候放出热水即可。即热式占地面积小不用水箱,但需要的功率较大,后者相反。
 
我们先考虑用即热式热源,计算需要的壁挂炉功率:热源功率要按照冬季的工况计算,冬季如果自来水是地表水,温度按5℃计算,地下水则按15℃计算,我们这里选择地表水的5℃作为冷水温度,洗浴用水温度40℃左右,所以需要温升35℃。
 
一般而言,1L水升高1℃需要1.163Wh的热量,那么,每分钟将34L水升温至35℃需要热量为34×35×1.163=1384Wh=1.384kWh。因为这是一分钟需要的热量,换算到壁挂炉按小时计算的输出功率:1.384×60=83kW。国内壁挂炉按输入功率标注,效率90%左右,因此,需要选择的壁挂炉功率为83/0.9=92.3kW,按实际型号选择99kW壁挂炉即可。
 
3、热源选型检验
 
在进行热源选型核验前,我们需要进一步思考这种方式是否可行。
 
前文是按照客户要求的最大应用情况选择热源,如果夏天只使用一个淋浴,需要的加热功率则需要另算。假设自来水温度30℃加热到40℃,温升为10℃,当一个人淋浴时需要的功率14×10×1.163×60/1000=977kW/h。而常规炉最小功率大概是额定功率的30%~40%,冷凝炉是10%~20%。显然,如果选用的是常规锅炉,最小功率在30kW-40kW,夏季洗浴时无法稳定工作并提供稳定的热水供应;如果选择的是冷凝炉,也要最小稳定输出功率能达到10%的才能稳定工作。
 
由于客户家里楼层多并有多个卫生间,热水管道很长,冬季用水的时候需要放掉大量冷水,因此我们需要给客户配置热水循环装置,当循环裝置流量较低的时候大功率的壁挂炉也不能稳定工作。
 
当然,对于500m2采暖来说这个功率相对较大,特别是当客户冬季只开启部分区域采暖时,需要的实际功率低于壁挂炉的最小稳定工作功率。
 
根据上述分析,虽然我们计算出客户需要的最大热水功率为92.3kW,但不能简单的选择用一个锅炉接上水管来解决问题。
 
我们可以换一种思路考虑一
 
1、用一个缓冲水箱,在空闲时将水加热备用,这样可以以小功率较长时间地加热热水,集中用水时由水箱提供,热源不需要配置很大,满足采暖需求并有适当余量即可,同时采用缓冲水箱后热水循环工作时不需要壁挂炉介入,客户体验会更好。
 
这种方法的主要问题在于,当客户用水量较大时需要配置一个足够容量的水箱,如此一来一方面很占空间,另一方面好的保温水箱价格也很贵。
 
如果选择这种方式,本例可以选择一个300L的水箱,水箱中保持65℃的水温,实际使用时可利用水箱80%的容量释放240L65℃的热水,与5℃的冷水能够混合出410L40℃的热水,足够满足浴缸与淋浴的霱求,这时壁挂炉根据采暖需求适当放大选择,32kW就足够了。当然,在大量用水的时候壁挂炉可以切换到热水供应模式,持续提供补充热水供应。
 
2、用多台热源,根据需要进行切换和组合,这种方案的好处在于,低功率或者采暖时系统更容易平衡,容易将整体系统稳定性做好,并且不需要单独配置水箱,这也是我比较推荐的方案。
为了提供更好的热水体验,推荐釆用一台壁挂炉加一台容积炉的方式(如果放得下的话),好处是容积炉自带水箱,水温稳定且可以非常方便的配置热水循环、恒温控制等方案,两者组合具有很好的体验。

图2 壁挂炉+容积炉方式
 
如上图所示,容积炉作为正常情况下的热水供应设施,壁挂炉作为采暖热源,容积炉上可以方便地配置热水循环等装置,水温稳定并不会因为热水循环的工作而频繁启停,同时可以给客户提供良好的使用体验。壁挂炉平时只负责采暖系统供给,当客户需要给浴缸注水时,壁挂炉切换到热水工作模式,与容积炉同时向浴缸注水;可以满足更快的注水需求。这时侯如果客户只开启一个淋浴装置,容积炉会优先给淋浴供水,当热水管道较粗的时候也不影响浴缸的注水工作。需要注意的是,两个热水管道上的止回阀必须安装,否则在使用生活热水的时候会出现壁挂炉也同时启动热水模式,导致系统不稳定。
 
4、关于热水循环装置的使用
 
为解决客户冬季打开热水龙头却需要放半天冷水的问题,现在越来越多的暖通公司给客户推荐热水循环系统,但在实际应用中却发现很多热水循环装置并没有达到想要的效果,反而造成不必要的麻烦。
采用热水循环装置时要注意下面几个问题
 
1、热水循环在工作的时候会导致壁挂炉或热水启动工作,因此如果是即热式热水器不适合用在恒温模式下,定时模式也不宜工作较长时间,建议采用水流触发模式更好。
 
2、推荐采用容积式锅炉配热水循环装置,或设置热水缓沖水箱,这样热水循环工作更稳定可靠。
 
3、热水循环尽可能选择单独回水管的连接方式。因为无回水管道的方式很难稳定运行,无论是时间控制方式还是温度控制方式,客户使用时都有可能使热水进入冷水管道,当客户开始使用热水时冷/热水管道都是热水,然后随着冷水管热水放完后温度快速降低,不但不安全而且影响使用体验。
 
4、一定要对热水管道进行保温,否则一方面管道降温较快会导致循环装置频繁工作,另一方面使用热水的时候温降较大,易导致热水水温不稳定。
 
5、由于使用热水时出水端是直接对大气排放,系统压差大,因此流量会比较大。但是由于热水循环装置工作的时候是闭环状态,循环动力由水泵的压差提供,当管道较长的时候流量可能较低,不能触发热水模式工作或者循环很慢,客户需要等待较长时间。因此配置热水循环时要注意管道口径不能太小,同时避免长度过长,或者增加循环泵的扬程。
 
6、有些客户发现热水循环冬天使用还行,夏天的时候好像不怎么好用。原因在于夏天水温本就较高;热水循环流量不够的时候,会岀现壁挂炉点火后热量不能及时被带走的情况,导致很快超温熄火,使得系统不能持续提供热水给热水管道,而当打开花洒的时候流量较大能够满足壁挂炉工作需求,这种情况需要通过增加流量的方式来解决。
 
保障热水温度长时间稳定
 
前面我们探讨了热源选择配置的问题,可以给客户提供充足的热水量,还有通过热水循环装置解决使用热水的等待问题和放水浪费问题,但是这些措施并不能保证客户使用温度的稳定。
 
虽然现在壁挂炉热水稳定性越来越好,但当壁挂炉距用水点较远时水温会有降低。同时,对别墅客户来说,不同的用水点降温幅度不同,冬天和复天降温幅度也不同,而在洗浴过程中有时候不需要持续放水,停止用水后水温会出现波动,所以很难通过壁挂炉本身的温度来满足客户使用温度稳定的要求,这就需要设定壁挂炉较高的出水温度,然后通过末端进行混水控温,这也是目前大家普遍采用的方式。
 
然而,目前末端混水控温一般用手动混水的方式,这种方式有时候会让人抓狂,特别是当热水温度本身也不稳定的时候,问题更加严重,显然是无法满足客户对水温稳定、舒适、安全的需求的。
 
恒温龙头的选择
 
为解决这个问题,市场上有很多人用恒温混水阀方式,一般是石蜡感温包的混水阀,单独使用或者集成在混水阀上,使用比较方便,能够很好地提升客户使用体验。石蜡温包的控制方式为自力式控制,成本较低,短时间工作比较稳定,主要问题在于当水垢比较严重时容易卡涩,使用一段时间后会失去恒温控制作用,另外对水温稳定的速度也相对较慢,也是这个原因导致这种产品应用不够广泛。
 
另外一种恒温混水方式是电控方式,特别是步进电机驱动的混水方式,具有控温精准,反应速度更快的优势,也不容易结垢卡涩,应该是以后恒温控制的发展方向。
 
总结
 
本章内容对别墅热水系统的设计进行了分析,当然,除了文中所述的这些方式外,还有热泵、热水器、太阳能热水器、电热水器等方式,但相对而言,燃气锅炉是可以短时间为客户提供大量热水的首选方式,在稳定性、可靠性方面有突出优势,特别是在同时为客户提供采暖和热水方面,该方案应该是首选方案。希望通过本讲内容帮助大家为客户提供一个更舒适、更稳定的热水方案,如有相关问题欢迎关注“博容节能”公众号,通过博容暖通讲堂和我们学习探讨。
 
《供暖系统漫谈》系列文章由博容申国强原创,首发于《舒适家居》月刊!

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