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如何做好別墅大宅熱水系統設計

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Time:2019-03-25 瀏覽次數:1963次 分享到:

導讀:熱水是體現家居生活舒適度的一個重要因素,對于別墅、會所等高等住宅的客戶來說,舒適方便的熱水是其關注的焦點。但是別墅等大宅用戶家里用水點多、用水量大,所以我們往往要兼顧各區域的熱水,給客戶提供一個具有競爭力的熱水方案,這是大家關注的重點,本期就來聊聊如何設計別墅系統熱水方案。 做一個好的熱水系統需要做好三個關鍵點熱水供應量要足、隨時打開就有熱水、熱水溫度長時間穩定。

如何保障熱水供應充足

以及隨時打開就有熱水

一般公寓的客戶通常只有一個淋浴室,設計熱水時只需滿足淋浴需求即可,一臺普通壁掛爐綽綽有余。但對于別墅客戶來說,不但可能出現多個淋浴同時使用的情況,而且還會有大浴缸的用水需求,因而熱源的選擇需要經過仔細地分析計算才行。


熱水用量的計算

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

首先,我們需要知道每個未端用水點需要的大概流量。一般而言,常見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。對于客戶來說,能夠在20分鐘左右將浴缸的熱水放滿,都是能夠接受的,對應需要的即時流量就是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需要,計算出所需的最大熱水即時流量,然后計算出加熱功率。例如一個四層別墅,建筑面積500m2,使用400L的浴缸,有五個衛生間和一間廚房需要用熱水,客戶要求能夠滿足兩個淋浴同時使用,或在一個浴缸注水時不影響另個淋浴使用。假設淋浴采用大流量花灑為每分鐘14L,我們可以進行流量計算:兩個淋浴同時使用需要的流量為14L/min+14L/min=28L/min;保證400L的浴缸在二十分鐘放滿熱水需要20L/min的流量,花灑需要14L/min。因此,同時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。


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,按實際型號選擇99kW壁掛爐即可。


熱源選型檢驗

在進行熱源選型核驗前,我們需要進一步思考這種方式是否可行。

前文是按照客戶要求的最大應用情況選擇熱源,如果夏天只使用一個淋浴,需要的加熱功率則需要另算。假設自來水溫度30℃加熱到40℃,溫升為10℃,當一個人淋浴時需要的功率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,夏季洗浴時無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。

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

當然,對于500m2采暖來說這個功率相對較大,特別是當客戶冬季只開啟部分區域采暖時,需要的實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需要的最大熱水功率為92.3kW,但不能簡單的選擇用一個鍋爐接上水管來解決問題。

我們可以換一種思路考慮一

1、用一個緩沖水箱,在空閑時將水加熱備用,這樣可以以小功率較長時間地加熱熱水,集中用水時由水箱提供,熱源不需要配置很大,滿足采暖需求并有適當余量即可,同時采用緩沖水箱后熱水循環工作時不需要壁掛爐介入,客戶體驗會更好。

這種方法的主要問題在于,當客戶用水量較大時需要配置一個足夠容量的水箱,如此一來一方面很占空間,另一方面好的保溫水箱價格也很貴。

如果選擇這種方式,本例可以選擇一個300L的水箱,水箱中保持65℃的水溫,實際使用時可利用水箱80%的容量釋放240L65℃的熱水,與5℃的冷水能夠混合出410L40℃的熱水,足夠滿足浴缸與淋浴的霱求,這時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,根據需要進行切換和組合,這種方案的好處在于,低功率或者采暖時系統更容易平衡,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),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、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等裝置,水溫穩定并不會因為熱水循環的工作而頻繁啟停,同時可以給客戶提供良好的使用體驗。壁掛爐平時只負責采暖系統供給,當客戶需要給浴缸注水時,壁掛爐切換到熱水工作模式,與容積爐同時向浴缸注水;可以滿足更快的注水需求。這時侯如果客戶只開啟一個淋浴裝置,容積爐會優先給淋浴供水,當熱水管道較粗的時候也不影響浴缸的注水工作。需要注意的是,兩個熱水管道上的止回閥必須安裝,否則在使用生活熱水的時候會出現壁掛爐也同時啟動熱水模式,導致系統不穩定。


關于熱水循環裝置的使用

為解決客戶冬季打開熱水龍頭卻需要放半天冷水的問題,現在越來越多的暖通公司給客戶推薦熱水循環裝置,但在實際應用中卻發現很多熱水循環裝置并沒有達到想要的效果,反而造成不必要的麻煩。

龍頭一開,熱水就來

采用熱水循環裝置時要注意下面幾個問題

1、熱水循環在工作的時候會導致壁掛爐或熱水啟動工作,因此如果是即熱式熱水器不適合用在恒溫模式下,定時模式也不宜工作較長時間,建議采用水流觸發模式更好。

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

3、熱水循環盡可能選擇單獨回水管的連接方式。因為無回水管道的方式很難穩定運行,無論是時間控制方式還是溫度控制方式,客戶使用時都有可能使熱水進入冷水管道,當客戶開始使用熱水時冷/熱水管道都是熱水,然后隨著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行保溫,否則一方面管道降溫較快會導致循環裝置頻繁工作,另一方面使用熱水的時候溫降較大,易導致熱水水溫不穩定。

5、由于使用熱水時出水端是直接對大氣排放,系統壓差大,因此流量會比較大。但是由于熱水循環裝置工作的時候是閉環狀態,循環動力由水泵的壓差提供,當管道較長的時候流量可能較低,不能觸發熱水模式工作或者循環很慢,客戶需要等待較長時間。因此配置熱水循環時要注意管道口徑不能太小,同時避免長度過長,或者增加循環泵的揚程。

6、有些客戶發現熱水循環冬天使用還行,夏天的時候好像不怎么好用。原因在于夏天水溫本就較高;熱水循環流量不夠的時候,會岀現壁掛爐點火后熱量不能及時被帶走的情況,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,而當打開花灑的時候流量較大能夠滿足壁掛爐工作需求,這種情況需要通過增加流量的方式來解決。

保障熱水溫度長時間穩定

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

雖然現在壁掛爐熱水穩定性越來越好,但當壁掛爐距用水點較遠時水溫會有降低。同時,對別墅客戶來說,不同的用水點降溫幅度不同,冬天和復天降溫幅度也不同,而在洗浴過程中有時候不需要持續放水,停止用水后水溫會出現波動,所以很難通過壁掛爐本身的溫度來滿足客戶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,然后通過末端進行混水控溫,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混水的方式,這種方式有時候會讓人抓狂,特別是當熱水溫度本身也不穩定的時候,問題更加嚴重,顯然是無法滿足客戶對水溫穩定、舒適、安全的需求的。

恒溫龍頭的選擇

為解決這個問題,市場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,短時間工作比較穩定,主要問題在于當水垢比較嚴重時容易卡澀,使用一段時間后會失去恒溫控制作用,另外對水溫穩定的速度也相對較慢,也是這個原因導致這種產品應用不夠廣泛。

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

總結

本章內容對別墅熱水系統的設計進行了分析,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間為客戶提供大量熱水的首選方式,在穩定性、可靠性方面有突出優勢,特別是在同時為客戶提供采暖和熱水方面,該方案應該是首選方案。希望通過本講內容幫助大家為客戶提供一個更舒適、更穩定的熱水方案。

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