如何做好别墅大宅热水系统设计

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。

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。

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。

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。

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装置，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。

龙头一开，热水就来

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。

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。

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