如何做好別墅大宅熱水系統設計

申國強

熱水是體現出家庭舒適的一個重要因素，對于別墅等高端客戶來說，舒適方便的熱水更是客戶關注的焦點。但是別墅等用戶家里用水點多，用水量大，同時我們往往要兼顧熱水和如何給客戶提供一個具有競爭力的熱水方案，也是大家關注的重點，本期我們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，熱水溫度恒溫穩定。

如何保障用戶熱水供應的充足？

對于一般公寓客戶通常只有一個淋浴室，設計熱水時滿足淋浴需求即可，一臺普通壁掛爐綽綽有余;但對別墅客戶不但可能多個淋浴同時使用，而且還會有大浴缸的用水需求，熱源的選擇需要仔細分析計算才行。

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，意味著需要短時間能夠提供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。

首先我們要知道每個末端用水點需要的流量：一般常見的淋浴花灑每分鐘流量9升左右，節水型的5～7升左右，大流量的13～14升/分鐘;一個水龍頭大概流量10升/分鐘左右;浴缸一般200～300升，大型雙人浴缸能到500～600升，對于浴缸來說一般能夠20分鐘放滿客戶都可以接受，對應需要即時流量就是每分鐘10～15升/分鐘，或者25～30升/分鐘。

知道上述數據后就可以根據客戶需要情況計算出需要的最大熱水即時流量，然后計算需要的加熱功率。

例如有一個四層別墅客戶，建筑面積500平方米，客戶家里有一個400升的浴缸，5個衛生間和一個廚房需要用熱水，客戶要求能夠滿足兩個淋浴同時使用，或者一個浴缸注水的時候不影響另外一個淋浴使用;淋浴采用大流量花灑，每分鐘14升，那么我們就可以進行流量計算：兩個淋浴同時使用需要流量為14+14=28升/分鐘;400升浴缸二十分鐘放滿需要20升/分鐘的流量，花灑需要14升/分鐘，因此同時使用浴缸和淋浴室需要流量34升/分鐘，按流量大的數值取值為34升/分鐘。

熱源功率的計算

熱水的熱源可以分為兩種：一種是壁掛爐或者燃氣熱水器之類的即熱式熱源，隨時需要熱水隨時加熱，另外一種是容積式落地爐或者壁掛爐加水箱方式，先加熱好一箱水，用水的時候放出熱水即可，即熱式方式占地小不用水箱，但是需要的功率較大，后者相反。

我們先考慮用即熱式方式作為熱源，計算一下需要的壁掛爐功率多大：

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℃。

1升水升高1℃需要1.163瓦時的熱量，那么每分鐘將34升水升溫35℃需要提供熱量：34x35x1.163=1384瓦時=1.384千瓦時，因為我們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：1.384x60=83千瓦;國內壁掛爐是按輸入功率標注的，效率大概90%左右，因此需要選擇壁掛爐功率為83/0.9=92.3千瓦，按實際型號選擇99千瓦壁掛爐即可。

熱源選型核驗

且慢，我們需要進一步思考這種方式是否可行。

上面我們是按照客戶要求的最大應用情況選擇的熱源，如果夏天只使用一個淋浴時需要加熱功率是：假設夏季自來水溫度30℃，加熱到40℃溫升10℃，當一個人淋浴時需要的加熱功率是：14x10x1.163x60/1000=9.77千瓦/時，而常規壁掛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30～40千瓦，夏季洗浴時是無法穩定工作和提供穩定的熱水供應;如果選擇冷凝爐也要最小穩定輸出功率能達到10%的才能穩定工作。

由于用戶家里多層并有多個衛生間，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500平方米采暖來說這個功率也太大了，特別是當用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，雖然我們計算出用戶需要的最大熱水功率92.3千瓦，但并不能簡單地選擇一個鍋爐接上水管來解決問題。

那么我們可以換一些思路考慮：

1.我們用一個緩沖水箱，在空閑時間將水箱加熱備用，這樣可以用小功率較長時間來加熱熱水，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。

這種方法主要的問題在于當用戶用水量大的時候需要配置一個足夠容量的水箱，占地方是一方面，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300升的水箱，水箱中保持65℃的水溫，實際使用時可以利用水箱80%的容量：釋放240升65℃的熱水，與5℃的冷水能夠混合出410升40℃的熱水，足夠滿足浴缸與淋浴的需求，這時壁掛爐根據采暖需求適當放大選擇，32千瓦就足夠了。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，這種方案的好處是在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，也是我推薦的方案。

可以用多臺壁掛爐組合，但為了提供更好的熱水體驗我推薦采用一臺壁掛爐和一臺容積爐的方式（如果能放得下的話），好處是容積爐本身有水箱，水溫穩定并且可以非常方便地配置熱水循環、恒溫控制等方案，兩者組合具有很好的體驗。

如左圖所示，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頻繁啟停，可以給用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。這時候如果用戶開啟一個淋浴裝置，容積爐優先給淋浴供水，當熱水管道較粗的時候也不影響浴缸的注水工作。

下圖中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啟動熱水模式，導致系統更不穩定。

關于熱水循環裝置的使用

為了解決用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，但是在實際應用中卻發現很多熱水循環裝置工作并沒有達到想要的效果，反而造成不必要的麻煩。

采用熱水循環的時候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合熱水循環裝置工作，或者設置熱水緩沖水箱，這樣熱水循環工作將更加穩定可靠。

3.熱水循環盡可能選擇單獨回水管的連接方式，無回水管道方式很難穩定運行，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熱水進入冷水管道，當客戶開始使用熱水是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，不但不安全而且可能使用體驗非常不好。

4.一定要對熱水管道進行保溫，否則一方面管道降溫較快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，用戶使用水溫不穩定。

5.由于使用熱水時出水是直接對大氣排放，系統壓差大，因此流量會比較大，但是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，一方面不能觸發熱水模式工作，或者循環很慢，用戶還需要等待較長時間，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季使用還行，夏天好像不怎么好用，原因在于夏天水溫本身較高，熱水循環的流量不夠的時候壁掛爐點火后熱量不能及時帶走，就會很快超溫熄火，導致不能連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，這種情況還是需要通過增加流量的方式來解決。

恒溫龍頭的選擇

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，但當從壁掛爐到用戶用水點距離較長的時候水溫會有降低，并且對別墅客戶來說不同的用水點降溫幅度不同，冬天和夏天降溫幅度也不同，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用戶使用溫度穩定的要求，需要設定壁掛爐出水溫度較高，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。

但目前末端混水控溫一般用手動混水的方式，所有人都知道這種方式有時候能讓人抓狂，特別是當熱水溫度本身也不穩定的時候問題更加嚴重，顯然這種方式是無法滿足用戶對水溫穩定、舒適、安全的需求的。

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。

石蠟溫包這種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采用電控方式，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。

除了上面這些方式之外還有采用熱泵熱水器、太陽能熱水器、電熱水器等方式，但相對而言燃氣鍋爐還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，特別是同時為客戶提供采暖和熱水的方案應該是首選，希望通過本講內容幫助大家為用戶提供一個更舒適更穩定的熱水方案。

（作者單位：鄭州博容節能設備有限公司）