如何做好别墅大宅热水系统设计

申国强

热水是体现出家庭舒适的一个重要因素，对于别墅等高端客户来说，舒适方便的热水更是客户关注的焦点。但是别墅等用户家里用水点多，用水量大，同时我们往往要兼顾热水和如何给客户提供一个具有竞争力的热水方案，也是大家关注的重点，本期我们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，热水温度恒温稳定。

如何保障用户热水供应的充足？

对于一般公寓客户通常只有一个淋浴室，设计热水时满足淋浴需求即可，一台普通壁挂炉绰绰有余;但对别墅客户不但可能多个淋浴同时使用，而且还会有大浴缸的用水需求，热源的选择需要仔细分析计算才行。

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，意味着需要短时间能够提供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。

首先我们要知道每个末端用水点需要的流量：一般常见的淋浴花洒每分钟流量9升左右，节水型的5～7升左右，大流量的13～14升/分钟;一个水龙头大概流量10升/分钟左右;浴缸一般200～300升，大型双人浴缸能到500～600升，对于浴缸来说一般能够20分钟放满客户都可以接受，对应需要即时流量就是每分钟10～15升/分钟，或者25～30升/分钟。

知道上述数据后就可以根据客户需要情况计算出需要的最大热水即时流量，然后计算需要的加热功率。

例如有一个四层别墅客户，建筑面积500平方米，客户家里有一个400升的浴缸，5个卫生间和一个厨房需要用热水，客户要求能够满足两个淋浴同时使用，或者一个浴缸注水的时候不影响另外一个淋浴使用;淋浴采用大流量花洒，每分钟14升，那么我们就可以进行流量计算：两个淋浴同时使用需要流量为14+14=28升/分钟;400升浴缸二十分钟放满需要20升/分钟的流量，花洒需要14升/分钟，因此同时使用浴缸和淋浴室需要流量34升/分钟，按流量大的数值取值为34升/分钟。

热源功率的计算

热水的热源可以分为两种：一种是壁挂炉或者燃气热水器之类的即热式热源，随时需要热水随时加热，另外一种是容积式落地炉或者壁挂炉加水箱方式，先加热好一箱水，用水的时候放出热水即可，即热式方式占地小不用水箱，但是需要的功率较大，后者相反。

我们先考虑用即热式方式作为热源，计算一下需要的壁挂炉功率多大：

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℃。

1升水升高1℃需要1.163瓦时的热量，那么每分钟将34升水升温35℃需要提供热量：34x35x1.163=1384瓦时=1.384千瓦时，因为我们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：1.384x60=83千瓦;国内壁挂炉是按输入功率标注的，效率大概90%左右，因此需要选择壁挂炉功率为83/0.9=92.3千瓦，按实际型号选择99千瓦壁挂炉即可。

热源选型核验

且慢，我们需要进一步思考这种方式是否可行。

上面我们是按照客户要求的最大应用情况选择的热源，如果夏天只使用一个淋浴时需要加热功率是：假设夏季自来水温度30℃，加热到40℃温升10℃，当一个人淋浴时需要的加热功率是：14x10x1.163x60/1000=9.77千瓦/时，而常规壁挂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30～40千瓦，夏季洗浴时是无法稳定工作和提供稳定的热水供应;如果选择冷凝炉也要最小稳定输出功率能达到10%的才能稳定工作。

由于用户家里多层并有多个卫生间，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，当循环装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500平方米采暖来说这个功率也太大了，特别是当用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，虽然我们计算出用户需要的最大热水功率92.3千瓦，但并不能简单地选择一个锅炉接上水管来解决问题。

那么我们可以换一些思路考虑：

1.我们用一个缓冲水箱，在空闲时间将水箱加热备用，这样可以用小功率较长时间来加热热水，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。

这种方法主要的问题在于当用户用水量大的时候需要配置一个足够容量的水箱，占地方是一方面，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300升的水箱，水箱中保持65℃的水温，实际使用时可以利用水箱80%的容量：释放240升65℃的热水，与5℃的冷水能够混合出410升40℃的热水，足够满足浴缸与淋浴的需求，这时壁挂炉根据采暖需求适当放大选择，32千瓦就足够了。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，这种方案的好处是在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，也是我推荐的方案。

可以用多台壁挂炉组合，但为了提供更好的热水体验我推荐采用一台壁挂炉和一台容积炉的方式（如果能放得下的話），好处是容积炉本身有水箱，水温稳定并且可以非常方便地配置热水循环、恒温控制等方案，两者组合具有很好的体验。

如左图所示，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频繁启停，可以给用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。这时候如果用户开启一个淋浴装置，容积炉优先给淋浴供水，当热水管道较粗的时候也不影响浴缸的注水工作。

下图中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启动热水模式，导致系统更不稳定。

关于热水循环装置的使用

为了解决用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，但是在实际应用中却发现很多热水循环装置工作并没有达到想要的效果，反而造成不必要的麻烦。

采用热水循环的时候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合热水循环装置工作，或者设置热水缓冲水箱，这样热水循环工作将更加稳定可靠。

3.热水循环尽可能选择单独回水管的连接方式，无回水管道方式很难稳定运行，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热水进入冷水管道，当客户开始使用热水是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，不但不安全而且可能使用体验非常不好。

4.一定要对热水管道进行保温，否则一方面管道降温较快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，用户使用水温不稳定。

5.由于使用热水时出水是直接对大气排放，系统压差大，因此流量会比较大，但是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，一方面不能触发热水模式工作，或者循环很慢，用户还需要等待较长时间，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季使用还行，夏天好像不怎么好用，原因在于夏天水温本身较高，热水循环的流量不够的时候壁挂炉点火后热量不能及时带走，就会很快超温熄火，导致不能连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，这种情况还是需要通过增加流量的方式来解决。

恒温龙头的选择

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，但当从壁挂炉到用户用水点距离较长的时候水温会有降低，并且对别墅客户来说不同的用水点降温幅度不同，冬天和夏天降温幅度也不同，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用户使用温度稳定的要求，需要设定壁挂炉出水温度较高，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。

但目前末端混水控温一般用手动混水的方式，所有人都知道这种方式有时候能让人抓狂，特别是当热水温度本身也不稳定的时候问题更加严重，显然这种方式是无法满足用户对水温稳定、舒适、安全的需求的。

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。

石蜡温包这种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采用电控方式，特別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。

除了上面这些方式之外还有采用热泵热水器、太阳能热水器、电热水器等方式，但相对而言燃气锅炉还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，特别是同时为客户提供采暖和热水的方案应该是首选，希望通过本讲内容帮助大家为用户提供一个更舒适更稳定的热水方案。

（作者单位：郑州博容节能设备有限公司）