热水系统加热（集热）面积的计算论述

马赛

摘要：随着人们生活水平的提高，生活热水成了人们日常生活不可或缺的一部分。然而热源种类有很多，不同热媒的温度差异较大。热水系统通过加热设备或换热设备将热源与用水端相连接。然而各种设备的作用机理和效率不同，在核算加热面积或换热面积时，选取的温度不合适，造成设备选型偏小或偏大，造成资源的浪费。

关键词 生活热水 热媒 加热面积 温差

引言

按热源的种类：太阳能、蒸汽、热水、热力管网、热泵，分别论述其系统特点，设计参数的选取及加热（集热）面积的计算。《建筑给水排水设计标准》-GB50015-2019，后称《建水标》。

1.太阳能热水系统各集热面积的计算

充分利用可再生资源，在当地气候条件适宜的前提下，太阳能、地源热泵、水源热泵及空气源热泵被优先考虑。在此对太阳能集热系统进行分析。太阳能热水系统通过热媒和冷水的接触关系分为直接太阳能热水系统与间接太阳能热水系统。

（1）直接太阳能热水系统（热能直接加热冷水）的集热器的面积计算

注：——平均日耗热量;其中各参数指标参见《建水标》。

（2）间接太阳能热水系统（热能加热热媒后间接加热冷水）集热器总面积计算

注：UL：集热器损失系数[KJ/（m2.℃.h）]，应根据集热器产品的实测值确定，平板型可取14.4～21.6，真空管型可取3.6～7.2;K：水加热器的传热系数;Fjr：水加热器的加热面积。

另需注意，根据《建水标》6.6.5第6款指出，△tj可按5℃-10℃取值，参考实际案例，间接太阳能启动第一循环泵，常以5℃-10℃温降值作为信号。先由设计小时供热量求得水加热器的加热面积Fjr（公式参见第2节），再由此为条件，进而求得间接太阳能热水系统的集热器总面积Ajj。由于北方地区冬季会室外出现冰冻温度，太阳能集热采用防冻液作为第一循环较为常见，间接太阳能系统被广泛应用。

热水器加热面积的计算

不同的热水系统，不同的热媒，在计算加热面积时各参数取值不同，都会对影响计算结果。首先列出加热面积的核心计算公式，采用水加热器时加热面积的计算

Fjr=接下来对公式中各参数按不同热水系统及热媒，分别论述其取值方法。

（1）Qg-设计小时供热量的取值

①导流型容积式水加热器或贮热容积与其相当的水加热器、燃气热水机组，其小时供热量应按下式计算：，各参数参见《建水标》 Qg小于平均小时耗热量时，取平均小时耗热量。

②半容积式水加热器或贮热容积与其相当的水加热器、燃气热水机组，其小时供热量应按其小时耗热量计算，即Qg=Qh。

③半即热式、快速式水加热器的小时供热量按下式计算Qg=3600qg（ty-t1）C即按设计秒流量计算。

④间接式太阳能热水系统，其集热器集热面积由平均日耗热量计算得来，当系统搭配水加热器时，其小时供热量，建议以平均时耗热量来计算取值。

⑤根据《建水标》6.6.7款第1条规定，水源热泵的设计小时供热量为设计工作时间内的平均小时耗热量，工作时间取8-16小时。根据《建水标》6.6.7款第5条规定，空气源热泵供热量参考水源热泵。

（2）和K值选取

为水泵和热媒分布不均匀对传热效率的影响系数，取值为0.6-0.8，K值为传热系数，《建水标》-6.6.7-3热泵部分给水，当为板式快速水加热器时，取值3000-4000[KJ/（m2.℃.h）]，当为管束式水加热器时，取值为1500-3000[KJ/（m2.℃.h）]，作为参考，当有具体设备参数时，以具体数据为准。该两项参数均为客观条件，和当地水质及设备本身性能有关，与系统形式和热媒种类无关，具体以实际产品为准。

（3）的取值

1）导流型容积式水加热器、半容积式水加热器

即热媒的初温和终温的平均值和被加热水初温和终温平均值之差。

2）快速式水加热器、半即热式水加热器

△tmax为热媒与被加热水在水加热器一端的最大温度差;

△tmin为热媒与被加热水在另一端的最小温差。

3）热媒计算温度的确定

①热媒为饱和蒸汽时：当蒸汽为压力大于70KPa的饱和蒸汽时，蒸汽初温应为饱和蒸汽温度计算，当蒸汽压力小于等于70KPa时，蒸汽初温按100℃计算。热媒的终温应由经热工性能测定的产品提供，无具体数据时可按50℃-90℃考虑。

②热媒为热水时：热媒初温应为供应热水的最低温度计算，热媒的终温应由经热工性能测定的产品提供;当热媒初温为70℃-100℃时，终温可按50℃-80℃计算。

③热媒为热力管网热水时，热媒的计算温度应按热力管网供回水的最低温度计算。

3.采用热泵机组供应热水各加热面积的计算

（1）根据《建水标》6.6.7款第3条，水源热泵宜采用快速水加热器配贮热水箱（罐）间接换热制备热水。水加热器两侧分别连接热泵和贮热水箱（罐），水加热器的加热面积计算

Fjr=其中，水垢与热媒分布不均匀影响传热效率的系数，取值0.6-0.8;K为传热系数，另注意，本条规定△tj取值3℃-6℃（与热媒直接加热温差不同，与间接太阳能热水系统温差取值也不同）。

（2）空气源热泵

根据《建水标》6.6.7款，空气源热泵机组多采用直接加热系统，连接贮热水箱（罐），中间不涉及加热器加热面积的计算，当空气源热泵作为太阳能热水系统的辅助热源时，太阳能连接的加热设备加热面积参见太阳能部分论述。

4.综合比较各热水系统加热器的关联与区别

（1）由于直接太阳能集热面积通过平均日耗热量求得，以此为前提计算间接太阳能集热面积，为保持统一，建议计算Fjr时采用平均时供热量;对于其他系统热水加热器加热面积的计算，首先取决于供热量，《建水标》-6.4.3规定了导流型容积式水加热器、半容积式水加热器、半即热式及快速式水加热器的设计小时供热量的计算方法。水源热泵及空气源热泵机组的供热量为设计工作时间内的平均小时供热量。

（2）水垢与热媒分布不均匀影响传热效率的系数，取值0.6-0.8，该参数为加热设备客观条件，与热水系统形式及热媒、热水温度无关。

（3）K为传热系数，取决于加热设备自身具体条件，《建水标》水源热泵章节给出了板式水加热器和管束式水加热器的传热系数参考值，可供参考，有产品具体参数时，以实际设备参数为准，几种热水系统均按此办法执行。

（4）△tj热媒与被加热水的温差，根据对几种热水系统的分析，被加热水的初温为客观条件，终温为设计值，基本为定值。△tj与热媒的温度高低有较大关系。第2节论述中总结了热媒分别为饱和蒸汽、热水及热力管网时的初温和终温的要求。间接式太阳能热水系统连接水加热器时，规定△tj可按5℃-10℃取值，水源热泵机组连接水加热器时，规定△tj取值3℃-6℃。

5.工程中的靈活运用

在实际工程中，会设计多种多样热水系统，其实无论热水量大或者小，最终要保证热量及时供应，根据工程规模，可以选取水箱储备热量，也可以选取高效加热设备随时供应热量。近几年越来越多大用水量工程出现，作为设计人员，我们要学会将热量和温差做到合理匹配。

结束语

随着经济发展，社会进步，学校、医院、酒店、旅游场所热水系统配备越来越完善，今后设计过程中要着重从能源、安全、成本、应用几个方面出发，严格要求，不断完善自身工作。

参考文献：

[1]《建筑给水排水设计标准》GB-50015-2019.

[2]《民用建筑太阳能热水系统应用技术标准》GB50364-2018.