全面的热水系统设计、选型与案例分析

1.确定热水用量；
2.确定所需加热量；
3.设备选型（锅炉、热泵热水机、热回收量）；
4.系统方案的选定及配水管路设计计算；
5.附属配件选型：热水箱（罐）、循环水泵、控制系统等。

热水用水量

热水用水定额

卫生器具的一次和小时热水用水定额及水温

注：一般车间指现行《工业企业设计卫生标准》中规定的3、4级卫生特征的车间，脏车间指该标准中规定的1、2级卫生特征的车间。
热水用水量计算
热水设计小时用水量计算
⑴.全日供应热水的住宅、别墅、宾馆、医院、幼儿院、培训中心等建筑集中热水供应系统的设计小时热水量：
Q=mKhqr/24
Q：设计小时热水量（L/h）
m：用水计量单位数（人数或床位数等）
Kh：热水小时变化系数
qr：热水用水定额（按热水用水定额中参数选用）。
热水小时变化系数Kh
住宅、别墅的热水小时变化系数：

居住人数	50	100	150	200	250	300	500	1000	3000	≥6000
Kh	6.58	5.12	4.49	4.13	3.38	3.70	3.28	2.86	2.48	2.34

酒店的热水小时变化系数：

居住人数	≤150	300	450	600	900	≥1200
Kh	6.84	5.61	4.97	4.58	4.19	3.90

医院的热水小时变化系数：

床位数	35	50	75	100	200	300	500	≥1000
Kh	7.62	4.55	3.78	3.54	2.93	2.60	2.23	1.95

⑵.定时供应热水的住宅、宾馆、医院、公共浴室、学校等建筑集中热水供应系统根据卫生器具的小时热水量计算：
Q= ∑qhn0b
Q：设计小时热水量（L/h）
qh：卫生器具的小时热水量，（应换算成同一热水温度下的热水用量）
n0：同类型卫生器具数
b：卫生器具同时使用百分数（70%—100%）

热水耗热量

设计小时耗热量计算
W=QCρr(tr-tl)/3600
W：设计小时耗热量（ KW ）
Q：设计小时热水量（L/h）
C：水的比热 , C=4.187(KJ/kg. ℃）
ρr：热水密度（ kg /L）
tr：设计热水温度(℃)
tl：设计冷水温度(℃)
热水设计温度的换算
用水定额中设计温度为60℃，热泵热水机提供的热水为55℃
Q1= Q2 （t2-tl)/ （t1-tl)
Q1：设计热水量（L /h）
Q2：用水定额热水量（L /h）
t1：设计热水温度（℃）
t2：定额热水温度(60℃)
tl：设计冷水温度(按地区分别选用℃)
设计冷水温度
冷水的计算温度应以当地最冷水平均水温资料确定，当无水温资料时，可按下表采用：

地 区	地面水温度（℃）	地下水温度（℃）
黑龙江、吉林、内蒙古的全部、辽宁的大部份，河北、山西、陕西编北部分，宁夏偏东部分	4	6～10
北京、天津、山东全部、河北、山西、陕西的大部分，河北北部，甘肃、宁夏、辽宁的南部，青海偏东和江苏偏北的一小部分	4	10～15
上海、浙江全部，江西、安徽、江苏的大部分，福建北部，湖南、湖北东部、河南南部	5	15～20
广东、台湾全部、广西大部分、福建、云南南部	10～15	20
重庆、贵州全部，四川、云南的大部分，湖南、湖北的西部，陕西和甘肃秦岭以南地区，广西偏北的一小部分	7	15～20

热水耗热量简化计算公式
取ρr=1(kg/L），代入C值，Q单位取m3/h,换算单位后，计算公式为：
W=1.163QΔt
W：设计小时耗热量（ KW ）
Q：设计小时热水量（m3/h）
Δt：冷热水温差 （℃）

设备选型

加热设备选型
⑴.当机组不配储水箱(罐)直接供热水时,或配半即热式水加热器间接供应热水时，机组的加热量按设计秒流量计算:
W=4.187qg Δt ρr
W：热水机组的加热量 (KW)
qg：热水设计秒流量 (L/s)
Δt：冷热水的温差 (℃)
ρr：热水的密度 (kg/L)
⑵.当机组配储热时间不大于0.5h的热水箱(罐)或半容积式水加热器供应热水时,机组加热量按设计小时耗热量选配：
W=1.163QΔt
W：热水机组的加热量 (KW)
Q：设计小时热水量 (m3/h)
Δt：冷热水的温差 (℃)
⑶.当机组配储热时间大于0.5h的热水箱(罐)或容积式水加热器供应热水时,机组加热量:
W=1.163（Q-η Vr/T）Δtρr
W：热水机组的加热量 (KW)
Q：设计小时热水量 (m3/h)
η：有效贮热容积系数，容积式水加热器η=0.75，导流型容积式加热器η=0.85
T：设计小时耗热量持续时间（h），T=2-4h
Δt：冷热水的温差 (℃)
Ρr：冷热水的温差 (℃)
⑷.当热水系统配备较大热水箱(罐)，机组加热量:
建筑每天的用水量： Q=mqrK
Q：每天热水用量 (L/d)
M：热水使用单位数(人数、床位数）
Qr：热水用水定额（按热水用水定额选用）
K：热水使用率 (按建筑用途，与业主沟通、协商了解，取0.8-1)
建筑每天的耗热量
根据热水用水量和被加热水的温升，按下式计算：
Wd =QCρrΔt
Wd：建筑每天的耗热量(KJ/d)
Q：每天热水用量 (L/d)
C：水的比热（4.187KJ/kg.℃）
ρr：热水的密度(kg/L)
Δt：冷热水的温差(℃)
热水机组的加热量
根据热水用水量和被加热水的温升，按下式计算：
W =Wd/3600t
W：热水机组的加热量(KW)
Wd：建筑每天需要的耗热量 (KJ)
T：热水机组设计每天的加热时间（一般按照每天工作10~14小时计算）
按所得出的加热量选取热水机组的型号。
第4种情况以大卡为单位计算：
根据热水用水量和被加热水的温升，按下式计算：
Q=CM △T Kcal
其中：
Q：设计每天的耗热量（ Kcal ）
△T：冷热水温差（ ℃ ）
M：每天用水量（kg）
C：水的比热（1Kcal/kg.℃）。
热泵热水机组选型
将按照以上方式计算出的热水耗热量单位换算成KW，即可参照产品手册进行选型。
W=Q/(860*t)
Q---每天热水热负荷 Kcal ;
860-热量与功率的换算值，1kw=860 Kcal/h;
t---机组工作的时间小时（一般按照每天工作10~14小时计算）
W---机组总功率KW。
储热水箱（罐）选型
V 水箱 =Kh×V×t1/t-n×V机组（直热式）
V水箱--储水箱容积M3；
Kh-----热水小时变化系数；
V------每天热水用量M3；
t1-----高峰用水时间(2-4h)；
t------每天供水时间（按建筑要求，例：24小时）；
n------机组台数；
V机组--机组在最恶劣工况时的热水量，循环式V=0；
住宅热水小时变化系数：

居住人数	50	100	150	200	250	300	500	1000	3000	6000
K	6.58	5.12	4.49	4.13	3.38	3.70	3.28	2.86	2.48	2.34

酒店热水小时变化系数：

居住人数	60	150	300	450	600	900
K	9.65	6.84	5.61	4.97	4.58	4.19

医院热水小时变化系数：

床位数	35	50	75	100	200	300	500	1000
K	7.62	4.55	3.78	3.54	2.93	2.60	2.23	1.95

电辅助加热器
为保证低温时机组能力下降保证热水水温的稳定，特别是在温度较低的区域配备电辅助加热器是非常必要的。
电辅助加热器的选型主要考虑：冬季室外环境温度、做备用系统用容量的大小。根据当地冬季平均最低温度、机组进水温度，通过机组的运行曲线的性能参数查出对应的能力值Q1，与机组额定能力值Q相比，可以得出机组能力衰减值Q2：Q2=Q-Q1；一般电辅助加热器的大小：W=k*Q2=k*(Q-Q1)。（其中k为裕量系数，取值范围1.0~1.5，北方地区k值应该取大一些，如在陕西、河南、湖北等地区可以取1.5)。
冷水增压泵
增压水泵的扬程应为主机中冷媒-水路换热器水压降△P（约5KPa）、主机与水箱热水进水管高度差Z、管路沿程阻力损失和局部阻力损失四项之和的1.1~1.2倍。沿程阻力损失和局部阻力损失应从水力计算求出，做估算时，局部阻力损失可取5m水柱，沿程损失可取每100m管长约5m水柱，若管路长为L，总结为经验公式为：H=5m+Z+0.05L-自来水进水压力
水泵的扬程至少保证主机的进水压力为0.15MPa；
水泵的流量约为主机进水流量的1.3倍。

热水回水泵
为了保证系统中一直保存有热水，工程中常常需要增加回水泵，在设定回水泵时，常常运用两种方法，一种是将定时回水的方式，即设定回水时间，到某个时间开始回水；二是设定温度回水方式，即在水管中温度下降到某个值时，回水泵开始工作，保证用户随时有热水用。
热水回水泵的选用简单方法：
1、计算出水管系统中的水容量Q；
2、设定回水时间T，如10~30分钟；
3、计算出系统阻力值H1；
那么回水泵的参数Q回水=1.1~1.2 Q/T，水泵扬程H=1.1~1.2H1。

热水配水管选型

计算方法与空调水系统的计算方式相同，但对于流速的选择应注意以下两点：
1、在进行热水管道水力计算时，管道中的水流速不宜大于1.5m/s，当管道的管径小于25mm时，流速宜采用0.6~0.8m/s；
2、由于热水温度较高，其密度和运动粘滞系数比冷水小，且管道是容易结垢的，因此在进行水力计算时应考虑以上因素，参照设计手册上的管道水力计算表来确定管径和水头损失。
热水管道水力计算表（t=60 ℃,绝对粗糙度为1mm ），《中央热水系统设计选型水力计算参考表(兼容模式)》请到南社论坛资料中心查找。
热水配水管选型(水力计算参考表)

管道管径单位为mm, R：单位长度水力损失（Pa/m）；v：流速（m/s）。

常见热水供水方式
直热式

工程案例分析

家庭用户

热水示意图

1、热水量的确定
根据别墅中的用水定额可以得知，每人每天的最高用水定额为110升，按照别墅的结构，别墅中常住3个人，那么每天的总用水量V=3*110=330L。
2、主机设备的选型
根据热水用水量和被加热水的温升，按下式计算：
Q=CM △T Kcal
其中：
Q：设计每天的耗热量（ Kcal ）
△T：冷热水温差（ ℃ ）
M：每天用水量（kg）
c：水的比热（1Kcal/kg.℃）。
Q=1*330*（55-10）=14850 Kcal
W=Q/(860*t)
Q--每天热水热负荷 Kcal ;
860-热量与功率的换算值，1kw=860Kcal/s;
t---机组工作的时间小时
W---机组总功率KW
W=14850/860*2=8.6KW
根据各厂商产品的技术参数，选用相对应的机组。
3、水箱的选用
V水箱 =K*V*t1/t-n* V机组
V水箱--储水箱容积M3；
K------热水小时变化系数；
Q------每天热水用量M3；
t1-----高峰用水时间；
t------24小时；
n------机组台数；
如果按照以上公式计算，K值没有资料可以确定，我们选用水箱实际上只要满足一定时间最高峰的用水量即可，总用水量V=330M3，按照规范要求，水箱的容量应满足最高峰时热水45分钟的使用。对于家庭用户，我们通常可以用总用水量的60%来设置水箱的大小，按照本案例，水箱的大小可以设置为330*60%=198L，大约可以用200L的水箱即可以。
酒店用户
1、工程概况：某酒店位于广东省珠海市，共有标准间100间，每个标准间有喷淋头、洗脸盆各一个，24小时不定时供水。
2、设计依据
1）建筑给排水设计规范；（GB50015-2003）
2）室外给水设计规范； （GBJ13-86 ）
3）建设单位i的要求
3、设计计算参数

季节	进水温度℃	出水温度℃
夏季	18	55
冬季	10	55

4、设计选型
按照设计选型手册，用水定额为每床每日150L，按照100个标准间计算，则总的用水量V=100*2*150=30000L
根据热水用水量和被加热水的温升，按下式计算：
Q=CM△T Kcal
=1*30000*（55-10）=1350000 Kcal
假设热水被加热到55℃，需要的时间为14小时，则根据公式：
W=Q/(860*t)
=1350000/860*14=112kw
根据各厂商样本技术参数，选用相对应的机组，并具有一定的备用性。
水箱选型
Q水箱 =K*Q*t1/t-n*Q机组
Q水箱--储水箱容积M3；
K------热水小时变化系数；
Q------每天热水用量M3；
t1-----高峰用水时间；
t------24小时；
n------机组台数；
Q机组--机组热水量；
Q水箱 =K*Q*t1/t-n*Q机组=6*30*4/24-3*6=12(m3)