1、集中熱水系統設計思路及案例介紹董禮汀 2013-5集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-51、基本概念2、系統組件3、設計思路4、案例介紹目 錄1、基本概念集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5基本概念設計小時耗熱量：熱水供應系統中用水設備、器具最大時段內的小時耗熱量。建筑給水排水設計規范2.1.87相關概念：設計小時熱水量、平均小時耗熱量、熱水系統的小時變化系數1.1 設計小時耗熱量集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5基本概念在全日、工作班或營業時間內不間斷供應熱水的系統為全日熱水供應系統；在全日、工作班或營業時間內某一時段供應熱水的系統為定時熱水供應系統。建筑給水排水設計

2、規范2.1. 79A、 2.1. 79B1.2 全日熱水供應系統與定時熱水供應系統集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5基本概念設計小時供熱量：熱水供應系統中加熱設備最大時段內的小時產熱量。建筑給水排水設計規范2.1. 87A貯熱量：由水加熱器、貯熱設備儲存的熱水折算出的熱量。折算方式：貯熱量=貯熱水體積*熱水密度*溫差*比熱采用容積式水加熱器時，耗熱量、供熱量和貯熱量之間的關系為：供熱量=耗熱量-貯熱量/T貯熱量的調節作用：1）調節供熱量與最大小時耗熱量的差值（容積式加熱器）；2）調節供熱量與設計秒耗熱量之間的差值（半容積式熱水器）；3）當系統無貯熱量時（即熱式、半即熱式）：熱源應滿足

3、設計秒耗熱量的需求；有可靠靈敏的溫度控制裝置；1.3 供熱量與貯熱量集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5基本概念傳熱系數K：在特定工況（流速、流態、換熱界面材質等）下，表面式水加熱器單位面積上傳遞熱量的能力。該數值反映水加熱器的工作效率。傳熱系數導熱系數，材質一定條件下，導熱系數是定值，傳熱系數是變值；實際換熱器的傳熱系數要通過實驗測定。1.4 傳熱系數集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5基本概念影響傳熱系數的因素：1/K=1/1+/+1/21熱媒向換熱管內壁的對流傳熱系數，正比于熱媒流速的0.8次方；2換熱管外壁向被加熱水的對流傳熱系數，正比于被加熱水流速的0.8次方；換熱管

4、壁厚、銹蝕和水垢的總厚度；熱管壁、銹蝕和水垢的導熱系數；提高傳熱系數K的措施：1）增大熱媒與被加熱水的流速，增加湍流程度，從而提高對流傳熱系數；2）選用合適的加熱器材質，控制銹蝕、結垢的情況；1.4 傳熱系數集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-52、系統組件集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5系統組件閉式熱水系統示意圖1 容積式熱交換器（加熱與貯熱設備）2 管網3 循環泵4 隔膜膨脹罐（其他附件）加熱設備：加熱設備的分類：直接加熱、間接加熱直接加熱：熱水爐、熱水器、加熱水箱間接加熱：水-水、汽-水熱交換器（容積式、半容積式、半即熱式、即

5、熱式等）貯熱設備：開式（水箱）、閉式（水罐）；貯熱、貯熱+加熱（容積式加熱器）2.1 加熱與貯熱設備為系統制備熱水集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5系統組件熱水爐熱水器容積式熱交換器板式熱交換器水加熱器的選用要求：熱效率高，節材、節能、節地；熱水側阻力小（規范建議小于0.01MPa），有利于冷熱水壓力平衡；可靠、安全、易檢修；貯熱設備的選用要求：有效貯熱容積系數大，低溫區、滯水區少；溫控系統可靠，出水溫度穩定；2.1 加熱與貯熱設備集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5系統組件不同水加熱器的構造特點2.1 加熱與貯熱設備集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5系統組件換熱器

6、類型構造特點傳統容積式水加熱器U型管換熱器附設儲熱容積導流型容積式水加熱器導流裝置U型管半容積式水加熱器強制下降管波節管半容積式水加熱器波節管浮動盤管半容積式水加熱器浮動盤管板式換熱器不銹鋼板片U型管換熱器及其發展2.1 加熱與貯熱設備集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5系統組件快速式U型管換熱器容積式換熱器導流型容積式換熱器半容積式換熱器波節管波節管半容積式換熱器導流裝置強制下降管U型管換熱器其他形式的換熱器2.1 加熱與貯熱設備集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5系統組件浮動盤管半容積式換熱器板式換熱器彈性管束半容積式換熱器常見水加熱器性能對比2.1 加熱與貯熱設備集中熱水

7、系統設計思路及案例介紹 2013-5系統組件換熱器類型傳熱系數W/(m2C)水側阻力損失mH2O傳統容積式水加熱器水-水換熱3504000.5汽-水換熱8008700.5導流型容積式水加熱器水-水換熱5509000.3汽-水換熱80011000.3U型管半容積式水加熱器水-水換熱8009500.5汽-水換熱115015000.5浮動盤管半容積式水加熱器水-水換熱115014501.0汽-水換熱170025001.0波節管半容積式水加熱器水-水換熱140019001.0汽-水換熱280035000.5板式換熱器25008000610，計算確定2.1 加熱與貯熱設備集中熱水系統設計思路及案例介紹

8、2013-5系統組件 板式換熱器+儲水罐導流型容積式水加熱器換熱器效率高低熱媒熱水溫差小大造價低高機房面積需求大小設備結構簡單復雜維修方便困難貯熱裝置加熱效果差好板式換熱器+儲水罐的形式與導流型容積式水加熱器的比較導流型容積式換熱器板式換熱器+儲水罐1 容積式熱交換器2 板式熱交換器3 儲水罐1）熱水管道管材選用的要求耐熱耐腐蝕；連接方便可靠；（機械連接、焊接、熔接、粘接）符合飲用水衛生標準；2）常用的管材金屬管：薄壁銅管、薄壁不銹鋼管；（機械連接或焊接）塑料管：PP-R，PB、PEX；（熔接）PVC-C（粘接）復合管：襯塑鋼管（內襯PP-R、PEX、PVC-C，機械連接）、鋁塑復合管（內外覆

9、PP-R、PEX，機械連接、熔接）；2.2 管道輸水至加熱器和用水點集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5系統組件3）管道布置要求冷熱水管道水力同程，主要回水點回水管道水力同程；2.2 管道集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5系統組件合理設置活動支架、固定支架和伸縮節，避免溫度變化產生的形變與壓力破壞管道；（尤其是塑料管道）2.2 管道集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5系統組件選擇合理的保溫材料和合理的保溫層厚度；（節能、節材、省空間）滑動支架和固定支架的設置1）循環泵流量的確定A）系統保溫：補充系統的熱損失： B）初次加熱：在1530min內將管網內所有的水送回加熱設

10、備： 2.3 循環泵通過強制流動保持管道內的水溫集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5系統組件2）循環泵揚程的確定克服循環水量經過供回水管網的水頭損失：Hb=hp+hx由于計算過程復雜，實際工程中可按以下方式計算：Hb=1.1R(L+L)+H2R單位長度水頭損失，可取0.10.15kPa/m。L自水加熱器至最不利點的供水管長；L自回水管最不利點至水加熱器的回水管長；H2水加熱器的水頭損失。2.3 循環泵集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5系統組件1）閉式膨脹罐、安全閥和膨脹管防止熱水系統受熱后壓力過高。A）閉式膨脹罐適用條件：日熱水用水量大于30m3的閉式系統；總容積計算公式：

11、Ve膨脹罐總容積；f加熱前水的密度，24小時供熱取回水溫度，非24小時供熱取冷水溫度；r加熱后水的密度；P1膨脹罐處的管內壓力+0.1MPa；P2膨脹罐最大允許壓力，取1.10P1；Vs系統內熱水的總容積；根據以上條件化簡后得： 2.4 其他組件集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5系統組件B）安全閥適用條件：日熱水用水量小于等于30m3的閉式系統；注意事項：需引至安全處排放；壓力可設定為熱水系統工作壓力的1.1倍；C）膨脹管工作原理：利用在特定高度排放介質泄壓、定壓；適用條件：有高位非引用水水箱；注意事項：設置高度既不得過高（超壓），也不得過低（損水）；2.4 其他組件集中熱水系統設計

12、思路及案例介紹 2013-5系統組件安全閥結構圖2）排氣閥、泄水閥保證系統運行順暢，檢修方便 設置要求：高處排氣、低處泄水；有條件時優先利用配水點。3）溫控閥控制水加熱器出水溫度穩定自力式溫控閥：精度低，可靠性差，價格低電動式溫控閥：精度高，可靠性好，價格高安裝位置：熱媒管道上2.4 其他組件集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5系統組件自力式溫控閥電動式溫控閥電動式溫控三通閥安裝示意圖3、設計思路集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-51）供熱范圍：注意是否有用水量較大的場所；注意是否有定時供熱或用戶對供熱時段有特殊需求的場所；類似的場所包括浴室、洗衣房、廚房等，這些場所宜獨立設置

13、熱水管網或加熱設備。2）用水行為特點：用水行為可以簡單分為用水疏散型和用水密集型兩種：前者包括大部分使用全日熱水供應系統的場所（酒店、辦公、住宅等）；后者包括所有使用定時熱水供應系統場所和部分使用全日熱水供應系統（幼兒園等）的場所。前者的用水不均勻性小于后者；計算耗熱量時，前者使用人員定額（建水規5.3.1-1），后者使用器具定額（建水規5.3.1-2）3.1 使用需求分析集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5設計思路3）供熱溫度：安全：用水點溫度不宜過高，防止燙傷，尤其是使用人員自我保護能力不強的場所，如幼兒園、養老院、精神病院、監獄等；衛生：水加熱器處溫度不宜過低，防止軍團菌滋生。（

14、軍團菌適宜的生長溫度為2050C）節能：當使用可再生能源或熱源品位較低時，在符合安全衛生的前提下，選擇合適的熱水溫度，減少換熱環節的熱損失，減少二次加熱能源的消耗；防垢：水加熱器處溫度不宜過高，溫度越高，結垢情況越嚴重。綜上所述，適宜的熱水溫度為5560C；當采取合適的消毒滅菌措施時，也可降低至滿足用水點溫度。4）舒適度要求包括熱水的流量、壓力、溫度調節、響應時間等。3.1 使用需求分析集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5設計思路1）可再生能源和“免費”熱（廢熱、余熱）使用的政策要求和綜合效益；常見的可再生能源：太陽能、水源熱（地下水、地表水、污水）、空氣源熱；常見的“免費”熱：制冷機

15、組余熱、工業廢熱；2）常規熱源的可靠性與經濟性在有供應有保證的條件下，選擇順序為：市政熱力管網燃氣（油）熱水機組電熱水設備3.2 熱源條件分析集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5設計思路1）用水疏散型： Kh小時變化系數；m用水計算單位數；qr熱水用水定額；tr熱水溫度；tl計算冷水溫度；（如不是按最不利工況考慮，則應根據設計保證季節的實際情況取值）C水的比熱；r熱水密度；T每日使用時間；3.3 耗熱量計算集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5設計思路2）用水密集型： qh衛生器具的小時熱水定額；tr熱水溫度；tl計算冷水溫度； n0衛生器具數量；b同時用水百分比；C水的比熱；r

16、熱水密度；T每日使用時間；3.3 耗熱量計算集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5設計思路3）綜合計算具有多種熱水使用場所的建筑使用同一熱源時，應按同時用水高峰時段場所的設計小時耗熱量加上其余場所的平均小時耗熱量作為總的設計小時耗熱量；有必要時，應當逐時計算；如果部分場所在其余場所供熱時處于非供熱時段，則應扣除該部分耗熱量。3.3 耗熱量計算集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5設計思路 7:008:008:009:009:0010:0010:0011:0011:0012:0012:0013:0013:0014:0014:0015:0015:0016:0016:0017:00廚房-

17、64.464.4-盥洗30.8730.8730.87(30.87)(30.87)124.9124.930.8730.8730.87逐時熱負荷計算示例1）確定合理的供熱時間（全日、定時）、系統配置（分散、合并）、供熱溫度、熱源；2）根據用水要求，選擇合適的供水方式（開式、閉式）、循環方式（全循環、部分循環）；3）選用合適的加（貯）熱設備；4）選用合適的循環設備；5）選擇系統附件；6）布置主要設備機房：機房的進排風、排水、噪聲對貼鄰房間和周圍環境產生的影響應仔細考慮；機房的布置應充分考慮檢修的需求，尤其是加熱盤管的維修更換；7）合理布置管網；3.4 系統設計集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013

18、-5設計思路4、案例介紹集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5項目概況：某一類高層綜合樓項目位于浙江省嘉興市，地下一層為為停車庫和設備用房，13層為商業，4層為酒店大堂，設備層20層為酒店式公寓。集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5案例介紹標準層平面圖剖面圖該項目內有集中熱水供應需求的場所為公寓內的衛生間，沒有其他用水量較大或供熱需求特殊的場所。該項目的為用水疏散型的場所，供熱時間為全天24小時；由于無特殊需求，水加熱器出口溫度擬設定為60C；用戶對熱水供應的壓力、流量、溫度調節和響應時間無特別要求，因此均按規范推薦數值選用。4.1 使用需求分析集中熱水系統設計思路及案例介紹 2

19、013-5案例介紹根據當地氣象情況和政策規定，可再生能源與廢熱、余熱利用條件均不具備；項目所在地周邊市政道路能夠提供可靠的燃氣和電力接入。4.2 熱源條件分析集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5案例介紹Kh小時變化系數；m用水計算單位數；qr熱水用水定額，90L/床d；tr熱水溫度，60C；tl計算冷水溫度，嘉興地區取5C；C水的比熱，4187J/kgC；r熱水密度，60的熱水密度為0.983kg/L；T每日使用時間，24h，86400s；4.3 耗熱量計算集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5案例介紹根據壓力控制要求，系統豎向分3個區：48層為區，914層為區，1520層為區。

20、各區耗熱量計算如下：集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5案例介紹分區m（床）KhQh（W）區（48層）1923.93177953區（914層）2883.83260099區（1520層）2723.842462914.3 耗熱量計算1）供熱時間、熱源、系統配置、供熱溫度：酒店式公寓熱水采用集中式全日制供熱系統；采用常壓燃氣鍋爐制備高溫熱水（95C /75C）作為熱媒制備生活熱水；各區分別設置熱交換器，熱交換器出口溫度設定為60C；2）供水方式和循環方式：為保證冷熱水壓力平衡，采用閉式熱水供應系統，熱交換器使用半容積式水-水熱交換器；為保證用水點溫度設置機械干管循環系統。集中熱水系統設計思路

21、及案例介紹 2013-5案例介紹4.4 系統設計3）加熱設備選型:以區為例：計算換熱器加熱面積：Fjr表面式水加熱器的加熱面積，m2；Cr熱損失系數，取1.1；Qz需制備的熱量，177953W不均勻系數，取0.8；K傳熱系數，半容積式換熱器，取950W/m2；tj計算溫差，集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5案例介紹4.4 系統設計選用換熱器：據此選用HRV-02-1.2(1.6/0.6)型半容積式換熱器2臺單臺換熱器：V=1.17m3，Frj=3.6m2，=900mm，H=2348mm，運行重量1914kg。校核貯熱量：按儲存20min設計小時耗熱量計，需儲存的熱水水量（60）：現實

22、際儲存2.34m3的60熱水，滿足要求。同樣方式為區、區各選用：HRV-02-1.2(1.6/0.6)型半容積式換熱器2臺，單臺換熱器：V=1.17m3，Frj=3.6m2，=900mm，H=2348mm，運行重量1914kg。集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5案例介紹4.4 系統設計4）循環泵選型以區為例：水泵流量qbqx=1557L/h=1.56m3/hqx全日供應熱水的循環流量，L/h；Qs 配水管道的熱損失，取設計小時耗熱量的5%；t配水管道的熱水溫度差，取5。r熱水密度，60的熱水密度為0.983kg/L；集中熱水系統設計思路及案例介紹 2013-5案例介紹4.4 系統設計水泵揚程Hb=1.1R(L+L)+H2= 1.10.10(100+100)+0=22.0kPa=2.2mR單位長度水頭損失，R=0.10.15kPa/m，本工程取0.10kPa/m。L自水加熱器至最不利點的供水管長，100m；L自回水管最不利點至水加熱器的回水管長，100m；H2水加熱器的水頭損失，可