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商用热水工程设计与选型
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2024.02.26 天津

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生活热水系统选型设计步骤:
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。
热水用水定额:
序号
建筑物名称
单位
最高日用水定额(L)
使用时间(h)
1
住宅
-有自备热水供应和沐浴设备
-有集中热水供应和沐浴设备
每人
每日
40~80
60~100
24
2
别墅
每人每日
70~110
24
3
职工宿舍、学生宿舍、招待所、普通旅馆
-设公用盥洗室
-设公用盥洗室、淋浴室
-设公用盥洗室、沐浴室、洗衣室
-设单独卫生间、公用洗衣室
每人每日
每人每日
每人每日
每人每日
25~40
60~60
50~80
60~100
24或定时供应
4
宾馆客房
-旅客
-员工
每床位每日
每人每日
120~160
40~50
24
5
医院住院部
-设公用盥洗室
-设公用盥洗室、沐浴室
-设单独卫生间
医务人员
门诊部、诊疗所
疗养院、休养所住房部
每床位每日
每床位每日
每床位每日每人每班
每病人每次
每床位每日
60~100
70~130
110~200
70~130
7~13
100~160
24
8
24
6
养老院
每床位每日
50~70
24
7
幼儿园、托儿所
-有住宿
-无住宿
每儿童每日
每儿童每日
20~40
10~15
24
10
8
公共浴室
-淋浴
-沐浴、浴盆
-桑拿浴(沐浴、按摩池)
每顾客每次
每顾客每次
每顾客每次
40~60
60~80
70~100
12
9
理发室、美容院
每顾客每次
10~15
12
10
洗衣房
每千克干衣
15~30
8
11
餐饮厅
-营业餐厅
-快餐店、职工及学生食堂
-酒吧,咖啡厅、茶座、卡拉OK房
每顾客每次
每顾客每次
每顾客每次
15~20
7~10
3~8
10~12
11
18
12
办公楼
每人每班
5~10
8
13
健身中心
每人每次
15~25
12
14
体育场(馆)
-运动员淋浴
每人每次
25~35
4
15
会议厅
每座位每次
2~3
4
注:热水温度按60℃计。
卫生器具的一次和小时热水用水定额及水温
序号
卫生器具名称
一次用水量(L)
小时用水量(L)
使用水温(℃)
1
住宅、旅馆、别墅、宾馆
-带有淋浴器的浴盆
-无沐浴器的浴盆
-淋浴器
-洗脸盆、盥洗槽水嘴
-洗涤盆(池)
150
125
70~100
3
300
250
140~200
30
180
40
40
37~40
30
50
2
集体宿舍、招待所、培训中心淋浴器
-有淋浴小间
-无淋浴小间
-盥洗槽水嘴
70~100
3~5
210~300
450
50~80
37~40
37~40
30
3
餐饮业
-洗涤盆(池)
-洗脸盆:工作人员用
-顾客用
-淋浴器
3
40
250
60
120
400
50
30
30
37~40
4
幼儿园、托儿所
浴  盆:幼儿园
托儿所
淋浴器:幼儿园
托儿所
盥洗槽水嘴
洗涤盆(池)
100
30
30
15
15
400
120
180
90
25
180
35
35
35
35
30
50
5
医院、疗养院、休养所
-洗手盆
-洗涤盆(池)
-浴盆
125~150
15~25
300
250~300
35
50
40
6
公共浴室
-浴盆
-淋浴器:有淋浴小间
无淋浴小间
-洗脸盆
125
100~150
5
250
200~300
450~540
50~80
40
37~40
37~40
35
7
办公楼  洗手盆
50~100
35
8
理发室  美容院  洗脸盆
35
35
9
实验室
-洗脸盆
-洗手盆
60
15~25
50
30
10
剧场
-淋浴器
-演员用洗脸盆
60
5
200~400
80
37~40
35
11
体育场馆  沐浴器
30
300
35
12
工业企业生活间
淋浴器:一般车间
脏车间
洗脸盆或盥洗槽水嘴
-一般车间
-脏车间
40
60
3
5
360~540
180~480
90~120
100~150
37~40
40
30
35
13
净身器
10~15
120~180
30
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(按表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=4.187qgΔtρr
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(按热水用水定额表选用)
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。
第四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.℃)。
加热设备选型:
⑴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。
⑵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
设备选型:
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:
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
根据计算出的功率,选择对应的机组。
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,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,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。
工程案例分析:酒店用户
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
根据计算出来的总功率技术参数,选用对应的机组,最好多台,保证安全性数并相互备用。
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)
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