高效能商用热水系统设计技术指导Word格式文档下载.docx
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此时也会减少水量，但是更重要的是使水压维持在热水器的工作压力范围内。
这样能够保护热水器的安全阀。
洗碗机的180℉涮洗管路上也应该设置减压阀。
硬度是描述硬水中的钙、镁组分含量的术语。
这两种矿物质在水中非常常见，实际上供水系统中几乎没有（这两种矿物质）含量低于1～2格令（1格令＝0.065克）每加仑的水。
硬度同样可以使用ppm（百万分率）来表示。
1格令硬度等于17.1ppm。
硬度低于1格令每加仑溶解性钙、镁矿物质的水被称作软水。
硬度的重要性在于，热水器的热交换表面会被矿物质的沉淀覆盖或者阻塞。
对于不同类型的热水器，热水量减少、运行噪音、能耗增加以及设备过早地损坏等问题都有可能是由于“硬”水造成的。
系统设计人员在遇到硬水地区时，应该考虑选用适合除钙或者容易维修的设备。
如果给水中含有泥沙或者沉积物，应该选用适合冲洗（对于水平贮水罐还应该配置有撇渣口）的设备，这样可以延长热水器寿命，减少能耗。
可以通过降低水温、控制流量、减少泄漏和浪费使硬水和泥沙对热水系统的影响降到最小。
比如系统设计中，对于固定用水设备和淋浴器，
应该设置流量控制器，以减小热水消耗、调节流量。
流量控制器的作用就是当水压在很大的一个范围内变化时，使流量维持一定的常数。
流量控制器同样可以减少用户的用水、排水、能源消耗和系统维护的费用。
对于新建热水系统，采用流量控制器减少耗水量的方法，可以明显减少初投资和运行费用以及减少占地。
第二章
选型原理
热水用量
确定热水用量，是其他所有计算和设备选型的基础。
此外，任何与热水使用有关的非正常的情况也应该被考虑到。
绘制系统运行变化图可以描述这种非正常的情况。
热水用量可以从美国采暖,制冷与空调工程师学会手册，热水设备生产商例如洗碗机、洗衣机制造商以及A.O.Smith商用热水手册CH-8100中查得。
A.O.Smith手册不同于其他热水用量数据，不仅提供了热水用量，也提供了设备和系统设计选型建议。
政府部门还要求符合其他一些规定。
系统运行变化图
系统设计人员应该根据设计的热水系统用水时段，绘制系统运行变化图。
该图也应该包括下次用水前的恢复时段。
用水时段和恢复时段可以用秒、分钟或者小时来计算。
考虑用水时段或者恢复时段任何非正常的热水需求，可以用来确定额外的储罐和/或恢复容量。
非正常热水需求量可能比较小，但是如果紧接在用水时段后，就非常有影响。
例如一个汽车旅馆，有可能洗衣时间是在正午、客人冲凉负荷过后。
如果设计时没有考虑这个问题，有可能洗衣机就没有热水供应。
下面的系统运行图给出了一个非常简单的间歇或者连续热水系统的设计实例。
这个例子给出了一天中两次用水时段和恢复时段。
●
根据热水器的恢复容量和储备容量共同确定来满足热水需求。
用水时段间隔了一个8小时和一个12小时的恢复时段。
最短恢复时段的热水器恢复容量应该满足加热热水贮罐中的全部水量。
通常对于较短的用水时段强调的是热水储备容量；
对于较长的用水时段强调的是热水器的恢复容量。
较长和较短用水时段的划分，大约以3～4小时为界。
本例中，热水储备容量比较重要。
——在用水时段，热水贮罐允许在满足热水需求的情况下，热水器有较低的恢复容量。
本例可以代表每天连续工作两班的某工业企业的用水情况。
热水的最大用量为3.3加仑/分钟或者198加仑/小时。
（确定最大用水量和水的温升对于热水器的选型很重要。
）
本例中，如果实际使用的是快速热水器，那么热水器的恢复时段特别重要。
因为这种热水器加热水的流量就是实际的使用流量。
如果使用容积式热水器，那么贮罐的容积可以做到最小，只要足够把水加热就可以了。
第三章
设备性能
恢复容量表
恢复容量表是正式发布的通过实验结果计算出来的，代表热水器在给定时间内使指定容积的水从某一温度提升一定温度的能力。
无论使用何种燃料，所有A.O.Smith的商用热水器都有恢复容量表。
任何条件下，某一特定型号的热水器的热效率都已经被考虑进去了。
表中的数据代表了A.O.Smith生产的各种不同类型的使用不同燃料的热水器的数据。
对于电热水器，表中给出的是1kw的热水器在不同温升条件下的恢复容量。
一般都认为电热水器的热效率为100％，因此该表适用于任何型号的电热水器。
为反映实际的恢复容量，当热水器的使用地点的高度大于等于海拔2000英尺时，每增加海拔1000英尺，燃气热水器的恢复容量应该减小4％。
恢复容量表示热水器中的热水随着时间的推移而恢复的速度。
如果热水的使用时间超过3或4小时，恢复容量通常比热水储备容量要显得重要。
热水器的恢复容量加上可用的热水储备容量必须能够满足供应用水高峰期的热水消耗。
注意：
许多类似表格仅给出了以加仑/小时为单位的恢复容量。
一定要确认选用的热水器能够满足以加仑/分钟为单位的热水需求。
容积式燃气热水器恢复容量表
（计算恢复容量时选用的热效率@80%）
型号
容量
（加仑）
输入功率
英热单位/小时
使用丙烷或者天然气
相对温升下的恢复容量（单位：
加仑每小时）
30
℉
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
BTC-154
89
154000
489
373
299
249
213
187
166
149
136
124
115
107
铜盘管直热式燃气热水器恢复容量表
（计算恢复容量时选用的热效率@75%）
单位
相对温升下的恢复容量
30℉
40℉
50℉
60℉
70℉
80℉
90℉
100℉
110℉
120℉
130℉
HW-120M
120000
加仑/小时
364
273
218
182
156
121
109
99
91
84
78
加仑/分钟
6.1
4.5
3.6
3.0
2.6
2.3
2.0
1.8
1.7
1.5
1.4
1.3
电热水器恢复容量表
（计算恢复容量时选用的热效率@100%）
千瓦
（KW）
产热量
（英热单位）
1.0
3413
13.6
10.3
8.1
6.8
5.8
5.1
4.1
3.7
3.5
3.3
储备容量和贮罐利用率
热水器贮罐可以直接供应热水，超出了热水器的恢复容量。
然而，贮罐中的热水只有当热水器的恢复容量超过系统用水需求时才能够得到补充。
这种情况一般都发生在用水高峰期结束后。
当在很短时间内（一般少于3～4小时）的用水量很大的时候，贮罐的容积通常比热水器的恢复容量要显得重要。
并不是所有储备的热水都可以以系统设定的温度流出。
因为热水是靠补充进来的冷水的压力供应的，补充进来的冷水使贮罐中的水温降低。
可用储备这个词，用来表示在流入的冷水把热水稀释到不可使用的温度之前，贮罐能够提供的热水量。
因此，贮罐的容积应该放大一定的百分比，以满足在出现热水温度降低之前为系统提供足够的可用热水。
当不知道系统的温降或者贮罐利用率时，考虑用水时段热水出现30℉温降前，热水器贮罐的供水能力应该是贮罐容积乘以70％。
对水温要求严格的系统，可以使用60％贮罐容积。
很明显，任何系统的热水温降和实际供水能力是与热水的需求流量和管道设计有关的。
计算贮罐水温的时候，系统设计人员必须牢记潜在的用水时段的热水温降。
例如，根据第一章提供的设计水温参考值，冲凉水温应该在105℉，热水系统的实际设定温度为140℉。
这样，设计中就应考虑用水时段控制热水温降在30℉范围内。
用水时段结束前的水温应该始终满足使用要求，一般应高于110℉。
假如系统的设计温度为105℉，贮罐容积会比原来大一半。
因为水中没有“额外”的热量来“替代”贮罐的容积。
水温也一样会降低到使用温度以下。
因此，通常都要把系统贮罐中的水加热到高于用水温度，这样就可以通过增加储备热水的热能来减小贮罐规格。
A.O.Smith的商用容积式热水器、热水贮罐和使用贮罐的热水系统都引入了一个数据：
贮罐利用率。
容积式燃气或燃油热水器
对于所有单水温或者双水温的设备，取贮罐利用率为70％。
例如，对于ConservationistBTC-154型燃气热水器的贮罐容积为89加仑：
用水时段水温降低30℉前，有89×
0.70＝62.3加仑可用热水。
反过来说，如果用水时段需要贮罐中有63.3加仑可用热水，最小贮罐容积为：
62.3÷
0.70＝89加仑。
如果输入的热量满足热水器的恢复容量，但贮罐的容积不满足使用要求，那么就应该在管路系统中增设一个辅助热水贮罐，这样就可以增加用水时段的可用热水量。
在A.O.Smith的培训手册中对此有详细的介绍。
燃气铜盘管直热式热水器
铜盘管式热水器本身不提供热水贮罐，无法储备热水。
当连接有热水贮罐时，依照A.O.Smith的培训手册中的详细介绍，热水贮罐的利用率如下：
安装了Booster-Recovery和Shure-TempBooster-Recovery型设备的双水温系统，取贮罐利用率为70％。
同样的，对于没有安装Cer-Temp80型设备的单水温系统，也取为70％。
对于类似系统的容积式燃气或者燃油热水器也使用70％这个数。
安装了Cer-Temp80型设备的单水温系统取为80％。
例如，如果配有1000加仑的热水贮罐，用水时段水温降低10℉前，有1000×
0.80＝800加仑的可用热水。
（只有当使用Cer-Temp80型设备的时候，热水温降取10℉。
这是因为，当循环泵和燃烧器启动时，冷水直接进入到铜盘管热水器中，而不是贮罐中。
冷水对储备热水的稀释作用明显减小了。
反过来说，如果在用水时段内，需要800加仑可用热水，贮罐的最小容积为：
800÷
0.80＝1000加仑。
容积式电热水器
对所有的双水温设备，贮罐利用率取为70％。
例如，DRE或DVE-52型，贮罐容积为52加仑：
用水时段水温降低30℉前，有52×
0.70＝36.4加仑可用热水。
反过来说，如果用水时段需要贮罐中有36.4加仑可用热水，最小贮罐容积为：
36.4÷
0.70＝52加仑。
类似双水温系统形式的单水温设备，取贮罐利用率为80％。
对于容积式燃气或燃油热水器的例子，如果有必要，可用使用辅助热水贮罐来补充热水器贮罐的容积。
然而应该注意到，A.O.Smith的商用电热水器的贮罐容积可达10000加仑。
增压式热水器也可以连接任何规格的辅助热水贮罐。
这样就可以通过更换热水器来应对日后的燃料改换。
辅助热水贮罐（不需加热）
就象前面解释过的，辅助热水贮罐是用来增加容积式燃气、燃油或电热水器的热水储备。
同样，辅助热水贮罐也可配合铜盘管式燃气热水器使用，用以贮存热水。
对于所有的双水温设备，取贮罐利用率为70％。
根据A.O.Smith的培训手册，对于所有的单水温设备，取贮罐利用率为80％。
热水器恢复容量加上储备容量等于需求水量
前面解释过，如果热水用水时段超过3～4小时，则选择最大的恢复容量和最小的储备容量。
储备水量必须满足用水时段的高峰期用水量。
如果热水用水时段少于3～4小时，则选择最大的储备容量和最小的恢复容量。
热水器的恢复容量必须足够保证在下次用水时段来到之前，使整个贮罐中的热水都得到加热。
总结：
用水时段短
用水时段长
恢复容量最小
恢复容量最大
储备容量最大
储备容量最小
核对恢复时段发生的任何可能影响系统再次加热的使用热水的可能性。
必要时应增加热水器的恢复容量和（或）热水贮罐的容积以应付非正常的用水情况。
设备选型计算得出的结果可能与实际生产的热水器的恢复容量和热水贮罐有出入。
如果是这样，两个参数都需要调整，以使其中一个符合要求。
方法如下：
当保持热水温度（反过来说，水温降低不超过30℉就可以了）比较重要时，优先增加恢复容量而不是增加热水贮罐容积。
这样有助于维持系统水温。
当保持热水供应量比较重要时（可能会过分地要求热水器的恢复容量），增加热水贮罐的容积以保证提供“即时”热水。
热水器恢复容量和储备容量功能比较
下面的例子说明了热水器恢复容量和储备容量在用水时段分别所起的作用。
例如，BTC-154型热水器，贮罐容积89加仑，在用水时段分别为1个小时和8个小时下的情况：
用水时段1小时
计算方法如下：
恢复容量：
149加仑/小时@100℉温升（数据来自热水器恢复容量表）
储备容量：
储备容量89加仑×
70％贮罐利用率＝62.3加仑可用热水
149加仑/小时恢复容量＋62.3加仑可用热水＝1小时内可用热水量211加仑。
此后，直到贮罐中的水被再次加热前，只有热水器的恢复容量149加仑/小时为可用热水量。
热水器的贮罐提供了短时、间歇的用水时段内的用水需求。
恢复时段没有使用热水，贮罐内的水在25分钟后被再次加热（62.3÷
149＝0.42小时）。
用水时段8小时
8＝7.8也可取为8加仑/小时可用热水
149加仑/小时恢复容量＋8加仑/小时储备热水＝8个小时内的可用热水量157加仑/小时。
热水器的恢复容量提供了长时间、连续的用水时段内的用水需求。
使用电热水器的情况
当使用电热水器时，系统设计人员有可能需要修改前面提到的恢复容量和贮罐容积的数值。
这是因为，商业用电包括水加热用电常常按使用时段收费。
这就意味着除了实际用电费用（以千瓦小时计），还有一部分需要向用电部门交纳的额外的费用（以千瓦计）。
当地供电部门会提供这种数据。
由于存在这部分额外使用费，系统设计人员应该使恢复容量最小化（热水器的额定千瓦值），同时使储备容量（热水器贮罐的容积）最大化。
这种额外的使用费用会明显地增加使用电热水器的运行费用。
另一种使这种额外费用最小化的方法是让热水器在用电高峰期停止运行，同时还要保证有足够的储备热水以供使用。
这可以通过A.O.Smith或其他厂家的节能部门提供的用电控制装置或当地时钟控制来解决。
对于用户和供电部门，热水器供应商和电工常常可以通过控制用电时间来明显地节约电费。
评估热水系统运行费用
通常，系统设计人员需要把比较能源开支和燃料费用作为项目设计的一部分。
如果是这样，可以使用下面的公式和例子作为指导。
运行费用＝（位时间内的用水加仑数×
8.25×
温升×
单位燃料费用）÷
[（单位燃料的热值英热单位）×
（热水器效率）]
用电加热50加仑热水的运行费用的例子：
运行费用＝（50×
100×
0.05）÷
（3413×
1）
运行费用＝2062.5÷
运行费用＝60美分（数据基于热水器热效率100％，如果有必要，还要加上燃料条件费和用电的额外费用）
说明：
8.25——每加仑水的重量（磅）
0.05$——假设的每度电的费用
1kw＝3413英热单位·
小时
效率——1（100％）
A.O.Smith商用热水手册CH-8100，技术数据部分，第C027.0页里面有各种燃料的费用比较数据。
（可供单独使用）
第四章
系统和设备选型
设计目标
设计商用热水系统的目标多种多样。
系统设计人员在设计阶段应该主要考虑的问题有：
1.
热水器及系统的其他组成部分以及它们的安装，都应该符合适用的规范和要求的规定。
●美国机械工程师协会、国家卫生基金会的规定就必须遵守。
2.
热水系统的性能，必须有益于公众的健康、福利和安全。
●通常要求，应该在相当长的一段时间内保证精确的水温，这样有利于保证卫生条件。
设计阶段就应该考虑这个问题。
3.
有效地利用能源，以达到最少的运行费用。
●以电能为例，应该充分考虑加以应用，避免不必要的额外费用支出。
4.
提供以最少的费用来满足用户需求的品质和功能。
●最少的费用不仅意味着初投资，同样还包括运行费用。
多数情况下，使用A.O.Smith的节能Conservationist型热水器，花费的较高的初投资可以被较低的运行费用抵销。
系统选型
热水系统，可以分为两个基本类型。
A.O.Smith的培训手册中划分为单水温和双水温系统。
当然，用户根据需要可以使用调节设备得到不同温度的热水。
单水温系统根据需要只提供一种温度的热水。
双水温系统提供两种温度的热水，通常与餐饮业有关。
较高温度的热水用于洗碗机的清洁、漂洗。
两种水温可以由同一台配有混合阀门的热水器提供，也可以由两台设定温度不同的热水器提供，还可以通过管道再加热式热水器提供。
每种类型中还可以划分为多种系统，作为系统设计人员应该了解和利用这些系统。
正确的选用系统十分重要，可以使管道工和电工遵守适用的规定。
下面介绍了A.O.Smith使用的系统命名规则，适用于不同类型和不同燃料的热水器。
容积式燃气、燃油、电热水器：
单水温系统
单水温和再加热式是单水温热水系统的叫法。
●单水温意味着热水器提供单一温度的热水供常规用途使用。
●从传统意义上说，再加热系统接受热水（通常为140℉），然后把水温提高到180℉，用于洗碗机的最后冲洗用水。
因此再加热系统也是单水温热水系统。
再加热系统中选用容积式热水器为固定架式洗碗机提供热水比较合适，因为这种洗碗机间歇使用180℉的最后冲洗热水。
对于固定架式洗碗机，惯例是恢复容量和储备容量联合工作。
通过混合阀门或者通过预热热水器/再加热热水器联合工作的双水温系统，提供两种不同温度的热水。
对于第一种工作方式，热水器的贮罐内维持系统最高用水温度（通常为180℉），通过外部的混合阀门提供所需的140℉热水。
贮罐中180℉的热水通过管道上的混合阀门调节温度，同时也可以直接输送到洗碗机提供最后冲洗用水。
预热热水器/再加热热水器联合工作，不使用混合阀门就可以提供两种温度的热水。
一个热水器设定工作温度为140℉，供应常规用途的热水，同时为再加热热水器提供预热了的水源。
再加热热水器把140℉的热水加热到180℉，提供洗碗机的最后冲洗用水。
这种工作方式的好处是系统中储备的热水的温度不用象使用混合阀门那样是180℉。
i注意:
储备高于用水温度的热水会导致结垢速度加快、加快系统腐蚀、对接触热水的人员更有可能导致烫伤。
铜盘管燃气式热水器：
再加热系统不储备热水，直接根据热水用量把水即时加热到指定温度。
水只流经热水器一次。
热水器的恢复容量必须足够把需要体积的水加热到最大温升。
铜盘管式再加热系统只能用于稳定流量且温升为常数的场合。
再这种系统中使用没有贮罐的铜盘管式热水器比较理想。
再加热系统通常接受140℉的热水，然后把水温提高到180℉，用于洗碗机的最后冲洗用水。
对于用水时段间连续工作的传送带式的洗碗机，选择铜盘管式热水器用于再加热系统，是个不错的选择。
对于传送带式的洗碗机，最重要的是恢复容量而不是储备容量。
恢复容量必须维持水温不降低以满足需求。
Cer-Temp80系统利用热水器的恢复容量和储备容量联合工作，在用水内提供单一温度的热水。
贮罐在这里是指连接在铜盘管热水器上的辅助热水贮罐。
在引入Cer-Temp80系统这个概念之前，这套管路系统在同行业中也被称为“余热回收”。
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