别墅供暖及供生活热水系统设计

第３５卷　第１０期　２０１５年１０月　煤气与热力　ＧＡＳ＆ＨＥＡＴ　Ｖ０１｜３５　Ｎｏ．１０　０ｃｔ．２０１５　・建筑供暖・空调・通风・热环境・　别墅供暖及供生活热水系统设计　王万永，　赵美亚　（艾欧史密斯（中国）热水器有限公司，江苏南京２１００３８）　摘要：　根据客户要求，研究别墅供暖及供生活热水系统的设计原理，通过应用紧凑型三通，　保证二次泵系统运行平稳。分析系统的设计和特点。　关键词：　别墅供暖系统；　紧凑型三通；　供生活热水系统；　二次泵系统　中图分类号：ＴＵ８３２．１　文献标志码：Ｂ　文章编号：１０００—４４１６（２０１５）１０—０Ａ１８一Ｏ４　的锅炉，其热效率可高达１０６％，再辅以科学合理的　系统控制，节能效果十分明显。下面以实际的案例　阐述别墅供暖及供生活热水（以下简称供水）系统　设计原理。　２别墅概况及客户要求　别墅位于南京某郊区山脚下，地下１层，地上２　层，建筑面积４８０　ｍ　，６室４厅４卫，主卫有按摩冲　浪浴缸，５人居住，其中有老人和儿童。　客户要求冬季室温长期维持在２０　ｃＩ＝左右，无噪　声，不干燥，即开即有热水，操作简单，系统可靠智　能。通过与客户沟通，明确客户拟采用的装修风格　作者简介：王万永（１９６２一　），男　，江苏南京人，高级　工程师，专科，从事燃气壁挂炉（单元供暖）系统应用技术　研究及技术支持工作。　“　“和地面材质，确定整栋别墅采用地面辐射供暖系统，　分层联动控制，操作简单。生活热水采用环路循环　供应设计，自动控制生活热水出水温度。　１概述　３别墅供暖系统及供水系统的设计　３．１供暖系统的设计　别墅多建于郊区或偏远位置，环境良好，空气清　新。别墅一般为３层及以上建筑，卫生间个数多，往　别墅供暖系统设计采用一次、二次系统（二次　泵系统）方案，设置紧凑型三通进行系统分离，以保　证系统的运行平稳可靠。紧凑型三通就是将系统中　两个管道三通按照一定间距要求连接在一起。紧凑　型三通见图１（图中红色圈内为紧凑型三通），供暖　及供水系统设计原理见图２。　一往会有冲浪按摩浴缸，对家居环境温度及生活热水　有较高要求。　别墅系统的设计不同于普通住宅，更强调居住　的舒适性、美观性、节能性、智能性。对室内温度有　很高要求，温度适宜，无噪声，无吹风感，无干燥感，　生活热水即开即有。史密斯公司针对此类大户型用　户，推出了冷凝式锅炉＋热水水箱的形式来满足客　户要求。众所周知，冷凝式锅炉是目前热效率最高　次环路的作用是将冷凝式锅炉产生的热水通　过一次循环泵输送到二次环路中，二次环路的作用　是通过二次循环泵把一次环路提供的热水输送到不　收稿日期：２０１４—０３—３１；　修回日期：２０１５—０５—２０　・Ａ　１８－　王万永，等：别墅供暖及供生活热水系统设计　第３５卷第１０期　二次环路供水　ｑ２　．　二次环路回，　１４　、、’　次　环路　ｑｊ　供水　一一次　环路　回水　二次环路　一当，－叫２时，＿此处流体相对静止　／　．．．一　图１　紧凑型三通　．＿｛　图３　方式①环路流体运行示意图　图４方式②环路流体运行示意图　图２供暖及供水系统设计原理　同的末端。　无论二次环路所需流量如何变化，紧凑型三通　可确保一次环路循环流量始终保持稳定。冬季供暖　时，环境温度改变、供暖区域改变、间歇供暖等引起　末端流量需求发生变化，此种情况下，一次、二次环　路供需流量存在以下４种方式。　①当二次环路所需流量ｑ　＝一次环路供应　流量ｑ．时，在紧凑型三通处近似无流体通过，环路　流体运行示意图见图３。　②当二次环路所需流量ｑ：＞一次环路供应　流量ｑ　时，在紧凑型三通处有一部分二次环路回水　图５方式⑧环路流体运行示意图　动的流体只会在一次环路中循环，不影响二次环路　的流体相对静止；反之，一次循环泵停止工作时，二　次环路的流体循环工作也同样不影响一次环路的流　体相对静止，能有效防止热水被动迁移。　紧凑型三通的基本技术要求是：　与一次环路供水混合，作为二次环路供水，以满足二　次环路的水力平衡，此时，环路流体运行示意图见图　４。　①Ａ、８两个三通点需尽量靠近，要求Ａ、Ｂ两　③当二次环路所需流量ｑ　＜一次环路供应　点间距＜４倍管径（一次环路、二次环路管径不相同　时，取较大值），此时Ａ、Ｂ两点之间的压差为０　Ｐａ，　从而实现水力平衡自动调节、互不影响的效果。　流量ｑ　时，有一部分一次环路供水直接通过紧凑型　三通流入一次环路回水管，以满足一次环路的水力　平衡，环路流体运行示意图见图５。　②紧凑型三通安装要求做成耵形，建议紧凑　④当二次环路无热量需求时，一次循环泵驱　・型三通两边管长＞１０倍管径为佳，避免做成Ｈ形。　Ａ　１９・　第３５卷第１０期　煤气与热力　表１　各环路主管管径及每层支管管径设计　一　按照别墅房型不同和不同功能区需求的不同，　设计时各层单独设置分集水器，每层设置联动控制　÷　一：　器，分层独立控制。全部采用地面辐射供暖系统。　别墅采用紧凑型三通将一次、二次系统分离，达　到系统自动调节平衡，消除两侧水泵的相互干扰。　该系统可实现的功能如下。　§；　萎ｉ　；《　｛ｊ　ｔ　９５　２３　０　２５　负１层支管管径　１层支管管径　２层支管管径　二次环路主管管径　一１１５　１０５　３１５　３１５　２５　２４　３５　２５　２５　２５　３２　２５　①温度。　每层采用单独的分集水器和外置水泵，能　根据日常使用习惯分层独立控制和设置不同区域的　②③④⑤采用可编程室温控制器，可根据居住者的　卫生间设置毛巾架式散热器，可提高洗浴　次环路主管管径　②供暖系统闭式膨胀水箱计算　膨胀水箱容积按下式计算：　＝　使用习惯设置供暖系统工作时间及温度要求。　舒适度，烘干毛巾和衣物。　带流量显示的分集水器便于系统调试和各　每层设置独立的联动控制器，可根据室温　回路流量平衡，避免出现局部区域不热或过热现象。　需求智能运行，在所有楼层的房间超过设定温度一　定值或不需要供暖时，锅炉自动停止运行。　３．２供水系统的设计　式中　——膨胀水箱容积，Ｌ　ｐ　——加热前冷水的密度，ｋｇ／Ｉ１３　，取９９９．９６４　ｋｇ／ｍ　ｐ　——加热后热水的密度，ｋｇ／ｍ　，取９８５．６８８　ｋｇ／Ｉｌｌ　ｐ　——膨胀水箱气囊外最大允许水压（绝对　压力），ＭＰａ，取０．４　ＭＰａ　别墅共有４个卫生间，其中一个卫生间配备冲　浪按摩浴缸，瞬间需要大量的热水。采用环路供水，　热水出水等待时间小于３　８，出水温度波动范围小于　１℃。配备有效容积为２００　Ｌ的换热水箱，换热水　Ｐ　——膨胀水箱气囊外初始水压（绝对压　力），ＭＰａ，取０．２　ＭＰａ　—供暖系统容积，Ｌ，取５００　Ｌ　计算所得膨胀水箱体积为１５　Ｌ，考虑２０％的余　量，取膨胀水箱容积为１８～２４　Ｌ。　箱和末端用水点通过生活智能回水泵实现环路供　水。当回水管路上热水温度下降到设定值时，启动　回水泵，确保管路内热水温度波动在一定范围内，实　现即开即热的生活热水需求。　３．３设计选型及工作流程　③水泵及锅炉的选择　供暖及生活热水系统中，各循环泵运行时均选　取最大档。二次循环泵选用ＵＰＳ１５—６０型水泵，每　层独立设置，扬程为５　ＩＴＩ，流量为３．８　ｍ　／ｈ，功率为　９０　Ｗ；一次循环泵及热水循环泵选用ＵＰＳ２５—８０型　水泵，扬程为８　ｍ，流量为７．５　Ｉｌｌ。／ｈ，功率为１６５　Ｗ。　①管径计算　别墅总实铺加热管面积为３１５　ＩＴＩ　，按　计算时，管道内径小于４０　ｉｎｍ，流速建议取０．５　～１　ｍ／ｓ＿ｌ　Ｊ。每层实铺面积，各环路主管管径及每层支管管径计　算见表１（别墅热负荷指标统一取１３０　Ｗ／ｍ　，每层　支管流速取０．７　ｍ／ｓ，一次环路、二次环路主管流速　冷凝式锅炉的热功率为５５　ｋＷ，配备热水水箱容积　为２００　Ｌ，冷凝式锅炉的热效率为１０７％。　④一别墅供暖及供水工作流程　别墅供暖及供水工作流程见图６（图中泵１为　次循环泵，泵２为二次循环泵，泵３为热水循环　泵，泵４为水箱循环泵）。　取１　ｍ／ｓ，一次环路的设计供、回水温度为６０、４０　℃，二次环路的设计供回水温度为５５、４５℃，生活热　水设计供、回水温度为８０、６０℃）。换热水箱供水　管管径选用ＤＮ　２５　ｍｍ，可满足２个淋浴器同时使　用，水流量达到１５　Ｌ／ｍｉｎ。回水管管径为ＤＮ　１５　４供暖和供水系统特点　系统管路全部采用铜管，焊接连接，经久耐用。　管路安装完毕打压验收后全部进行保温处理，设备　房紧凑美观，见图７。系统特点如下。　ｍｍ。各环路主管管径及每层支管管径设计见表１。　・Ａ　２０・　王万永，等：别墅供暖及供生活热水系统设计　第３５卷第１０期　冷水（　………………一‘一层室温信号线　二层室温信号线ｌ　图６别墅供暖及供水工作流程　温控节能２０％以上。⑤生活热水通过智能回水泵　采用环路供水，即开即有热水。　参考文献：　［１］陆耀庆．《实用供热空调设计手册》［Ｍ］．２版．北　京：中国建筑工业出版社，２００８：３８３．　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｈｅａｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｄｏｍｅｓｔｉｃ　Ｈｏｔ　Ｗａｒｅ　Ｓｕｐｐｌｙ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ｆｏｒ　Ｖｉｌｌａ　ＷＡＮＧ　Ｗａｎｙｏｎｇ，ＺＨＡ０　Ｍｅｉｙａ　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ｈｅａｔｉｎｇ　ａｎｄ　图７设备房　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｈｏｔ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｓｙｓｔｅｍｓ　ｆｏｒ　ｖｉｌｌａ　ｉｓ　ｓｔｕｄｉｅｄ　①紧凑型三通的运用，实现系统自动调节平衡，　ａｃｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｃｕｓｔｏｍｅｒ　ｒｅｑｕｅｓｔ，ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓｔａｂｌｅ　ｏｐｅｒ—　消除一次、二次循环泵的相互干扰。②每层设置独　ａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｐｕｍｐ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｇｕａｒａｎｔｅｅｄ　ｂｙ　ｕ—　立的联动控制，可根据客户的需求智能化设置，节能　ｓｉｎｇ　ｃｏｍｐａｃｔ　ｔｅｅ．Ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ａｎｄ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ａｒｅ　ａｎａｌｙｚｅｄ．　高效。③采用联动控制器，避免锅炉频繁启动，延长　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：　ｖｉｌｌａ　ｈｅａｔｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ；ｃｏｍｐａｃｔ　ｔｅｅ；　锅炉使用寿命。④根据不同的功能区域配置室温温　ｄｏｍｅｓｔｉｃ　ｈｏｔ　ｗａｔｅｒ　ｓｕｐｐｌｙ　ｓｙｓｔｅｍ；ｓｅｃｏｎｄａｒｙ　ｐｕｍｐ　控器，灵活调节所需温度，比同等情况下不使用分室　ｓｙｓｔｅｍ　・Ａ　２１・