高效能商用热水系统设计技术指导第一章 商用热水系统介绍 设计参数热水器，是一种为居住或者商业用途供应（非采暖用）热水的设备注：通常认为使用采暖锅炉供应家庭热水，效率比较低，会造成浪费特别是夏季月份使用采暖锅炉，设备效率低，而且设备过大，超过需求储备期热能的损耗、较低的使用率都会导致相对一定热水用量下的系统运行费用增高热水供应和采暖不应该合并到一个系统中然而，热水器有的时候也被称作锅炉，有的设备标签上面也标成锅炉这是因为当热水器贮水罐的容积和（或）输入功率超过某一标准后，某些规范数据就要求符合ASME（美国机械工程师协会）的规定一般是指热水容量超过120加仑和输入热量大于200000英热单位（58.6千瓦）的热水器要注意，在某些地方管理部门认为还应包括容量等于120加仑以及输入热量等于200000英热单位的设备如果设计人员没有重视考虑这个问题，对于“锅炉”的设计要求可能会导致系统造价升高甚至否定原来的系统通常的一个避免增加热水器造价的方法就是在一个系统中组合多个“小”的热水器来代替一个大的设备热水器和水加热系统这两个术语在本技术指导中是可以互相替换的水加热系统可以由一个或者多个热水器组成，这些热水器可以单独安装在用水点或者集中设置以形成中央热水系统。
某些系统由热水器（容积式或者非容积式）、热水贮罐、循环泵、相应的管路和控制系统组成本技术指导的主要目的是通过适当的计算，推荐设备、选择系统，以设计高效能商用热水系统一个设计合理的商用或者工业热水加热系统是社会健康安乐的基础如果在用水时没有足量的合适温度的热水供应，有的时候会误事、危害健康或者带来不舒适的感觉因此，设计合理的热水加热系统的关键是确定热水需求的水量、水温和用水时间同时还要考虑安装设备的空间为了设计热水系统需要首先了解水的一些特性什么是热水热水，就是吸收了热能的水，吸收的热能越多，水温越高下图中的温度计给出了热水系统设计中采用的典型的设计温度实际应用中，设计人员可以通过咨询用户或者用户代表来确定不同用途的热水温度设计人员还需要知道最低的冷水的进水温度，用来确定温升热水计算最低冷水进水温度一年内的经验值是确定系统最大温升的基础供水部门可以提供这些数据地表水源，例如湖泊、河流，一般依季节变换而变动一年中，水温维持一个相对的常数对于进水温度变化的热水系统，只有在温升计算过程中使用最低冷水温度进行计算才会在遇到水温最低的情况下提供足够的热水供应其他需要设计人员确定和计算的参数还有供水压力、水的硬度和泥沙含量等。
这些数据一般都可以从供水部门取得过高的供水压力（超过热水器的工作压力），应该通过减压阀使其设置在大约50磅/平方英寸（表压）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、洗衣机制造商以及商用热水手册CH-8100中查得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l 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l 用水时段间隔了一个8小时和一个12小时的恢复时段l 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l 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l 较长和较短用水时段的划分，大约以3～4小时为界l 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l 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l 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l 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l 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-15489154000489373299249213187166149136124115107 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%）型号输入功率英热单位/小时使用丙烷或者天然气单位相对温升下的恢复容量30℉40℉50℉60℉70℉80℉90℉100℉110℉120℉130℉140℉HW-120M120000加仑/小时36427321818215613612110999918478加仑/分钟6.14.53.63.02.62.32.01.81.71.51.41.3 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）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℉1.0341313.610.38.16.85.85.14.54.13.73.53.33.0 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l 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ConservationistbBTC-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l 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。