高层建筑热水供应

第三章高层建筑热水供应

3•1热水供应系统

高层建筑热水供应系统就其供应的范围，可分为局部热7K供应和集中热水供应

两大类。

一局部热水供应系统

局部热水供应系统，通常是在建筑物内部用水点附近设置单独的热水器，供应

局部房间或设备使用。

局部热水供应系统的主要特点是：

（1）加热设备分散布置，在用水点或用水点附近就地加热，热水管道短或无热

水管道，热损失小，也称作无管道系统。

（2）加热设备由使用者自己控制，使用灵活，容易得到所需要温度的热水。

（3）加热器的热媒，通常是煤气或电力，设备紧凑，体积小。

（4）当加热器设置数量多时，造价较高，维修管理困难，且应有可靠的安全措

施。

局部热水供应系统，适用于公共建筑内用水量小，用水点分散或对热水水温有

特殊要求的局部地点，以及无集中热水供应系统，但有足够的煤气或电力供应的建

筑物。如公共卫生间的单个淋浴器，洗手盆，小型咖啡厅和巳台的准备间等，以及

公岗，住宅的厨房和浴室，办公楼的饮水处等。

二集中热水供应系统

一般集中热水供应系统的加热器设备相对集中，用管道向分散的较多的用水点

供应热水。

集中执水供应系统的主要特占是.

（;）加热设备相对集中，设至较大，集中管理可以使用较便宜的燃料，热效率

较高。

（2）采用管道向用水点供应热水，取用方便。

（3）设备复杂，规模大，机房需要较大的房间而积，初期投资高。

（4）集中热水供应系统，可以供应较大范围内的用水。适合用水量大或用水点

多的建筑。如旅馆，医院，公寓和住宅等

集中热供应系统,按其循环方式可分为无循环管道的直流水系统.和有循环管

道的循环热水供应系统。

1直流热水供应系统

在无循环管道的直流热水供应系统中，配水时先流出冷Z3之后一段时间才流

出热水。管道越长，管径越大，流出的冷水越多。造成大量冷水的浪费，使用也会

感到极大的不便。对于管道短或经常使用热水的集中浴室，营业性的大型厨房，洗

衣房等，为了节约管道可采用直流热水供应系统。

2循环热水供应系统

循环热水供应系统是在供水管网的末端设循环管道（或叫回水管）接至加热器

的进水口，使热水管道自身构成环形，并保证管道内有一定的循环流量，使管道散

失的热量得到不断的补充，保持设计供水温度。

3•2热水系统的供水方式

热水供应系统是给水系统之一。高层建筑热水供应系统的供水方式，供水的分

区要求，应与冷水系统一致。各区的加热器，贮水器的进水均应由同区给水系统供

给，以保证两个系统的各用水点的供水压力相平衡。因此，两个系统竖向分区的原

则，分区方法和分区要求也是相同的。

热水供应系统与冷水系统的不同之处，在于热水系统不仅要供给用水点足够的

水量、水压，而且还要满足用水所需要的水温，使用者希望在配水龙头处随时可得

到适当温度的热水供应。

一加热器的设置位置

集中热水供应系统的加热器，可集中设置或分区设置。分区设置时，可以设置

在该分区的下一区内，也可以设在该分区的上一区。

1各分区的加热器集中设置

各分区的加热器集中设置时，一般集中设置在地卜.室或底层的辅助建筑内。热

媒供应比较集中，维护管理方便，噪声影响小。但高区的加热器承受的水压高，供

水和回水的管道长（图3.2—1）。

2加热器分区设置

如建筑物高度大，分区多，为避免加热器负担过高的压刀，可将加热器和循环

泵等设备相对集中的分设在该区或该区附近的设备层或设备间内。这种设置方式可

以节约管材，减少管道阻力损失和热损失。但设备较分散，热媒供应分散，热媒管

道长，防噪声措施要求高，管理不便，并增加楼板荷重（图3.2-2）o

图3•2-1加热器集中设置图3-2-2加热器分区设置

二热水供应系统的循环方式

热水管网按循环动力可分为自然循环和机械循环（强制循环）

1自然循环热水供应

自然循环，是利用供水和配水立管中水的平均容重差造成的循环作用水头，推

动水在管网内循环流动。在高层建筑中，一般不采用自然循环热水系统，在机械循

环系统设计中，也不考虑自然循环水头的作用。因此本章中乜不作关于自然循环供

水系统的更多介绍。

2机械循环热水供应

机械循环或强制循环热水供应系统是利用循环泵加压克服管网阻力,强制形成

系统内热水的循环。强制循环的一般分类又包括全日循环和定时循环。定时循环即

是定时供应热水，如定时开放的浴室，或会议件招待所等只在某一定时间内供应热

水的循环系统。定时循环系统•般是在热水供应之前开动循环泵，使管道内积存的

冷水加热到设计供水温度。定时循环随然减少了循环泵的工作时间，但循环泵的设

计流量大，两者相比，也未能显示出节能的优越性。

三热水管网按水平配水干管的敷设位置和配水立管中水流方向，可布置成上

行下给式管网（图3.2—3）,下行上给式管网（图3.2—4）。

图3.2—3上行下给式管网图3.2—4下行上给式管网

3.3热水用水量水温和水质

一热水用水量

建筑物的热水用水量，包括生活热水量和辅助系统热水月量（如洗衣房等）。

生活热水用水量取决于建筑物性质，卫生器具设置情况，供人温度和使用时间，以

热水用水定额和计算单位数乘积得到。辅助系统热水用水量计算，要根据各系统的

情况和要求进行计算，另见有关章节。

集中热水供应系统生活熬水用水量按下式计算：

Qd=mqr（3.3—1）

mqr

或Qh=Kh----------（3.3—2）

T

式中Qd—R热水用水量（L/d）：

Qh—最大小时热水用水量（L/h）；

m一用水计算单位数（人或床）：

qr一热水用水量定额，见表3.3—1；

Kh一小时变化系数，见表3.3—2：

T一热水使用时间（h）。

一些规模较小的热水供应工程，在卫生器具的种类和数昼均可确定的情况下，

也可以按卫生器具的一次和一小时热水用水量进行计算。卫生器具的一次和一小时

热水用水量和水温,按表？.？一？确定。

Qd=ZnqcN(3.3—3)

Qh=Lnqh(3­3—4)

式中qc一卫生器具一次然水用水量（L）：

qh一卫生器具一小时热水用水量（L/h）；

n一同类卫生器具的数量；

N一同类卫生器具在一天内使用的次数（1/d）。

热水用水量定额表3.3—1

（见打印搞插页表格）

Kh值表表3.3—2

i居住人数i热水时变化系数Kh""1

1

1।____________1

i住宅i旅馆i医院i

1或床位数

1111

11111

|100|5.12||3.54|

1_________1II____________I

11111

|150|4.49|6.8411

1_________II1____________1

11111

|200|4.13||2.93|

1_________1II____________I

11111

|250|3.88|11

1_________1I1____________1

11111

|300|3.70|5.61|2.60|

I_________III

11111

|450||4.9711

I_________1I1____________1

11111

|500|3.28||2.23|

1_________1I1____________I

11111

|600||4.5811

1_________1I1____________1

11111

|900||4.1911

I_________II1____________1

11111

|1000|2.86|11.95|

1_________II1____________I

11111

|3000|2.48|11

I_________II1____________1

11111

|6000|2.34|11

1।।11

卫生器具一次和一小时热水用水定额及水温表3.3—3

序ii一小时i水温

11-次

।建筑物名称।卫生器具名称।用水量।用水量।

号।11(L)1(L)|CC)

1111I

1i住宅,11

公寓1带淋浴器的浴盆150|300|40

旅馆1不带淋浴器的浴盆|120125040

1淋浴器|70-100|140—200|37—40

1洗脸盆，盥洗龙头|3|30|30

1洗涤盆|8—10|180|60

1净身盆10―15|120—180|30

1家用洗衣机40-60150—36030—60

2|集体宿舍1淋浴器有小隔间I70-100|210-300|37—40

11无小隔间1|450—540|37—40

11洗脸盆，盥洗龙头|3—5|50—80|30

11家用洗心（机140—601240—600130—60

洗

涤盆

3餐厅，厨房|250|60

浴器

淋40|400|37—40

脸盆

洗工作人员用3160|30

洗顾客用3|120|30

机

碗

1190--570160—80

4|幼儿园1浴盆幼儿园I100400|35

1托儿所1托儿所|30|120|35

11淋浴器幼儿园|30|180|35

11托儿所I15I90)35

11洗脸盆，盥洗龙头|15|25|30

11洗涤盆1|180|60

11家用洗衣机I40―60240—36030—60

洗

手盆

5医院

15—2535

盆

疗养

涤

院

洗|300|60

盆

浴带淋浴器I125-150|250—300|40

净不带淋浴器|150|300|40

身盆

10—15I30—45130

6|公共浴室浴盆12525040

淋浴器有小隔间100—150200—30037—40

无小隔间450—54037—4

洗脸盆550—8035

7理发室洗脸盆10—2560-10035

8实验室洗涤盆6060

洗脸盆15—2515—2530

9剧场淋浴器60200—40037—40

（演员用）洗脸盆5X0

I0|体育场淋浴器3030035

洗脸盆33035

注:卫生器具一次热水用水量中“一次”的概念是指一次用水过程，不是阀门或龙头的一次开

关。

二热水的水质

生活用热水的水质除应满足生.活饮用水水质标准外，还应考虑冷水的硬度是否

需要对冷水进行软化处理。最适合热水供应系统的暂时硬度为2〜3亳克当量/升

（5.6〜8.4德国度）。暂时硬度过高的水会加快管道和设备的腐蚀速度，用来

洗澡也会使人感到不舒服。当水的暂时硬度为8.4〜11.2°H（德国度）时，

水垢仅在加热器中产生，而不会在管道中结垢，当暂时硬度达到11.2~14°

H时，热水管网中也会结垢。暂硬超过15°H的水在加热前应进行软化处理。但

据北京地区调查资料，一些合资工程有软化处理设备，而相V多的高级公共建筑，

未进行加热前的软化处理，或工程虽设计了软化处理装置，因经常费用过高而搁置

不用。

表3.3—4

11I11

水质分类1很软水1软水口硬水1硬水1很硬

水

11111

111111

总1德国度（°H）|。〜4|4〜8|8〜16|16-30|)3

0

1以Ca0计11111

硒11111

映1____________________111I1

1美国度（mg/L）11111

度|以CaC03计|0〜71|71-143|143〜286|286〜535|〉5

35

]11111

111

管道和设备结垢情况1管道设备都不结垢1结垢1严重结垢

111

因此，对于集中热水供应系统，在加热前是否需要进行软化处理，应根据水和

使用水温的要求等因素经技术经济比较确定。

三水温

集中热水供应系统的加热设备出口的最低温度，应保证热水送到管网最不利配

水点的水温不低于使用要求，洗涤盆的配水温度应不低于6（TC,以满足洗涤油污

的要求，浴盆的配水温度应不低于504Co因此，加热器出口水温应不低于70-

60C,对于局部热水供应系统加热设备出口热水的温度，满足使用要求即可。

为防止发生烫伤事故，减少加热设备和管道的热损失，防止结垢和腐蚀等，加

热设备出水温度也不宜过高，一般均按65〜70C设计。当冷水在加热前已经软

化处理或原水质的硬度较低时（见表3.3—4）,可采用较高的供水温度，但最

高不应超过75aC.

加热设备出口与配水点水温的温差不应大于15

热水系统供水温度表3.3-5

配水点最低水温C|455060

加热器出口水温C|55-6060-6570~75

[

3.4水的加热和贮存

—水的加热方式

水加热的方式有直接加热和间接加热两种。

1直接加热

直接加热是使用燃料•，电力，太阳能或蒸汽等产生的热曼宜.接将冷水加热，热

媒被消耗掉。例如锅炉热水，蒸汽与冷水混合热水等。直接加热的热效率高，节省

能源。但蒸汽与冷水混合的加热方式，无论从热水水质还是加热时产生噪音等方面

考虑，都是不卫生的。电加急的卫生条件好，但设备投资较高。因此直接加热方式

多用于局部热水供应系统，如厨房和洗衣房用水的再加热系统。

2间接加热

间接加热是指通过热媒对水进行第二次的热交换。热媒通常是蒸汽或热水，经

热交换后热媒介质仍可回收，只是消耗了热量。间接加热的热效率较低。

二热水的耗热量计算

热水靠热量计盲的目的是以此计算热交换器的交换能力、贮热器的容积和热媒

耗量。设计小时耗热量按下式计算：

W=Qh（tr-tl）C（3.4—1）

mqr

或W=Kh------(tr—t1)C(3.4—2)

T

式中W—设计小时耗热量：（kJ/h）：

tr—热水温度（C）；

t1一冷拴温度（C）,以当地最冷月平均水温确定，在无水温资料时,

可参照表3.4—1确定；

C—水比热，C=4.I9kJ/（kg•℃）o

冷水计算温度（℃）表3•4—1

分区1地区1地面入温度1地下水温度

111

1黑龙江,吉林.内蒙古全部.辽宁的大11

1部分，河北、山西和陕西的偏北部分，I4|6--10

1宁夏偏东部分I1

1।।11।

二1北京、天津、山东、河北、山西和陕西11

1的大部分，河南北部，甘肃、宁夏和辽11

1宁的南部，青海偏东和江苏偏北的一小I4110〜15

1部分11

I|1

111

三1上海，浙江的全部，江西、安徽、江苏I1

1的大部分，福建北部，湖南、湖北的东15115〜20

1部，河南南部11

111

四1广东、台湾的全部，广西的大部分，福110〜15|

1建和云南的南部1120

111

I

五1贵州的全部，四川，云南的大部分，湖11

1南、湖北的西部，陕西和甘肃在秦岭以1115〜20

1南的地区，广西偏北的一小部分11

111

三热水贮存量

当系蔡的小时供热量与耗热量之间不平衡时.，为了满足系统高峰耗热的需求，

就需要贮存一定的热（水）量，用以进行调节。贮热（水）量应根据日热水用水

量小时变化曲线及锅炉，水加热器的工作制度经计算确定。在无热水用水量曲线

燃料时，一般采用经验数据，对于民用建筑物贮热量不应小二45分钟的设计小时

耗热量。

容积式加热器具有加热和贮热的双重功能。快速热交换器没有贮存容积，加热

能力按设计负荷计算，适用于用水均匀且集中使用的情况。当快速热交换器用于不

均匀用水时，需增设贮水器。半即热式热交换器，以卫生器具数选择加热器能力，

实际上是按设计负荷确定供然能力的。

热水系统的最小贮热量以容积形式表示，每计算单位的贮热水容积为：

45XqrKh

Vm=1.2------------

60X24

=0.0375qrKh(3.4—3)

旅馆，饭店：一般Kh=4〜6

Vm=(0.15—0.225)qr

住宅，公寓：一般Kh=3〜4

Vm=(0.11—0,15)qr

医院病房一般Kh=2〜3.5

Vm=(0.08〜0.13)qr

式中Vm—每计算单位（人或床）的贮热水量（L）：

qr一热水用水量定额（L）,见表3.3—1；

Kh一热水的小时变化系数。详见表3.3—2,当不要求精确计算时，可

按上述给定参数选用。

根据公式（3.4—3）计算结果如表3.4-2.

各类建筑贮热水量估算表3.4—2

序用水量及贮水量标准（L）

1建筑物名称1用水特征或标准1-------------

号111计算单位热火用量1贮热水量

11

1111I

11高级住宅11每人每天80-12019-18

111।I

2I公寓1普通1每人每天100-130|12-20

150-20017-30

旅馆

饭店

3低档

档

中

档

高

华

豪

4|医院1公共盥洗室1每病床每天30-60|3-8

1疗养院1公共盥洗和浴室160-120|5-16

11病房专用卫生间150-200|12-27

1111

11

普

通

5|办公楼1每人每班10-15|3・5—5.5

级

高

1115-30；）5-11

四热媒消耗量计算

1直接加热时的蒸汽消耗量按下式计算：

W

Gm=(1.1~1.2)---------------(3.4—4)

im-ir

或

W

Gm=(1.1-1.2)---------------(3.4—5)

im—C-tr

式中Gm一蒸汽耗量（kg/h）；

W—设计小时耗热量（kJ/h）按公式（3.4—1）,（3.4—2）

计算；

im一蒸汽的热焰（kJ/kg）见表3-4—3；

ir—混合后热水的热焰（KJ/Kg）；

ir=C•tr

tr—热水温度（C）。

饱和水蒸汽性质^3.4—3

绝对压力I饱和水蒸I热焰（kJ/Kg）I汽化热

-------------------------1-----------------------1汽温度I---------------1--------------1

kPaIkgf/cm2ICO|液相in|汽相im|kJ/kg

1.00X102|1.033|100.0|4192679|2260

1.96X11)2|2.01119.6|5022707|2205

2.94X1112|3.01132.9|5592726|2167

3.92X102|4.01142.9|6012738|2137

4.90X1112|5.01151.1|6372749|2112

5.88X102|6.01158.1|6672757|2090

6.86X102|7.01164.2|6942767|2073

7.84X102|8.01169.6|7182773|2055

8.82X102|9.01174.5|7392777|2308

2间接加热时的蒸汽耗量

W

Gm=(1.1—1.2)---------------(3.4—6)

im—in

或

W

Gm=(I.17.2)------(3.4—7)

a

式中in一蒸汽冷凝水的然焰(kJ/kg)：

悌仁轼钠第d耄剩耄纾£

3间接加热时热媒热水的耗量

W

Qm=(1.1〜1.2)----------------X10-3(3.4—8)

C(tmc—tmz)

式中Qm一用热水作热媒时的耗量(m3/h)；

tmc—热媒供水水温(℃),tmc2tr+l0C：

tmz一热媒回水水温(℃)。

4燃煤，燃油，煤气和电力直接加热时的耗量

W

Gm=---------(3.4—9)

H・E

式中W—设计小时耗热量(kJ/h)：

Gm一燃料耗量(kg/h,m3/h,kW)；

H一燃料发热量，见表3.4—4：

E—加热器效率。

几种燃料的发热量表3.4-4

燃料种类11单位1燃料发热量11加热器效率

11H1E(%)

111

11

煤kJ/kg|16100~26000|35〜65

重油kJ/k5070

g二

城市

煤气kJ/m316575

二

天然

气KJ/m335OO~466575

电力kJ/kWh35599597

3•5常用加热设备

-容枳式加热器

1加热面积计兑

W

F=(1.1~1.2)(3.5—1)

宸K-△t

式中F一表面式水加热器的加热面积（m2）：

W—制备热水所需的热量（kJ/h）；

K一传热系数（kJ/（h•m2・，C））,见表3.5—1：

濠。蛰浮⑻减扔跋商鹊男拼翼话悴梢茫.8-0.6：

△t一热媒与被加热水的计算温度差（C）,按F式计算。

tmc+tmztc+tz

△t--------------------------------------------（3.5—2）

22

式中tmc,tmz一热媒的初温和终温（℃）,

当热媒为蒸汽时，按饱和蒸汽温度计算：按蒸汽压刀低于70KPa时,

按100C计算。当热媒为高温水时，按供、回水的最低温度计算，但热媒的初

温与被加热水的终温的温度差不得小于10*Co

tc.tz一被加热水的初温和终温（°C）,

容积式加热器盆管的传热系数K值表3.5-I

1传热系数K(kJ/(h•m2•℃))

热媒种类i

1钢盘管铜盘管

1

1

高温水（80--115V)|1172-12561382-1465

1

11

蒸汽压力|<70|2303~25122722-2931

1________1

kPa|>70|2512-27222931〜3140

11

注：容积式加热器不宜采用压力低于70kPa的蒸汽进行加热。

2贮水容积

容积式加热器的进水（冷水）一般从下部进入，在容器的底部可能产生滞流，

在全部容积内产生分层现象。因此，在计算容积时应附加20%〜25%。在前面

计算贮热容积时已经知道民用建筑物的贮热（水）容积V为。.75Qh,考虑附

加容积后则为V=（1.2〜1.25）X0.75Qh,在不需要精确计算时取

V^Qho

3水头损失

在容积式水加热器的壳程中，水的流程很短，流速很低，水头损失很小，•般

为0.005〜0.02米水柱，常常忽略不计。

二快速加热器

1加热面积

快速加热器盘管的加热面积按公式（3.5—1）计算，式中的K值按表

3•5—2选用，热媒和被加热水的温度差按公式（3.5-3）计算。

△tmax—△tmin

△t=------------------------------------------（3•5—3）

△tmax

1n----------------------

△tmin

式中△t一热媒与被加热水的计算温度差（℃）；

△tmax一热媒与被加热水在一端的最大温度差CC）：

△tmin一热媒与被加热水在另一端的最小温度差（°C）。

2热媒与被加热水的计算温差

水一水快速加热器，有水一水顺流交换和水一水逆流交换。其^tmax和

△tmin见图3・5—I,图3・5—2。对于汽一水快速加热器，只按利用

汽化热考虑，热媒温度不变，其^tmax利^tmin见图3•5—3°

图3.5—1水-水顺流交换图3.5—2水-水逆流交换

图3-5—3汽-水交换

快速加热器的传热系数表3.5—2

（见打印搞）

3水头损失计算

快速加热器的管程水流阻力为沿程阻力和局部阻力之和，接下式计算:

敕L悖解2

h=（------+E容-一扮亦o6.5——4)

d2g

式中h一快速加热器管程水头损失（mmH20）；

第忧爻套枇。竟r

钢管：0・03

钢管：0・02

L一被加热水流程总长度（m）：

d一传热管计留管杼（m）：

瞟^植孔枇。凳山迫祁=（n-l）X1.5+1

n—加热器行程数：

悌岁患尤人谄骄露仁韧娜契兀。塞纾恚常»

v一被加热水在管内的流速（m/s）一般采用1〜3：

g一重力加速度常数。

三煤气加热器

煤气加热器有快速（直流）式和容积式两种。快速煤气加热器一般安装在用

水点附近，就地加热，可随时点燃煤气立即取得热水。快速式煤气热水器有多种形

式的定型产品销售，适用于局部供热。容积式煤气热水器具有一定的贮水容积，可

供若干配水点用水。使用前要预先加热，一般贮热量按最大一次用热水计算。

选用煤气热水器的主要参数是产水量和加热时间。耗气邑可按（？•4—9）

式和表3・4—4计算。

选用煤气热水器时应注意加热器的燃气种类和有关使用说明。安装地点要注意

通风和防止煤气中毒。

四电加热器

电加热器也有快速式和容积式两种。快速式无贮水容积或贮水容积很小，不需

在使用前预先加热，可随时获得一定温度的热水。快速式电热水器使用方便，热损

失小，容易调节出水温度，体积小安装方便，但耗电功率较大。容积式电热水器具

备一定的贮水容枳，在使用前要预先加热，贮水温度高，热损失大，但要求功率较

小。电热水器无环境污染，卫生条件好。

快速式电热水器的耗电功率可按下式计算：

3600q（tr-tl）

N=（1・1〜1・2）----------------（3・5—5）

864g