5.4 水的加热和贮存

5.4.2
    1 当自备热源采用燃油(气)等燃料的热水机组制备生活用热水时，从提高换热效率、减少热损失和简化换热设备角度考虑，无疑是以采用直接供应热水的加热方式为佳。但燃油(气)热水机组直接供应热水时，一般均配置调节贮热用的热水箱。加了贮热水箱的燃油(气)热水机组供应热水系统就有可能变得复杂了。一是热水箱要有合适的位置安放。二是当无法在屋顶设热水箱采用重力供水系统时，热水箱一般随燃油(气)热水机组一起放在地下室或底层，这样热水系统无法利用冷水系统的供水压力，需另设热水加压系统，冷水、热水不同压力源，难以保证系统中冷热水压力的平衡。因此，本条后半部分补充了“亦可采用间接供应热水的自带换热器的燃油(气)热水机组或外配容积式、半容积式水加热器的燃油(气)热水机组”的内容。
    间接供热的缺点是二次换热，增加了换热设备，增大了热损失，但对于无法设置屋顶热水箱的热水系统比较适用。它能利用冷水系统的供水压力，无须另设热水加压系统。有利于整个系统冷、热水压力的平衡。
    2 此款从环境保护、消烟除尘、安全保证等方面对燃油(气)热水机组提出的几点要求。有关燃油(气)热水机组的一些技术要求等详见工程建设协会标准《燃油、燃气热水机组生活热水供应设计规程》CECS 134:2002。
    3 此款是指选择间接水加热设备时应考虑的因素：
        1) 用水的均匀性、热媒的供应能力直接影响水加热设备的换热、贮热能力的选择计算。用水较均匀，热媒供应能力充足，一般可选用贮热容积较小的半容积式水加热器。反之，可选用导流型容积式水加热器等贮热容积较大的水加热设备。
        2) 给水硬度对水加热设备的选择也有较大影响。我国北方地区都以地下水为水源，水质硬度大，而用作生活热水的源水一般不经软化处理。因此，不宜采用板式换热器之类，板与板间隙太小，或其他换热管束之间间距小于等于10mm的快速水加热设备来制备生活热水。否则，阻力太大，且难于清垢。
        3) 当用水器具主要为淋浴器及冷热水混合水嘴时，则系统对冷热水压力的平衡要求高，选用水加热设备时须充分考虑这一因素。
        4) 设备所带温控、安全装置的灵敏度、可靠性是安全供水、安全使用设备的必要保证。国内曾发生过多次因温控阀质量不好出水温度过高而烫伤人的事故。尤其是在汽—水换热时，贮热容积小的快速水加热设备升温速度往往1min之内能上升20℃～30℃，没有高灵敏度、高可靠性的温控装置很难将这样的水加热设备用于热水供应系统中。
    半即热式水加热器，其换热部分实质上是一个快速换热器。但它与普通快速换热器之根本区别在于它有一套完整、灵敏、可靠的温度安全控制装置，可保证安全供水。目前市场上有些同类产品，恰恰是温控这套最关键的装置达不到半即热式水加热器温控装置之要求。因此，设计选用这种占地面积省、换热效果好的水加热设备时需注意如下三个使用条件：
    一是热媒供应能满足热水设计秒流量供热量之要求。
    二是有灵敏、可靠的温度压力控制装置，保证安全供水。应有验证的方法和保证的措施。
    三是被加热水侧的阻力损失不影响系统的冷热水压力平衡和稳定。
    4 本款为新增款项，在设计太阳能热水供应系统时，太阳能集热系统采用自然循环还是强制循环，是直接供水还是间接供水，应根据条文中所列条件进行技术经济比较，以确定合理可靠的热水供应系统。
    5 本款规定在电源供应充沛的地方可采用电热水器。此款是补充条款，体现我国近年来C0₂减排、清洁能源发展利用趋势。
5.4.2A 本条第1款第1)项强调设计布置太阳能集热器时应和建筑、结构等专业密切配合。
    本条第1款第3)、4)项和第2款第1)～3)项规定了太阳能热水供应系统的主要设计参数。太阳能热源具有低密度、不稳定、不可控制的特点，因此其供热量、贮热量及相应贮热设备、水加热器及循环泵等的设计计算均不能采用常规热源系统的设计参数。本条所提供的参数摘自国家标准《民用建筑太阳能热水系统应用技术规范》GB 50364—2005等技术文件。
    本条第4款系针对太阳能热源的特点提出其设计辅助热源时应考虑的因素。
5.4.v2B 本条第1款为设计水源热泵热水供应系统时的设计要素。
    本条第1款第1)项的规定适合于春、夏、秋季均有制冷空调宾馆等，生活热水由热泵散热端(空调冷却水)制备热水。热泵热效率COP值最高，节能效果显著。具体设计应与空调专业结合，特别在冬季供暖期的辅助热源设计，应供暖和热水供应综合考虑。
    本条第1款第2)项为水源总水量的计算，水源充足且允许利用是设计水源热泵热水系统的前提条件。其总水量与水源热泵机组的供热量、贮热设备贮热量、水源的温度及机组的性能系数(COP)值等密切相关。
    本条第1款第5)项指水源热泵制备的热水是直接供水，还是经水加热器换热间接供水，应按当地冷水水质硬度、冷热水系统压力平衡、热泵机组出水温度以及相应的性能系数COP值等条件综合考虑确定。
    本条第1款第6)项规定了水源热泵贮热水箱(罐)贮热水容积的计算。由于热泵机组一次投资费用高，适当增大贮热容积，可采用较小型的机组，既经济又可减轻对水源的供水、循环流量的要求。其比较合理的计算宜采用日耗热量减热泵日持续工作时间内的耗热量作为贮热水箱(罐)的贮热容积，如热泵利用谷电时段内制备热水，当这段时间用热水量接近于零时，则贮热容积等于日耗热量。当无法按此计算时，全日制集中热水供应系统的贮热水箱(罐)有效容积可按本规范式5.4.2B-2)计算。对于定时热水供应系统的贮热水箱(罐)有效容积，则应为定时供应水的时段全部热水用量。
    本条第2款第1)项规定了设计空气源热泵热水供应系统的主要原则。①适宜于冬暖夏热的地方应用；②炎热高温地区即最冷月平均气温大于等于10℃的地区，一般可不设辅助热源；最冷月平均气温位于10℃～0℃之间者宜设辅助热源；③空气源热泵的性能参数COP值受空气温度、湿度变化的影响大，因此无辅助热源者应按最不利条件即当地最冷月平均气温和冷水温度作为设计依据；有辅助热源者，则可按当地春分、秋分所在月的平均气温和冷水供水温度设计，以合理经济地选用热泵机组。本条第2款第4)项规定了空气源热泵贮热水箱(罐)容积的确定，参照水源热泵的贮热水箱(罐)容积的计算方法。
5.4.3 规定医院的热水供应系统的锅炉或加热器不得少于2台，当一台检修时，其余各台的总供应能力不得小于设计小时耗热量的50％。
    由于医院手术室、产房、器械洗涤等部门要求经常有热水供应，不能有意外的中断，否则将会影响正常的工作，而其他如盥洗、淋浴、门诊等部门的热水用水时间都比较集中，而且是有规律的，有的是早、中、晚；有的是在白天8h工作时间内。若只选用一台锅炉或加热器，当发生故障时，就无法供应热水，这对手术室、产房等有特殊要求的房间，就将影响工作的进行。如选用2台锅炉或加热器，当其中一台不能供应热水时，另一台仍能继续工作，保证个别有特殊要求的部门不致中断热水供应，故规定选择加热设备时应不得少于2台，主要考虑了互为备用的因素。
    对于小型医院(指50床以下)，由于热水量较小，设置的2台 锅炉或水加热器，根据其构造情况,每台的供热能力可按设计小时耗热量计算。
    医院建筑不得采用有滞水区的容积式水加热器，因为医院是各种致病细菌滋生繁殖最适宜的地方，带有滞水区的，容积式水加热器，其滞水区的水温一般在20℃～30℃之间，是细菌繁殖生长最适宜的环境，国外早已有从这种带滞水区的容积式水加热器中发现过军团菌等致人体生命危险病菌的报道。
5.4.4
    1 此款为选择局部加热设备的总原则。首先要因地制宜按太阳能、电能、燃气等热源来选择局部加热设备，另外还要结合建筑物的性质、使用对象、操作管理条件，安装位置、采用燃气与电加热时的安全装置等因素综合考虑。
    2 当局部水加热器供给多个用水器具同时使用时，宜带有贮热调节容积，以减少热源的瞬时负荷。尤其是电加热器，如果完全按即热即用没有一点贮热容积作用调节时，则供一个q＝0.15L/s的标准淋浴器当冷水温度为10℃时的电热水器其功率约为18kW，显然作为局部热水器供多个器具同时用，没有调贮容积是很不合适的。
    3 当以太阳能作热源时，为保证没有太阳的时候不断热水，应有辅助热源，而以用电热作辅助热源最为简便可行。
5.4.5 本条为强制性条文，特别强调采用燃气热水器和电热水器的安全问题。国内发生过多起燃气热水器漏气中毒致人身亡的事故，因此，选用这些局部加热设备时一定要按其产品标准，相关的安全技术通则，安装及验收规程等中的有关要求进行设计。
5.4.6 规定水加热器的加热面积的计算公式，该公式是计算水加热器的加热面积的通用公式。
    公式中C_r为热水供应系统的热损失系数，设计中可根据设备的功率和系统的大小及保温效果选择，一般取1.10～1.15。
    公式中 ，考虑由于水垢等因素影响传热系数K值的附加系数。从调查资料看，水加热器结垢现象比较严重，在无简单、行之有效的水处理方法的情况下，加热管束要避免水垢的产生是很困难的，结垢的多少取决于水质及运行情况。由于水垢的导热性能很差[水垢的导热系数为2.2kJ/(m²·℃·h)～9.3kJ/(m²·℃·h)]，因而加热器往往受水垢的影响导致加热器传热效率的降低。因此，在计算加热器的传热系数时应附加一个系数。
    加热器传热系数K值的附加系数 为0.6～0.8，是引用国外的资料。
5.4.7 本条规定热媒与被加热水的计算温度差的计算公式。
    1 容积式水加热器、导流型容积式水加热器、半容积式水加热器的计算温度差是采用算术平均温度差计算的。因在容积式水加热器里，水温是逐渐、均匀的升高，主要是靠对流传热，即加热盘管设置在加热器的底部，冷水自下部受热上升，对流循环使加热器内的水全部加热，同时在容积式加热器内有一定的调节容积，计算温度差粗略一点影响不大。
    2 快速式水加热器、半即热式水加热器的计算温度差是采用平均对数温度差的计算公式。因在快速式水加热器里，水主要是靠传导传热，水在加热器内是不停留的、无调节容积，因此，加热器的计算温差应精确些。
    3 对快速水加热器式(5.4.7-2)的说明：
    快速水加热器有逆流式和顺流式两种换热工况，前者比后者换热效果好，因此生活热水采用的快速水加热器或半即热式水加热器基本上均采用如图4所示的逆流式换热。
    式(5.4.7-2)中的△t_max(热媒与被加热水在水加热器一端的最大温度差)与△t_min(热媒与被加热水在水加热器另一端的最小温度差)如图4所示。

图4  快速换热器水加热工况示意

5.4.8 本条规定了热媒的计算温度。
    热媒的初温和终温是决定水加热器加热面积大小的主要因素之一，从热工理论上讲，饱和蒸汽温度随蒸汽压力不同而相应改变。
    当蒸汽压力(相对压力)小于等于70kPa时，蒸汽压力和蒸汽温度变化情况见表5。

表5  蒸汽压力和蒸汽温度变化表（蒸汽压力-相对压力<=70kPa时）

    当蒸汽压力大于70kPa时，蒸汽压力(相对压力)和蒸汽温度变化情况见表6。

表6   蒸汽压力和蒸汽温度变化表（蒸汽压力-相对压力>70kPa时）

从以上数据可知，当蒸汽压力小于70kPa时，其温度变化差值不大，而且在实际应用时，为了克服系统阻力将蒸汽送至用汽点并保证一定的压力，一般蒸汽压力都要保持在30kPa～40kPa，这时的温度为106.56℃和108.74℃，与100℃的差值仅为6℃～8℃，也就是说对加热器的影响不大。为了简化计算，故统一按100℃计算。
    当蒸汽压力大于70kPa时，蒸汽温度应按饱和蒸汽温度计算，因高压蒸汽热焓值高，若也取100℃为计算蒸汽温度，则计算加热面积偏大造成浪费。
    热媒初温与被加热水终温的温差值是决定加热器加热面积的主要因素。当温差减小时，加热面积就要增加，两者成反比例的关系。当热媒为热力网的热水，应按热力网供、回水的最低温度计算的规定，是考虑最不利的情况，如北京市的热力网的供水温度冬季为70℃～130℃；夏季为40℃～70℃。规定热媒初温与被加热水的终温的温差不得小于10℃是考虑了技术经济因素。本次局部修订对热媒初温、终温的计算作出了较具体的规定。条文中推荐的热媒为饱和蒸汽与热水时的热媒初温、终温的参数，均由经热工性能测定的产品所提供，可在设计计算中采用。
5.4.9 容积式水加热器、半容积式水加热器与加热水箱等水加热设备设置贮存调节容积之目的，就是为了保证系统达到设计小时流量与设计秒流量用水时均能平稳供给所需温度的热水，即系统的设计小时流量与设计秒流量是由热媒在这段时间内加热的热水量与贮热容器已贮存的热水量两者联合供给的。不同结构型式和加热工艺的水加热设备，其贮热容积部分贮热大致可以分下列两种情况：
    1 传统的U型管式容积式水加热器，由于设备本身构造要求，加热U型盘管离容器底有相当一段高度(如图5所示)。当冷水由下进、热水从上出时，U型盘管以下部分的水不能加热，存在20％～30％的冷水滞水区，即有效贮热容积为总容积的70％～80％。
带导流装置的U型管式容积式水加热器(如图6所示)，在U型管盘管外有一组导流装置，初始加热时，冷水进入加热器的导流筒内被加热成热水上升，继而迫使加热器上部的冷水返下形成自然循环，逐渐将加热器内的水加热。随着升温时间的延续，当加热器上部充满所需温度的热水时，自然循环即终止。此时，位于U型管下部的水虽然经循环已被加热，但达不到所需要的温度，按热量计算，容器的有效贮热容积为80％～90％。

图5  容积式加热器

图6  带导流装置的容积式水加热器

 2 半容积式水加热器实质上是一个经改进的快速式水加热器插入一个贮热容器内组成的设备。它与容积式水加热器构造上最大的区别就是：前者的加热与贮热两部分是完全分开的，而后者的加热与贮热连在一起。半容积式水加热器的工作过程是：水加热器加热好的水经连通管输送至贮热容器内，因而，贮热容器内贮存的全是所需温度的热水，计算水加热器容积时不需要考虑附加容积。
    有的容积式水加热器为了解决底部存在冷水滞水区的问题，设备自设了一套体外循环泵，如图7所示，定时循环以消除其冷水滞水区达到全部贮存所需温度的热水的目的。

图7  带外循环的容积式水加热

  浮动盘管为换热元件的水加热器的容积附加系数，可参照本条第1款的规定采用。
    一般立式浮动盘管型容积式水加热器，盘管靠底布置时，其计算容积可按附加5％～10％考虑。
5.4.10 规定了水加热器的贮热量。
    1 将“半即热式水加热器”的使用条件提到更为重要的位置，以杜绝和减少因此而发生的不安全事故。
    2 贮水器的容积，理应根据日热水用水量小时变化曲线设计计算确定。由于目前很难取得这种曲线，所以设计计算时应根据热源品种，热源充沛程度、水加热设备的加热能力，以及用水均匀性、管理情况等因素综合考虑确定。若热源的供给与水加热设备的产热量能完全满足热水管网设计秒流量的要求，而且水加热设备有一套可靠、灵活的安全温度压力控制装置，能确保供水的绝对安全，则无须设贮热容积。
    自动温度控制装置的可靠性与灵敏度是能否实现水加热设备不要贮热调节容积的关键附件。据国内外多种产品的实测，真正能达到此要求者甚少。因此，除个别已在国内外经长期使用考验的无贮热的水加热设备外，一般设计仍以考虑一定贮热容积为宜。
    3 本规范表5.4.10划分为以蒸汽和95℃以上的热水为热媒及以小于或等于95℃热水为热媒两种换热工况，分别计算贮热量。
        1)汽-水换热的效果要比水-水换热效果优越得多，相同换热面积的条件下，其换热量前者可为后者的3倍～9倍。当热媒水温度高时与汽-水换热差距小一点，当热媒水温度低时(如有的热网水夏天供70℃左右的水)，则与汽-水换热差距大于10倍。在这种热媒条件差的条件下，本规范表5.4.10中容积式水加热器、半容积式水加热器的贮热量值已为最低值。2)从传统型容积式水加热器的升温时间及国内导流型容积式水加热器、半容积式水加热器实测升温时间来看(见表7)，本规范表5.4.10中，“95℃”热水为热媒时贮热量数据并不算保守。

表7  水加热器升温时间

本条第3款为新增条款。针对非传统热源(太阳能、水源、空气源)热水供应系统的贮热容积计算方法，不能采用传统热源(蒸汽、高温水)热水供应系统的贮热容积计算方法。
5.4.14 该条对热水箱配件的设置作了规定。热水箱加盖板是防止受空气中的尘土、杂物污染，并避免热气四溢。泄水管是为了在清洗、检修时泄空，将通气管引至室外是避免热气溢在室内。
5.4.15 水加热设备、贮热设备贮存有一定温度的热水，水中溶解氧析出较多，当加热设备、贮热设备采用钢板制作时，氧腐蚀比较严重，易恶化水质和污染卫生器具。这种情况在我国以水质较软的地面水为水源的南方地区更为突出。因此，水加热设备和贮热设备宜根据水质条件采用耐腐蚀材料(如不锈钢、不锈钢复合板)制作或作内表面的衬涂处理。当水中氯离子含量较高时宜采用钢板衬铜，或采用316L不锈钢壳体。衬涂处理时应注意两点，一是衬涂材质应符合现行有关卫生标准的要求，二是衬涂工艺必须符合相关规定，保证衬涂牢固。
5.4.16 本条文第1款只限定容积式、导流型容积式、半容积式水加热器这三种贮热容积的水加热器的一侧应有净宽不小于0.7m的通道，前端应留有抽出加热盘管的位置。理由是无贮热容积的半即热式、快速式水加热器一般体型比前者小得多，其加热盘管不一定从前端抽出，可以从上从下两头抽出，也可以整体放倒或移出机房外检修(当然机房的布置还需考虑人行道及管道连接等的空间)。而容积式水加热器等带贮热容积的设备，体型一般均较高大，一般设备固定就很难整体移动，而水加热设备的核心部分加热盘管受水质、水温引起的结垢、腐蚀影响传热效果及制造加工不善出现问题是很难避免的，因此，在水加热器前端，即加热盘管装入水加热器的一侧必须留出能抽出加热盘管的距离，以供加热盘管清理水垢或检修之用。同时本款也提醒设计人员在选用这种带贮热容积的水加热设备时必须考察其加热盘管能否从侧面抽出来，是否具备清垢检修条件。
5.4.16A 本条对水源热泵机组的布置作出了规定，因机组体形大，需预留安装孔洞及运输通道，且应留有抽出蒸发器、冷凝器盘 管的空间。第2款针对空气源热泵需要良好的气流条件，且风机噪声大的特点，提出了机组的布置要求，机组一般布置在屋顶或室外。
5.4.17 本条对燃油(气)热水机组的布置作了一些原则规定。
5.4.19 本条对膨胀管的设置作了具体规定。
    1 设有高位冷水箱供水的热水系统设膨胀管时，不得将膨胀管返至高位冷水箱上空，目的是防止热水系统中的水体升温膨胀时，将膨胀的水量返至生活用冷水箱，引起该水箱内水体的热污染。解决的办法是将膨胀管引至其他非生活饮用水箱的上空。因一般多层、高层建筑大多有消防专用高位水箱，有的还有中水水箱等，这些非生活饮用水箱的上空都可接纳膨胀管的泄水。
    在开式热水供应系统中，为防止热水箱的水因受热膨胀而流失，规定热水箱溢流水位超出冷水补给水箱的水位高度应按膨胀量确定(见图8)，其高度h按式(5)计算：

 式中：h——热水箱溢流水位超出补给水箱水面的高度(m)；
         ——冷水箱补给水箱内水的平均密度(kg/m³)；
         ——热水箱内热水平均密度(kg/m³)；
          H——热水箱箱底距冷水补给水箱水面的高度(m)。

图8  热水箱与冷水补给水箱布置

 2 本次局部修订，将原规范中式(5.4.19-3)中的更正为 ，并取消该式，引用了式(5.4.19-1)。
5.4.20 膨胀管上严禁设置阀门是确保热水供应系统的安全措施。当开式热水供应系统有多台锅炉或水加热器时，为便于运行和维修亦应分别设置。
5.4.21
    1 将第“1”、“2”款中日用热水量由10m³改为30m³。日用热水量为10m³的集中热水供应系统为设计小时热水量只有1.0m³/h～1.5m³/h的小系统，其系统的膨胀水量亦少，以此作为是否设膨胀罐的标准，要求过高。因此将日用热水量10m³提高到30m³。
    2 原式(5.4.21)中的P₂＝1.05P₁，是依据“压力容器”有关规定确定的。但在本规范试行三年多来，不少工程反映，按此计算，膨胀罐偏大，为此将其修正为P₂＝1.10P₁。经此修正，膨胀罐的容积将近减半。但在选用水加热、贮热容器时，应满足其工作压力(P₁-0.1)×1.1＜1.05P₃(P₃为容器的设计工作压力，1.05系数是压力容器安全阀泄压为设计工作压力1.05倍)的要求。例：选用水加热器的设计工作压力(相对压力)P₃＝0.6MPa，则系统的工作压力(相对压力)应为：(P₁－0.1)＝(1.05/1.1)×0.6＝0.573MPa，故绝对压力P₁≤0.673MPa。
5.4.21A 据国外资料介绍，在阳光强烈的夏天，集热器及连接管道内的水温可能达到100℃～200℃，因此集热器、贮热水箱(罐)及相应管道、管件、阀门等均应采取防过热措施，一般采用遮阳、散热冷却和排泄高温水。选用相应的耐热材质，闭式系统则要设膨胀罐、安全阀等泄压、泄水的安全设施。有冰冻可能的系统应采用加防冻液或热循环等措施，保证系统安全使用。