對住宅生活熱水系統中有關問題的探討

王持恒，柳綠

（機械工業第三設計研究院，重慶 400039)

1 生活熱水系統熱水器的選用

目前市場上常見的熱水器主要有電熱水器，燃氣式熱水器以及太陽能熱水器三類[1]，各類熱水器特點各異，適用于各種家庭，酒店及公共建筑中使用。

太陽能熱水器能量源是太陽光，通過陽光直射真空管加熱從而轉化為熱能，再通過熱媒傳導提供熱水。太陽能熱水器多采用平板型集熱器。它是一種節能、環保、無污染、無噪音型熱水器。目前，太陽能熱水器主要用于淋浴，多被我國南方各地普通家庭采用。此類使用條件要求溫度不高，熱水產量無需太過穩定。所以家用太陽能熱水器是我國太陽能利用的一種主要形式，國內外對太陽能熱水器的研究廣泛而深入[2-4]。但是家用太陽能熱水器在使用時，必須將管內未加熱的冷水放完后才會出熱水，放掉的水量隨樓層的不同而不同，樓層越高，支管越長，越浪費水，雖節約了電能和燃氣，卻浪費了水資源；而且熱水的水溫也比較不穩定，熱水水溫先是逐漸變熱，然后如果用水量過大，隨著貯藏熱水的消耗，水溫會降低，將熱水耗盡，而太陽能熱水器無即時加熱的特點，故對熱水用水量特別敏感。

受天氣影響比較大是太陽能熱水器另一個致命的缺點，晴天時太陽能輻射量大，加熱效果明顯，而陰天時加熱效果不佳甚至無法使用，因天氣不受人為控制，故太陽能熱水器加熱水量不穩定。重慶市地處四川盆地東南，由于多霧素有霧都之稱，是亞熱帶季風性濕潤氣候，一年中陰雨天較多，日照較少。據氣象部門報告，重慶年平均氣候18℃左右，年平均日照時數1000～1400h，年輻射總量3344～4180MJ/m2[5]。 從資料中可以得出，重慶一年中僅有一半的晴好天氣能加以利用。故太陽能熱水器非重慶地區用戶首選。

電熱水器也是一款比較常用的熱水器，通過電力傳輸使置于其中的發熱管產生熱量，用于將冷水加熱。屬于完全無污染，環保型的熱水器。但它的加熱速度較慢，用戶一般要預先加熱30min以上，才能達到日常使用溫度。并且電熱水器功率較大，在工作時線路發熱嚴重，造成熱量的浪費，增加能耗，在用戶實際使用時，往往實際用電量會超出說明書中所標明的用電量；而且當停水的時侯，之前加熱好的熱水儲存在熱水器中也無法使用；同時，因為電熱水器加熱較慢，一般也無法達到及時加熱，僅靠儲水供給用戶使用。

燃氣熱水器優點很多，具有其他熱水器所不具備的方便、即時加熱的優點，且水量大、出熱水快、熱效率高、水溫可調節，并且出水穩定、體積小、可連續使用、用戶安裝方便。其缺點主要為系統的效率較低，并且當燃燒不充分時，會有CO等有害氣體出現，危及到用戶安全。因此，用戶在使用時必須將燃氣熱水器置于一個具備良好的通風條件的環境，尤其不得在密閉房間使用，最好同時配有有害氣體報警裝置。

綜上所訴，國內外以使用燃氣熱水器為主，并且在重慶這種天然氣資源十分豐富的地區，燃氣熱水器的使用率更高。

2 生活熱水管道系統問題

但是燃氣熱水器仍有種種問題，關于燃氣熱水器自身的問題本文中暫不做討論，建筑中由于給水管路造成的熱水使用中的問題同樣不少。

在住宅中，廚房、衛生間洗面池和淋浴都會用到熱水，因此熱水的使用占了水量的很大比例，特別是在冬季，熱水比例會更高。但是熱水管道系統只是簡單保證水能送到，為考慮實際使用中的諸多情況，因此導致熱水的使用中最主要的問題有以下幾個:出水不熱，出水水溫不穩定以及室內各用水點水溫溫差大。

2.1 出水不熱

相信很多人都遇到過這樣的情況，冬季洗澡時熱水器的火力已經調至最大，但水溫仍不夠，嚴重影響洗澡的舒適性。

熱水器出水不熱，可分為水路問題和氣路問題。熱水器已點著火但水不熱，這種情況一般是出水量過大的原因，可以適當關小熱水器上控制水量的閥門；還有就是氣壓小的原因，進入燃燒器的燃氣少造成不能產生足夠的熱量，致使出水不熱，可檢查氣源開關是否完全打開。

雖說減小水量可使水溫滿足要求，但水量太小，導致花灑噴射范圍變小并且水柱的噴射力不足，舒適性難以保證。升溫需減小水量，水小了不舒服；不減小水量，溫度不足也不舒服。這好像是一個無解的問題了。

相信大家都使用過加壓水龍頭，這種龍頭在出水口處將水的“管流”改成“線流”，再通過空氣的壓力把“線流”改成“射流”，經過空氣的加壓使水有了動力，且減少了水的流量同時增加了水流的壓力。同時，在水量較小時可通過加壓，達到水量變大的“假象”。這種龍頭的一種用途就是為即熱式熱水器和小功率廚寶出水加壓增溫。現在已經有與這種龍頭原理一樣的加壓花灑，裝設這樣的花灑就能解決水溫不夠的問題，又不影響出水量。

2.2 出水水溫不穩定

很多用戶在熱水的使用中都會遇到在未做任何調節的情況下，熱水出水就忽冷忽熱。在淋浴以外的幾個用水點出現這樣的情況可能無關痛癢，但是在洗澡時水溫一直波動就嚴重影響了舒適性，如果是在冬季就更讓人難以忍受。

那到底是什么造成的呢？熱水器沒有調節過，說明單位時間內加熱水的能力沒有改變（氣壓穩定的條件下），當進水量略微減小，水溫自然就上升了，反之亦然。這都是水壓不穩定帶來的影響。水壓不穩定導致水量的不穩定，從而引發溫度的波動。

相信我們都遇到過這種情況，在洗澡時在家里其他用水點打開冷水，熱水水溫一會兒就變燙了；關上冷水，溫水又正常了。家里其他用水點有出流，引發熱水器冷水進水管處壓力減小，進水量隨之變小，溫度也就上升了。當其他用水點停止用水時，水壓和進水量都恢復初始狀態，水溫也恢復了。這種水壓變化還可以避免，但往往我們遇到的并非自己家中水壓那么簡單，而是小區管網甚至市政管網中的水壓波動。

現在的住宅多為高層建筑，只靠市政管網的壓力無法滿足供水要求，所以都要依靠水泵提升。而往往又采用的用水泵直接供水的供水方式而不是相對穩定的水泵水箱供水方式，這也無形地增加了水壓波動的可能性。首先，水泵機器的不穩定就可能造成給水管網中的水壓波動；其次，水泵供水也無法較好緩沖由于用戶用水造成的管網中水壓波動。

若是以上情況，要改造小區供水系統的可能性小之又小，只能由用戶在自己家中采取一些措施。現在已有一些成熟的技術或產品可供選用。

（1）恒溫熱水器

恒溫熱水器目前越來越多地被用戶采用，它的優點是在進水流量及溫度或燃氣壓力有所變化的時候，用戶設定的出水溫度仍能保持恒定。從功能上來說，真正的恒溫熱水器出水溫度不會隨著水流水壓的變化而與用戶設定溫度發生偏差。

目前市面上恒溫燃氣熱水器所采用的都是比例閥式的控溫原理[6]。這種熱水器的管路中串有一個流量傳感器。燃氣氣門為一電動調節閥（即比例閥）。流量傳感器將水流量轉換為相應的電信號并將此信號輸入控制器。控制器根據輸入信號的強度或頻率來調整氣閥開度，使燃氣流量與水流量成正比變化，從而達到恒定水溫的目的。在熱水器工作的時候，流量傳感器能感知水流、水壓的大小，把信號傳輸給比例閥，由他來控制火排的多少，進而控制火力大小，調節水溫。

（2）恒溫龍頭[7]

恒溫龍頭能將溫差比較大的冷水和熱水在出水時自動混合為用戶預先設定好溫度的溫水，也叫恒溫水龍頭。

早期雙旋鈕龍頭常被用作冷熱水混合龍頭，用戶調節冷熱水進水量可以通過轉動旋鈕，從而獲得想要的溫水。單手柄龍頭被用作第二代冷熱水混合龍頭，此水龍頭核心部件選用陶瓷片調溫閥芯，優點是用戶通過左右或者上下擺動即可調節出水的溫度和水量大小，操作方便；但上面兩種龍頭的缺點也是非常明顯的，就是一旦供熱的熱水溫度或者水壓（包括冷水）產生變化，都必須要用戶再次調節龍頭的出水水溫。

目前最新一代的恒溫龍頭，彌補了前兩代恒溫龍頭的缺點，在水溫及水壓出現波動時，可通過內部設置的恒溫調節閥芯，完全不用人工調節即可應對，在極短的時間內即可自動調節，將出水水溫保持穩定。

歐洲是恒溫頭龍的發源地，目前主要有兩種自動調溫方式，分別采用不同的恒溫閥芯:一種是石蠟恒溫元件閥芯。另一種恒溫閥芯采用形狀記憶合金（簡稱SMA）彈簧。石蠟感溫組件的工作原理是將高純度的特殊石蠟灌進一個細小的銅容器中，容器口蓋一片橡膠傳感片。由于水溫的變化，容器中的石蠟體積也隨之增縮，再通過容器口的傳感片帶動彈簧推動活塞來調節冷熱水的混合比例。SMA恒溫閥芯中最重要的零件就是形狀記憶合金彈簧，由鎳鈦(Ni-Ti)合金制成的形狀記憶合金彈簧通過感應混合后溫水的溫度改變本身的形狀，從而推動活塞來調節冷熱水的混合比例。SMA恒溫閥芯反應速度極快，在40℃附近的反應極其靈敏，可滿足使用者進行無級微調的需要。

鑒于恒溫龍頭的安裝使用較為復雜，且用戶使用后效果也不及恒溫熱水器，推薦使用恒溫熱水器。

2.3 室內各用水點水溫溫差大

每戶住宅中有2～5個用水點，各有不同的用水情況及不同的管道情況，導致每個點的用水溫度有很大差異，甚至有時要變換用水點時不得不調節熱水器，否則無法使用。

在熱水器為調節的情況下，出水的溫度主要是受出水量和管道中的熱量散失影響。

熱水器到各用水點的距離不一，沿程的水頭損失則不相等。每個用水點的衛生器具都不同，局部的水頭損失也有大有小。現在很多家里裝設的淋浴器多數都是淋浴柱再配一個花灑龍頭（圖1），若使用淋浴柱，熱水需先沿管路到達2m左右的高度再落下，這比只用花灑多需要0.3m的水頭。水頭增大，水量自然就減小了。并且切換淋浴盤與花灑的開關往往無法完全密封，開啟一邊一小部分熱水也會流向另一邊，水量就又一次減少了。為了方便洗頭或清洗一些大件衣物，通常其中一個衛生間會選用出水點較高的水龍頭（圖2）。由圖可知，該種水龍頭對水頭的要求也較高。不同的管路水頭損失不同和水壓要求不同，出水流量自然也不一樣，溫度也就不同。水量的差異越大，不同用水點的溫差也就越大。

圖1 淋浴器

圖2 水龍頭

對于這種情況，一種解決方法是之前提到的恒溫熱水器，同時在裝修之前應該充分考慮熱水管路的問題，在熱水器的遠端出水點盡量裝設水頭要求較小的衛生器具，以平衡水溫。若為兩個以上的衛生間或廚衛相隔距離較遠，建議安裝兩臺熱水器。

3 結論

通過對比幾種熱水器的優缺點，重慶地區以燃氣熱水器作為生活熱水系統的加熱裝置最優。對于燃氣熱水器在使用過程中出水不熱的問題，可選用加壓花灑；出水水溫不穩定，可運用恒溫熱水器或恒溫水箱加以改善；而室內各用水點水溫溫差大，可選用恒溫熱水器，裝修時充分考慮選用合適的衛生器具，必要時可裝設兩臺熱水器

[1]譚順民.四種家用燃氣熱水器技術特點[J].現代家電，2004，(12):48-49.

[2]楊韜.燃氣熱水器的分類研究[J].行業交流.2004（6):47-49.

[3]鄧慶光.戶外型燃氣熱水器設計探討 [J].燃氣技術.2001，7:61-62.

[4]傅忠誠，姜正侯，劉金釗，等.城市燃氣應用技術及設備的發展[J].城市燃氣，2002，2(324):3-8.

[5]韋秀麗，高立洪，徐進.重慶市農村地區太陽能資源利用現狀分析[J].河北農業科學，2009，13(6):64-65，93.

[6]胡定剛.數碼恒溫強鼓式燃氣熱水器[J].家用電器，2001，(6):32.

[7]劉磊.14款恒溫龍頭新品體驗更完美的洗浴[J].建材與裝飾情報，2009，(6):152-153.