这个计算器能帮你做什么
储水式热水器(电热水器、燃气储水式或空气能热水器)该选多大,取决于一天中用水最集中的那一个小时,而不是全天的总用水量。本计算器把你在高峰时段的实际习惯——连着洗几个澡、每次洗多久、花洒出水多快——换算成需要储备的热水升数,再向上取到市面常见的规格。全程使用公制单位(升与摄氏度),适用于任何电热、燃气或热泵(空气能)储水式水箱。
水箱里只有约四分之三的容积是可用热水,之后补入的冷水会拉低出水温度。
使用方法
先填家庭人数,再填一小时内真正会挨着用的洗澡次数(通常是早上出门前那阵高峰)、每次洗澡的分钟数,以及花洒的出水量。新式节水花洒大约每分钟 7-9 升,老式花洒则在每分钟 12-15 升。接着把同一小时内其他热水用量折算成“水箱温度的热水升数”填进去,例如洗碗机进水、手洗一池碗筷、洗衣机热水程序等。最后设置储水温度、使用温度和进水(自来水)温度。冬季自来水偏冷,建议按当地最冷月份的水温来填,结果才够用。
公式解析
洗澡用的是冷热混合水,所以其中只有一部分来自水箱。设 \(T_h\) 为水箱储水温度,\(T_u\) 为洗澡使用温度,\(T_c\) 为进水温度,则热水占比为
$$f = \frac{T_u - T_c}{T_h - T_c}$$
再由此推出高峰需求量和所需容积。其中 \(n\) 为每小时洗澡次数,\(t\) 为每次分钟数,\(\dot{V}\) 为出水量(升/分钟):
$$V = \frac{ n \times t \times \dot{V} \times f + Q_{\text{other}}}{0.75}$$
式中除以 0.75 是“有效取水率”:长时间连续放水时,冷水会不断补进水箱并与热水掺混,因此大约有四分之一的储水最终温度不够用,不能计入可用容量。
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水箱热水要兑冷水使用,因此每升淋浴用水从水箱取用的不到一升。
算例演示
一家四口,高峰一小时内洗 3 次澡,每次 8 分钟,花洒出水 9 升/分钟,另有 30 升其他热水需求。水箱 60 °C,洗澡 40 °C,进水 15 °C。
$$f = \frac{40 - 15}{60 - 15} = 0.556$$$$Q_{\text{peak}} = 3 \times 8 \times 9 \times 0.556 + 30 = 150\,\text{L}$$$$V = \frac{150}{0.75} = 200\,\text{L}$$
也就是说,选一台 200 升的储水式热水器最合适。
高峰时段把淋浴用水和其他热水需求叠加,得出所需的水箱容积。
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按固定装置和电器的典型热水用量
计算器将热水汇总为储罐温度处的热水,因为这是水箱实际储存的量。水龙头或淋浴器通常供应混合水,温度约为40 °C,因此每次用水只有部分来自储罐。储存温度为60 °C、冷进水为15 °C的情况下,混合比例为
$$f = \frac{T_{\text{use}} - T_{\text{cold}}}{T_{\text{tank}} - T_{\text{cold}}} = \frac{40 - 15}{60 - 15} \approx 0.556$$
因此100 L的40 °C淋浴用水约使用56 L的60 °C储存热水。下面右侧列已按此方式转换,这些数据可直接添加到其他热水用量字段作为\(Q_{\text{other}}\),用于淋浴以外的所有用途(淋浴单独输入为次数×分钟×流量)。
用途
典型供应量
供应温度
60 °C储罐温度下的热水
低流量淋浴头(7–9 L/min),8分钟
56–72 L
≈40 °C
≈31–40 L
标准淋浴头(9–12 L/min),8分钟
72–96 L
≈40 °C
≈40–53 L
老式或雨淋头(12–15 L/min),8分钟
96–120 L
≈40 °C
≈53–67 L
浴缸满水
120–150 L
≈40 °C
≈65–85 L
厨房水槽、洗碗盆
15–20 L
≈45 °C
≈10–15 L
洗脸/刮胡子
3–5 L
≈40 °C
≈2–3 L
洗碗机,热进水连接
10–15 L
储罐温度
≈10–15 L
洗衣机,40 °C程序,热进水连接
15–25 L
储罐温度
≈15–25 L
洗碗机或洗衣机,仅冷进水
—
—
0 L
冷进水电器无贡献。欧洲销售的大多数机器(及其他地区越来越多的机器)为仅冷进水型,通过电加热自身的水,因此无论用水量多少,都必须输入0 L。只有在洗碗机或洗衣机物理连接到热水供应时才添加。电器用水量因型号和程序而异——在确切数据很重要的情况下,请查阅制造商的数据表。
淋浴流量取决于淋浴头类型和供水压力;在多个国家水效标签方案下销售的低流量淋浴头在规定的测试压力下通常额定值为9 L/min或以下。如果可以测量,请这样做:将淋浴水注入桶中30秒,然后将收集的升数翻倍。
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标准储水罐尺寸和典型家庭配置
储水罐以一小套标准额定容量出售。您无法抽出全部额定体积作为可用热水,因为进入的冷水会混合并分层到储罐下方,当储罐排空时,进入的冷水会分层到储存的热水下方。本计算器使用可用容量(抽取)系数0.75,因此200 L储水罐在出水温度下降前被视为可供应约150 L的储罐温度热水。
下面的需求列将该可用热量体积转换为40 °C混合水(采用相同的60 °C / 15 °C假设,除以0.556,即乘以1.8),以及标准的8分钟淋浴时间(9 L/min,≈40 L储存热水)。
额定容量
可用热水体积(75%)
覆盖的峰值小时需求(混合40 °C)
标准淋浴次数
通常适合
30 L
22.5 L
≈40 L
—
即用型:单个盥洗盆、小厨房、卫生间
50 L
37.5 L
≈68 L
≈1短
1人,一次短时低流量淋浴,轻度水槽用水
80 L
60 L
≈108 L
≈1.5
1人带充足淋浴,或一对间隔数小时淋浴
100 L
75 L
≈135 L
≈2
一对,2次连续淋浴,其他用水最少
120 L
90 L
≈162 L
≈2
一对,2次淋浴加洗碗(120 L已计算)
150 L
112.5 L
≈203 L
≈3
3人家庭,三次晨间淋浴
200 L
150 L
≈270 L
≈4
4人家庭,连续淋浴加厨房用水
250 L
187.5 L
≈338 L
≈4–5
5人家庭,或4人家庭中有一人在峰值小时内放浴
300 L
225 L
≈405 L
≈5–6
大型家庭,两间浴室同时使用,浴缸加淋浴
热泵储水罐通常按更大的尺寸。空气源热水热泵通常在数小时内重新加热储水罐,而不是高功率燃气或直接电热单位的20–60分钟,因此峰值小时内几乎没有有用的恢复。这同样适用于太阳能辅助储罐和仅在单一夜间非峰值窗口的电储水罐。单独从储存体积调整大小,加一步,是安全做法。
这些容量是常见的公制范围;所有存量的确切尺寸、其绝缘等级和其待机损耗限制因国家和适用的产品标准而异。将此表视为对计算数据的完整性检查,而不是替代——相同规模的两个家庭的峰值小时需求可能因淋浴头流量、淋浴时间和是否有人洗澡而相差两倍。
选择和设置您的储罐
实际工作示例——一个三口家庭,每个人在同一小时内进行8分钟、9 L/min的淋浴,加上约15 L的洗碗热水:
$$S = 3 \times 8 \times 9 = 216\ \text{L at }40\ ^\circ\text{C}, \qquad f = \frac{40 - 15}{60 - 15} = 0.556$$$$V_{\text{req}} = \frac{216 \times 0.556 + 15}{0.75} = \frac{120 + 15}{0.75} = 180\ \text{L}$$
需求为180 L,这不是标准销售尺寸——因此该家庭购买200 L储水罐。
始终四舍五入到下一个标准尺寸,切勿向下舍入。在淋浴中断的储罐是日常烦恼;额外容量会带来适度的待机损耗成本。如果计算值在某个尺寸上方仅数升内,请检查是否将淋浴头调整到较低流量会使您舒适地低于该尺寸。
不要超大尺寸超过一步。储罐每天24小时、每天都会散热,无论您是否使用它,损耗都会随着表面积和储存温度按比例变化。从200 L跳到300 L"以防万一"购买的是您每年仅使用几次的容量,但每晚都要付费。
将储存温度至少设置为60 °C。军团菌在停滞水中大约在20 °C到45 °C之间繁殖,在60 °C及更高温度下迅速被杀死。储存在60 °C是世界卫生组织《军团菌和军团菌病的防治》和英国卫生与安全行政管理局ACOP L8等指导文件中推荐的标准风险控制措施;许多国家法规要求或假设它。储存较低温度以节省能源是真正的健康权衡,而不仅仅是效率选择。
如果储存在60 °C,安装温控混合阀(TMV)。60 °C的水会在几秒内造成全厚度烫伤,对儿童和老年人更快。出口上的TMV将储存的水混合至淋浴和盥洗盆约40 °C,因此您在储罐中获得军团菌控制,在固定装置处安全供应。在新建或翻新住宅中,几个国家针对浴缸和盥洗盆的温度限制要求——查看适用于您所在地的规定。
当恢复缓慢时,增加一个尺寸。热泵储水罐、具有单一夜间窗口的非峰值电加热以及太阳能辅助系统的恢复都太慢而无法在峰值小时内提供帮助。如果您的冷进水在冬季急剧下降,也要增加尺寸——当\(T_{\text{cold}}\)下降时,计算器的混合比例会上升,因此相同的淋浴会消耗更多的储存水。使用冬季进水温度(冷气候中通常为5–10 °C,而夏季为15–20 °C)重新运行数字,并针对较差的情况进行调整。
如果可以分散峰值,则减小,但有条件。如果淋浴可以真正分散在两到三小时内,或如果计时器或智能控制器可以在晚间使用前添加下午中期重新加热,则具有较低待机损耗的较小储水罐通常是更好的购买。无罐(即时)单位完全消除了尺寸调整的问题,但会将约束转移到即时功率或燃气输入以及同时出口性能——这是在选择之前值得对照您的进水供应容量检查的一点。
检查整个系统,而不仅仅是升数。恢复速率(给定温度上升的kW输入和升/小时),绝缘等级和待机损耗,工作压力等级,膨胀容器尺寸和可用空间及通道都像体积一样对选择施加约束。
这是家庭热水储存的一般尺寸调整规程,作为信息而不是针对您特定房产的设计而提供。水加热器的安装受当地管道、电气、燃气、通风和压力容器法规的管制,特别是无气或加压储水罐在许多司法管辖区仅限于合格安装人员。在您所在地适用的规则已由持证水管工或暖通工程师确认最终规格和安装。
常见问题
直接买最大的水箱不就完了?不建议。水箱越大,全天二十四小时的散热损失越多,电费气费也更高,而且占地方。按高峰小时需求选型、留一点点余量就够了。
如果我用的是即热式(燃气热水器/电即热)呢?即热式看的是升数/分钟的出水能力,而不是储水容积。请把高峰时的混合水流量(也就是 \(n \times \dot{V}\))与机器在你所需温升下的额定流量做对比。国内燃气热水器常说的“13 升机”“16 升机”,指的正是温升 25 °C 时每分钟的出水升数。
为什么储水温度要比使用温度高?60 °C 储水既能抑制军团菌等细菌滋生,又相当于变相扩容——每升 60 °C 的热水混合后接近两升 40 °C 的洗澡水。为防止烫伤,建议加装恒温混水阀,或使用带恒温功能的花洒龙头。