1. ASHRAE Standard 90.1
Section 7 Service Water Heating
鑕榮工程顧問有限公司
江金海

2. 生活用水加熱

3. 一般設計考慮
 對於某些類型建築，生活用水加熱可能是主要的能源消耗，
在旅館水加熱可能占總能耗的25-40%。可以使用一些基本的
成本效益設計策略，簡易的控制這些能源使用元件，如圖7-
A或下列所描述一般設計考慮
– 使用流量限制或量測終端裝置來降低熱水使用
– 使用阻熱裝置(Heat Trap)及保溫隔熱來限制待機熱損
– 透過保溫隔熱及循環水泵控制來降低輸送損失或排除使
用點加熱器
– 提高水加熱設備的效率

4. 一般設計考慮

5. 一般設計參考
 ASHEAR Handbook HVAC Applications chapter 49 提供一些有用
的水加熱系統概念，包含
– 商用廚房配管的特殊考量
– 水質的問題及防蝕、防垢的保護
– 雙溫度系統的設計及應用
– 關係到健康及公共衛生；及
– 對建築及系統類型的溫度使用範圍的提供許多參考

6. 範圍
 包含下列用途但不限於
– 廁所
– 浴室
– 洗衣房
– 廚房
– 泳池及水療
– 高樓層建築及旅館內的居住單元(套房、客房)

7. 強制條款 - 負荷計算
 負荷計算
設計負荷決定應符合製造廠公開發行的估算指南或由授權
者同意之一般可接受的工程標準和手冊(例如 ASHRAE
Handbook –Application)
 要求以負荷計算來決定水加熱系統必要的大小，但不直接
限制系統過大設計

8. 強制條款 - 負荷計算方法
 方法1：加熱器搭配標準應用的儲水箱，此為性能圖型法
，使用標準曲線圖顯示加熱器實際熱水需求量(每單元每小
時幾加侖)，根據儲水箱大小。此方法顯示在範例
 方法2：加熱器搭配標準應用及混合型負載的儲水箱，此方
法類似方法1，只是將不同的曲線圖組合在一起
 方法3：加熱器搭配來自固定器具計數的儲水箱：儲水箱容
量依據固定器具每小時水量總和*需量因素
 瞬熱及快熱型水加熱器：加熱器容量依據不同的固定器具

9. 負荷計算方法 1 _ 性能圖型法
 Question：
一個具有40間住戶的公寓大樓，合適的加熱器及儲水箱規
格﹖

10. 負荷計算方法 範例1 _ 性能圖型法
 Ans：依加熱器熱水需求量與儲水箱關係圖
方案1：儲水箱有效儲水量每間 60 L，總有效儲水量為
60 L * 40 = 2,400 L ，假設儲水箱有效儲水量為80%
，則儲水箱容量為2,400 L / 0.8 = 3,000 L
則加熱器熱水需求量每間為6 mL/s，總需求容量為
6 mL/s * 40 = 240 mL/s
方案2：儲水箱有效儲水量每間 30 L，總有效儲水量為
30 L * 40 = 1,200 L ，假設儲水箱有效儲水量為80%
，則儲水箱容量為1,200 L / 0.8 = 1,500 L
則加熱器熱水需求量每間為8 mL/s，總需求容量為
8 mL/s * 40 = 320 mL/s
註﹕實際運用加熱器需考慮系統熱損

11. 強制條款 – 設備效率
 所有水加熱設備,熱水供應鍋爐被單獨使用在飲用水加熱,泳
池加熱及熱水儲存水箱加熱，設備性能應符合表7.8之標準.，
沒有列在表7.8之設備 ，沒有最小性能需求
 例外：當符合下列時，所有儲存容量超過140加侖水之加熱
器及熱水供應鍋爐可不須符合表7.8之待機損失要求
– 水箱表面保溫熱阻值R-12.5
– 沒有設置常燃小火,及
– 瓦斯或燃油儲水加熱器有設置煙道調節風門或助燃風機

12. 強制條款 – 設備效率
 設備需有一個最小加熱器效率(設備熱效率)及最大待機損失
要求
 小型設備需有一個能源係數(EF)，其整合了加熱器效率及待
機損失
 範例2到5，顯示如何使用表7.8

13. 設備效率需求範例 2 _熱水供應鍋爐
 Question：
一個由瓦斯直燃加熱器、循環水泵及儲存槽組成的熱
水供應鍋爐系統。
加熱器規格
在1,825,000 BTU/h輸入時，輸出為1,497,000 BTU/h；
加熱器儲存桶容量為45加侖、待機損失4,000 BTU/h；
儲存槽容量400加侖及使用熱阻值R-16的PE保溫，
試問是否符合本標準﹖

14. 設備效率需求範例 2 _熱水供應鍋爐
 Ans：
1. 非直燃型儲存槽容量400加侖及使用熱阻值
R-16 的PE保溫
查表7.8 設備類別 Unfired storage tanks；
設備規格 All
表7.8所要求之設備性能需求為 R-12.5
保溫熱阻值R-16 > R-12.5 符合本標準要求

15. 設備效率需求範例 2 _熱水供應鍋爐
2. 加熱器熱效率 Et
= Qout / Qin = 1,497,000 BTU/h / 1,825,000 BTU/h = 0.82
加熱器輸入與容積比 Qin / Vheater
1,825,000 BTU/h / 45 gal = 40,556 BTU/h.gal
查表7.8 設備類別 Hot water supply boiler, gas；
次分類/規格條件 輸入與容積比≧4,000 BTU/h.gal、
儲存桶容量≧10 gal
表7.8所要求之設備性能需求為加熱器熱效率 Et 80%
加熱器熱效率 Et = 82% > 80% 符合本標準要求
待機損失 SL = Q/800 + 110√V
= 1,825,000/800 + 110√45 = 3,019 (BTU/h)
待機損失4,000 BTU/h > 3,019 BTU/h 不符合本標準要求

16. 設備效率需求範例 3_熱泵水池加熱器
 Question：
一個使用在池水加熱的熱泵系統。
熱泵規格
50,000 BTU/h，COP 3.8；測試依據ASHRAE 146
試問是否符合本標準﹖

17. 設備效率需求範例 3_熱泵水池加熱器
 Ans：
查表7.8 設備類別 Heat pump pool heater
設備規格 All
表7.8所要求之設備性能需求為 COP 4.0
COP 3.8 < COP 4.0 不符合本標準要求

18. 設備效率需求範例 4 _電阻式水加熱器
 Question：
一個82加侖電組式儲存加熱器，有兩組7.5kW電熱元件
，兩組電熱元件不會同時運轉。其能源係數(EF)為0.87。
試問是否符合本標準﹖

19. 設備效率需求範例 4 _電阻式水加熱器
 Ans：
因其不會同時運轉，故其規格輸入為7.5kW
查表7.8 設備類別 Electric water Heaters
設備規格 ≦12kW
次分類/規格條件 電阻式；儲存桶容量≧20 gal
表7.8所要求之設備性能需求為
EF = 0.93 - 0.00132V = 0.93 – 0.00132*82 = 0.822
EF 0.87 > 0.822 符合本標準要求

20. 設備效率需求範例 5 _冷凝式瓦斯直燃水加熱器
 Question：
一個瞬熱型冷凝式瓦斯直燃水加熱器，特性如下
輸入為1,000,000 BTU/h；
加熱器儲存桶容量為23加侖、待機損失1,500 BTU/h；
熱效率Et為93%
試問是否符合本標準﹖

21. 設備效率需求範例 5 _冷凝式瓦斯直燃水加熱器
 Ans：
加熱器輸入與容積比 Qin / Vheater
1,000,000 BTU/h / 23 gal = 43,478 BTU/h.gal
查表7.8 設備類別 Gas instantaneous water heaters
設備規格 ≧ 200,000 BTU/h
次分類/規格條件 輸入與容積比≧4,000 BTU/h.gal、
儲存桶容量≧20 gal
表7.8所要求之設備性能需求為加熱器熱效率 Et 80%
加熱器熱效率 Et = 93% > 80% 符合本標準要求
待機損失 SL = Q/800 + 110√V
= 1,000,000/800 + 110√23 = 1,778 (BTU/h)
待機損失1,500 BTU/h < 1,778 BTU/h 符合本標準要求

22. 強制條款 –不包含在本標準設備效率
 所有電力式加熱器，其輸入電力在12kW(含)以下的加熱器
(包含熱泵水加熱器及瞬間加熱器)
 燃料式儲存加熱器，瓦斯加熱器輸入在75,000 BTU/h(含)以下；
燃油加熱器輸入在105,000 BTU/h(含)以下
 燃料式瞬熱型加熱器，瓦斯加熱器輸入在200,000 BTU/h(含)
以下；燃油加熱器輸入在210,000 BTU/h(含)以下
 所有泳池及水療用燃料式加熱器

23. 強制條款 –生活熱水管路保溫
 下列管路應保溫,保溫程度顯示在第6章,表6.8.3
– 循環系統管路，包含循環水箱型水加熱器的供回水管
– 固定溫度非循環儲存系統，出口管路的第一段8ft
– 在非循環儲存系統介於儲水箱和阻熱裝置間之入水管路
– 外部被加熱的管子 (如伴熱管或阻抗加熱電纜)

24. 強制條款 – 輸送損失
 輸送損失對建築能源的影響有兩個方面：
– 能源需補充熱損
– 假如熱是排放至空調空間其會增加冷卻系統的負荷
 透過兩個主要的策略可控制這些損失：
– 當不需要(透過阻熱裝置Heat Trap及循環水流控制)時，將
熱水儲存在儲存槽
– 儲存槽及管路隔熱保溫

25. 強制條款 – 循環系統要求

26. 強制條款 – 非循環系統要求
 阻熱裝置(Heat Trap)只應用在非循環系統


27. 強制條款 – 非循環系統要求


28. 強制條款 – 生活用水加熱系統控制
 水加熱系統需有控制系統，設定點需能調整到120oF(49oC)或
更低或製造廠建議的最低值(為了防止冷凝及腐蝕)

 設計一個系統供應熱水在最小溫度需求，其待機損失及輸
送損失應至最小

29. 強制條款 –建議的熱水設計溫度

30. 強制條款 – 活用水加熱系統控制-溫度控制
 溫度控制應提供允許儲存溫度調整從120oF(49oC)或更低到
預期使用的最大合適溫度
例外：當製造廠安裝指南規定一個較高的最小溫度開關設
定，使冷凝及產生腐蝕降至最低

31. 強制條款 –生活用水加熱系統控制-溫度維持控制
 系統被設計為維持熱水管內使用溫度，如循環水系統或伴
熱管，應配置有自動時間開關或其他控制，可設定開關，
當無熱水使用需求延伸期間，關掉使用溫度維持系統

32. 強制條款 –生活用水加熱系統控制-出口溫度控制
 溫度控制手法應提供限制水輸送到公共設施休息室內洗手
間水龍頭的溫度最大110oF(43oC)

33. 強制條款–生活用水加熱系統控制-循環泵浦控制
 當維持儲存水箱溫度被採用時，循環泵浦應配置控制限制
運轉期間，從加熱循環開始至加熱循環結束後最多5分鐘
 當無熱水使用需求時，循環泵浦控制應有自動停機的能力。
有3種方式可符合
– 時間開關控制
– 時間及溫度控制整合
– 需量控制
 最簡單的控制屬時間開關控制，可為獨立式或由能源管理
系統(EMS)控制
搭配遠端加熱器的熱水儲存槽出口泵浦必需有時間控制，
來控制當加熱器關掉後，限制循環水泵運轉。

34. 強制條款–生活用水加熱系統控制-循環泵浦控制
 時間及溫度控制整合改進了時間排程控制，使用溫度感測
器感測熱水系統回水溫度夠熱時來停止泵浦運轉。此系統
允許閒置直到回水溫度掉至設定值時，通常系統有20oF的緩
衝帶(Dead Band)，溫度感測器設置在回水管。此系統約可降
10-20%的低管路損失(依降低流體在館內的平均溫度)及可降
低泵浦的耗能，最高可達90%(依熱水需求的頻率)
 需量控制系統使用流量感測器感測來自系統的水流。在小
系統通常安裝在儲存槽的入口；在大規模系統，好幾個感
測器並聯安裝在每個主幹管的分支迴路上，感測到水流即
啟動泵浦。循環泵可透過時間或設置在回水管的溫度感測
器來控制停機。需量控制系統可顯著地降低管路損失及泵
浦耗能。

35. 強制條款 – 泳池
 泳池加熱器
泳池加熱器應配置一個可讀取的ON/OFF開關，允許不經調
整溫度開關設定即可關掉加熱器。泳池加熱器採用天然氣
時，不應有連續燃燒之常燃小火
 泳池蓋
已加熱的泳池，在水面上應配置延緩水蒸發的池蓋， 泳池
被加熱超過90oF時，池蓋應有最低R-12熱阻值之保溫
例外：泳池加熱能源超過60%來至現場能源回收或太陽能
 時間開關
游泳池加熱器及泵浦應設置時間開關
例外：
– 泵浦24小時運轉是為了公共衛生標準要求
– 泵浦運轉是為了運轉太陽能和廢熱回收泳池加熱系統

36. 強制條款 – 阻熱裝置(Heat Trap)
 服務垂直上升管沒有完整的阻熱裝置的儲存水加熱器及儲
水箱及服務一個非循環系統，在靠近儲水箱之入口及出口
管路上應有阻熱裝置


37. 強制條款 – 非循環系統要求


38. 規定方法 – 空間加熱及水加熱
 使用瓦斯或燃油之空間加熱鍋爐系統除了符合第6章要求外
，當符合下列條件之一時，允許供應至建築物之總空間加
熱及生活用水加熱：
– 加熱生活用水的單一空間加熱鍋爐或組合式或並聯鍋爐
系統的組件，其待機損失Btu/h 不超過
( 13.3 * pmd + 400 ) / n
pmd = 可能的最大需量 gal/h，訂定依符合常規,說明在一
般可接受工程標準及手冊內
n = 當室外日平均溫度大於64.9oF(18.3oC)時之年度百分比
 對管理機構的滿足裁定，證明使用單一熱源之耗能小於分
散單元。設計者可提供計算證明
 鍋爐和水加熱系統組成的能源輸入小於150,000 Btu/h

39. 待機損失計算_空間和水加熱設備組合的待機損失計算
 Question：
一個位於台北具有40間住戶的公寓大樓，對於空間和水
加熱系統組合的待機損失要求為多少﹖

40. 待機損失計算_空間和水加熱設備組合的待機損失計算
 Ans：
依氣象資料台北室外日平均溫度大於64.9oF時之年度百分比
n = 0.815
查生活用水器具最大需量表
公寓大樓每間最大需量為10 gal/h
pmd = 40 * 10 gal/h = 400 gal/h
容許待機損失SL = ( 13.3 * pmd + 400 ) / n
= (13.3*400+400) / 0.815 = 7018 (gal/h)
鍋爐選用須符合表6.8.1F需求、待機損失不大於 7018gal/h

41. 規定方法 –生活用水器具最大需量

42. 待機損失測試方式
 待機損失額定是首要決定的，可在廠內或現場24小時執行測
試。測試需符合下列規定：
– 鍋爐水溫高於周圍溫度至少90oF(50oC)
– 周圍溫度需維持在60oF(16oC) - 90oF(50oC)之間
– 鍋爐燃燒器應操作在最小輸入額定
– 設計者應包含測試記錄及符合文件

43. 規定方法 –生活用水加熱設備
 生活用水加熱設備被使用到提供空間加熱的附加功能如同
系統的一部分，對生活用水加熱設備應滿足所有指定需求