1概述
别墅多建于郊区或偏远位置，环境良好，空气清新。别墅一般为3层及以上建筑，卫生间个数多，往往会有冲浪按摩浴缸，对家居环境温度及生活热水有较高要求。
别墅系统的设计不同于普通住宅，更强调居住的舒适性、美观性、节能性、智能性。对室内温度有很高要求，温度适宜，无噪声，无吹风感，无干燥感，生活热水即开即有。史密斯公司针对此类大户型用户，推出了冷凝式锅炉+热水水箱的形式来满足客户要求。众所周知，冷凝式锅炉是目前热效率最高的锅炉，其热效率可高达106%，再辅以科学合理的系统控制，节能效果十分明显。下面以实际的案例阐述别墅供暖及供生活热水（以下简称供水）系统设计原理。
2别墅概况及客户要求
别墅位于南京某郊区山脚下，地下1层，地上2层，建筑面积480 m2，6室4厅4卫，主卫有按摩冲浪浴缸，5人居住，其中有老人和儿童。
客户要求冬季室温长期维持在20℃左右，无噪声，不干燥，即开即有热水，操作简单，系统可靠智能。通过与客户沟通，明确客户拟采用的装修风格和地面材质，确定整栋别墅采用地面辐射供暖系统，分层联动控制，操作简单。生活热水采用环路循环供应设计，自动控制生活热水出水温度。
3别墅供暖系统及供水系统的设计
3.1供暖系统的设计
别墅供暖系统设计采用一次、二次系统（二次泵系统）方案，设置紧凑型三通进行系统分离，以保证系统的运行平稳可靠。紧凑型三通就是将系统中两个管道三通按照一定间距要求连接在一起。紧凑型三通见图1（图中红色圈内为紧凑型三通），供暖及供水系统设计原理见图2。
图1紧凑型三通
图2供暖及供水系统设计原理
① 当二次环路所需流量q2=一次环路供应流量q1时，在紧凑型三通处近似无流体通过，环路流体运行示意图见图3。
图3方式①环路流体运行示意图
② 当二次环路所需流量q2＞一次环路供应流量q1时，在紧凑型三通处有一部分二次环路回水与一次环路供水混合，作为二次环路供水，以满足二次环路的水力平衡，此时，环路流体运行示意图见图4。
图4方式②环路流体运行示意图
③ 当二次环路所需流量q2＜一次环路供应流量q1时，有一部分一次环路供水直接通过紧凑型三通流入一次环路回水管，以满足一次环路的水力平衡，环路流体运行示意图见图5。
图5方式③环路流体运行示意图
④ 当二次环路无热量需求时，一次循环泵驱动的流体只会在一次环路中循环，不影响二次环路的流体相对静止；反之，一次循环泵停止工作时，二次环路的流体循环工作也同样不影响一次环路的流体相对静止，能有效防止热水被动迁移。
紧凑型三通的基本技术要求是：
①A、B两个三通点需尽量靠近，要求A、B两点间距＜4倍管径（一次环路、二次环路管径不相同时，取较大值）,此时A、B两点之间的压差为0 Pa，从而实现水力平衡自动调节、互不影响的效果。
② 紧凑型三通安装要求做成π形，建议紧凑型三通两边管长＞10倍管径为佳,避免做成H形。
按照别墅房型不同和不同功能区需求的不同，设计时各层单独设置分集水器，每层设置联动控制器，分层独立控制。全部采用地面辐射供暖系统。
别墅采用紧凑型三通将一次、二次系统分离，达到系统自动调节平衡，消除两侧水泵的相互干扰。该系统可实现的功能如下。
① 每层采用单独的分集水器和外置水泵，能根据日常使用习惯分层独立控制和设置不同区域的温度。
② 采用可编程室温控制器，可根据居住者的使用习惯设置供暖系统工作时间及温度要求。
③ 卫生间设置毛巾架式散热器，可提高洗浴舒适度，烘干毛巾和衣物。
④ 带流量显示的分集水器便于系统调试和各回路流量平衡，避免出现局部区域不热或过热现象。
⑤ 每层设置独立的联动控制器，可根据室温需求智能运行，在所有楼层的房间超过设定温度一定值或不需要供暖时，锅炉自动停止运行。
3.2供水系统的设计
3.3设计选型及工作流程
①径计算
计算时，管道内径小于40 mm，流速建议取0.5～1 m/s。别墅总实铺加热管面积为315 m2，按每层实铺面积，各环路主管管径及每层支管管径计算见表1（别墅热负荷指标统一取130 W/m2，每层支管流速取0.7 m/s，一次环路、二次环路主管流速取1 m/s,一次环路的设计供、回水温度为60、40℃，二次环路的设计供回水温度为55、45℃，生活热水设计供、回水温度为80、60℃）。换热水箱供水管管径选用DN 25 mm，可满足2个淋浴器同时使用，水流量达到15 L/min。回水管管径为DN 15 mm。各环路主管管径及每层支管管径设计见表1。
表1各环路主管管径及每层支管管径设计
② 供暖系统闭式膨胀水箱计算
膨胀水箱容积按下式计算：
计算所得膨胀水箱体积为15 L，考虑20%的余量，取膨胀水箱容积为18～24 L。
③ 水泵及锅炉的选择
供暖及生活热水系统中，各循环泵运行时均选取最大档。二次循环泵选用UPS15-60型水泵，每层独立设置，扬程为5 m，流量为3.8 m3/h，功率为90 W；一次循环泵及热水循环泵选用UPS25-80型水泵，扬程为8 m，流量为7.5 m3/h，功率为165 W。冷凝式锅炉的热功率为55 kW，配备热水水箱容积为200 L，冷凝式锅炉的热效率为107%。
④ 别墅供暖及供水工作流程
别墅供暖及供水工作流程见图6（图中泵1为一次循环泵，泵2为二次循环泵，泵3为热水循环泵，泵4为水箱循环泵）。
图6别墅供暖及供水工作流程
4供暖和供水系统特点
系统管路全部采用铜管，焊接连接，经久耐用。管路安装完毕打压验收后全部进行保温处理，设备房紧凑美观，见图7。系统特点如下。
图7设备房
① 紧凑型三通的运用，实现系统自动调节平衡，消除一次、二次循环泵的相互干扰。
② 每层设置独立的联动控制，可根据客户的需求智能化设置，节能高效。
③ 采用联动控制器，避免锅炉频繁启动，延长锅炉使用寿命。
④ 根据不同的功能区域配置室温温控器，灵活调节所需温度，比同等情况下不使用分室温控节能20%以上。
⑤ 生活热水通过智能回水泵采用环路供水，即开即有热水。