太阳能热水系统设计(课程设计)
徐州地区家用太阳能热水系统的设计
q
T Ta T Ta 1 Ri Rs
式中： q——单位表面散热损失，平面：单位为瓦每平方米(W/m2)； Ri——保温层热阻，平面：单位为平方米开尔文每瓦[(m2•K)／w]； Rs——保温层表面热阻，平面：单位为平方米开尔文每瓦[(m2•K)／w]； ——保温层厚度，单位为米(m)； Ta——环境温度，单位为开尔文(摄氏度)[K(℃)]； ——保温材料制品热导率，对于软质材料应取安装密度下的热导率，单位为瓦每米开尔 文[w／(m• K)]； T——设备和管道的外表面温度，单位为开尔文(摄氏度)[K(OC)]；
徐州地区家用太阳能热水系统的设计
一、 本课题目的及意义
当前，全球化石能源资源日益短缺、气候变化等环境压力日渐增大。太阳能、风能、生 物质能等新能源和可再生能源已被世界各国政府作为重要的战略替代能源。 太阳能是一种清 洁的自然再生能源，取之不尽，用之不竭。开发和利用太阳能，既不会出现大气的污染，亦 不会影响自然界的生态平衡，而且阳光所及的地方，都有太阳能可以利用，太阳能以其长久 性、再生性、无污染等优点备受人们的青睐。 徐州市是以煤为主要能源的城市 ,在整个能源消耗结构中 ,煤占 92 %。因此 ,空气污 染的主要原因是煤在燃烧后产生的燃料废气。 据有关资料表明 ,徐州空气质量愈来愈趋于恶 化。 而徐州地区属于太阳能资源比较丰富的地区 ,大力发展太阳能利用技术 ,对于改善徐州 地区的能源结构和生态环境有着特别重要的意义。 因此， 本次课题就旨在设计一套适用于徐 州地区普通家庭的太阳能热水系统。
6 辅助热源选择与设计
辅助加热系统的目的是当阴雨天或太阳能不足时，由辅助加热系统提供所需的热能。 对于太阳热水系统来说，太阳能完全不起作用的情况就是最不利的情况。因此，辅助加 热设备功率的确定应根据太阳能完全不起作用时， 全部靠辅助加热设备来满足用户所需的热 能来计算确定。辅助加热系统宜采用两套，单套功率为总功率的 1/2。辅助加热系统一般有 电辅助加热系统、燃油燃气锅炉加热系统、蒸汽辅助加热系统、暖气加热系统。 本系统采用电辅助加热系统， 电辅助加热系统主要应确定电加热的功率大小。 电加热功 率大小的确定主要考虑两个因素， 一个是需要多大电功率， 另一个是用户能提供多大功率的 电量。若后者大于前者，则按前者确定，若前者大于后者，则只有按后者确定。需要多大电 功率 P 需的确定： P 需=
太阳能热利用系统课程设计..
淮海工学院课程设计报告书题目：《太阳能热利用系统》课程设计项目12学院：理学院专业：光信息科学与技术班级：光能101姓名：X X学号：2013年12 月16 日目录一、设计资料提供与使用要求 (3)二、依据标准 (3)三、我市太阳能资源情况 (3)四、太阳能系统设计方案 (4)4.1、系统日耗热量、热水量计算 (4)4.2、设计小时耗热量、热水量计算 (4)4.3、太阳能热水系统集热面积的确定 (5)4.4、太阳能集热器的安装方位和倾角 (5)4.5、管材和附件 (6)4.5.1、管材 (6)4.5.2、附件 (6)4.5.3 水泵选型 (7)4.6、保温层厚度计算 (7)4.7、集热器的连接 (8)4.8、水箱的设计 (8)4.9、辅助热源设计 (8)五、系统运行控制及运行原理 (10)5.1、运行控制 (10)5.2、运行原理说明 (10)5.3、工程保温水箱 (10)5.4、太阳能热水工程智能控制系统 (11)六、固件清单 (12)设计说明一、设计资料提供与使用要求：根据图纸的要求，尽量在不影响楼房外观的情况下，合理设计太阳能安装数量，要与整体工程验收标准相匹配，采用楼面太阳能集中集热，分户储能，春、夏、秋、冬晴天以太阳能制热为主，以分户电辅助加热为辅，太阳能外观颜色要与建筑外观颜色保持一致。
二、依据标准系统严格安照以下国家标准进行设计1、GB50015-2003《建筑给水排水设计规》2、GB47272-92《设备及管道保温技术通则》3、GB/T20095-2006《太阳能热水系统性能评价规》4、GB/T4271-2007 《太阳能集热器性能实验方法》5、GB/T18713-2002《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规》6、0017-2003《钢结构设计规》7、B5009-2001《建筑结构载荷规》8、B50207-2002《屋面工程质量验收规》9、50205-2001《钢结构工程施工质量验收规》10、50242-2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规》11、50303-2002《建筑电气安装工程施工质量验收规》12、50300《建筑工程施工质量验收统一标准》三、我市太阳能资源情况太阳能资源情况:省市处于暖温带南部，属于太阳能资源较丰富区，年日照时数在2500小时左右；水平面上太阳能辐照量为4200—5400MJ/㎡.a，年平均温度14.3℃。
太阳能热水系统课程设计计算书
太阳辐照量，取 11621kJ/m2； f ——太阳能保证率，上海地区属于太阳
能资源一般区，由《民用建筑太阳 能热水系统工程技术手册》 4.4.3.1，并参照表 4—6，取 0.45； cd ——集热器年平均集热效率，由《民用 建筑太阳能热水系统工程技术手册》4.4.3.1， 太阳能热水工程中集热器效率一 般在 0.25 —0.5 间，本工程全年使用，取平均 值 0.375。 L ——管路及贮热水箱热损失率，由《民 用建筑太阳能热水系统工程技术 手册》4.4.3.1，取 0.20。 将数据代入，计算得系统集热器总面积 AC =256.82 m2。
MJ/（㎡•a），当地纬度倾角平面年平均日 辐 照量 11.621 MJ/（㎡•d）。
1.2 热水设计参数
根据《民用建筑节水设计标准》表 3.1.7， 酒店的热水平均日用水定额取 110—140 L/（床 •d），本设计取 120 L/（床•d），热水温度按 60 ℃ 计。根据《民用建筑太阳能热水系统工程技术手 册》表 1—16，杭州地区冷水计算温度取 5 ℃（地 面水）。
太阳能热水系统课程设计计算 书
《太阳能应用技术》
课程设计计算书
题 目：杭州市现代宾馆（公寓）太阳能热水系统
设计
姓 名：
杨超
学 院：
建筑工程学院
专 业： 建筑环境与能源应用工程
班 级：
建环 142
学 号：
201451385236
指导教师：
候景鑫
2017 年 12 月 25 日
目录
1.设计参数 ............................................................ 4 1.1 气象参数................................................4 1.2 热水设计参数........................................5
家用太阳能供热课程设计
家用太阳能供热课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解太阳能供热的原理，掌握家用太阳能供热系统的基本构成及其功能。
2. 学生能描述太阳能作为一种可再生能源的优势，并了解其在生活中的应用。
3. 学生能够解释影响太阳能供热效率的主要因素，如天气、温度、光照角度等。
技能目标：1. 学生通过小组合作，设计并绘制一个家用太阳能供热系统的简易模型。
2. 学生能够运用物理和数学知识，进行简单的太阳能供热效率计算。
3. 学生能够运用批判性思维，分析太阳能供热系统的优缺点，并提出改进建议。
情感态度价值观目标：1. 学生培养对可再生能源的积极态度，认识到太阳能等清洁能源在环境保护中的重要性。
2. 学生通过本课程的学习，增强对科技创新和可持续发展的兴趣，激发其探究精神。
3. 学生通过小组合作和讨论，培养团队协作意识，增强沟通能力，形成共享与尊重的价值观。
本课程针对初中年级学生设计，课程性质为科学探究与实践。
课程充分考虑了学生的认知水平、动手能力和探究兴趣，旨在通过家用太阳能供热系统这一主题，将物理知识与生活实际紧密结合，提高学生的科学素养和环保意识。
教学要求注重理论与实践相结合，鼓励学生主动参与、积极思考，通过实际操作来达成具体的学习成果，为后续的深入学习奠定基础。
二、教学内容本课程依据课程目标，紧密围绕以下教学内容展开：1. 太阳能基础知识：介绍太阳能的定义、来源、特点，以及太阳能转换为热能的原理。
- 教材章节：第三章“太阳能及其利用”2. 家用太阳能供热系统组成：详细讲解集热器、储热水箱、循环泵、控制器等组件的功能及工作原理。
- 教材章节：第四章“太阳能热水系统”3. 影响太阳能供热效率的因素：分析太阳辐射、环境温度、集热器安装角度等对供热效率的影响。
- 教材章节：第五章“太阳能热水系统设计与优化”4. 太阳能供热系统简易模型设计与绘制：指导学生分组设计并绘制家用太阳能供热系统简易模型。
- 教材章节：第六章“太阳能热水系统实践”5. 太阳能供热效率计算：教授学生运用物理和数学知识进行简单效率计算。
太阳能热水系统设计
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竖单排
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竖单排
Ф58×1500
Ф58×1800
Ф100×1700 Ф100×2000
1620 1580 1620 1880 1920 1800 2100
1000 892 1132 892 1132 1000 1000
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竖单排
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竖单排
19
31
50 129.8 88.6 11.3 77.0 13.0 65.5 15.3
20
30
50 125.6 91.6 10.9 79.6 12.6 67.7 14.8
21
29
50 121.4 94.7 10.6 82.4 12.1 70.0 14.3
22
28
50 117.2 98.1 10.2 85.3 11.7 72.5 13.8
86400
Qh 70243W
（2）热水量计算 取
qr 0.983 kg / L;tr 60C;t1 20C
代入公式 则
qrh
Qh
1.163(tr t1)r
qrh 1536L / h
式中：
Qh 热水系统设计小时耗热量； Kh 小时变化数，按表1取用； m 用水计量单位数，人数或床位数；
• 温升：40℃
•
1000kg热水所需能量：
•
1㎡集热面积产热量为：
•
1t热水所需要的集热面积为：
•
则3t热水所需要的集热面积为：
17.76㎡×3=53.28㎡
• 则集热器的规格选用按表3选取：
太阳能热水系统工程设计方案
太阳能热水系统工程设计方案1. 引言本文档旨在为太阳能热水系统的工程设计提供指导和方案。
太阳能热水系统是一种利用太阳能将水加热的环保、可持续的能源利用方式。
设计方案将包括系统的组成、工作原理、设计参数等内容。
2. 系统组成太阳能热水系统主要由以下组成部分构成：•太阳能热水集热器：负责将太阳能转换为热能的装置，通常由太阳能光热转换器和集热板组成。
•储水箱：用于存储热水，提供给用户使用。
•供回水系统：包括供水管道、回水管道、水泵等设备，用于循环流动热水。
•控制系统：用于监测和控制系统的工作状态，确保系统安全稳定运行。
3. 工作原理太阳能热水系统的工作原理如下：1.太阳能集热器吸收阳光并将其转换为热能，加热集热器内的工质（通常为水或其他液体）。
2.加热后的工质通过供回水系统循环流动，将热能传递给储水箱内的水。
3.水在储水箱内被加热，达到一定温度后供用户使用。
4.当储水箱内水温下降时，控制系统会启动水泵将冷水引入太阳能集热器进行加热。
4. 设计参数在太阳能热水系统的工程设计中，需要确定一些关键的设计参数，以确保系统的高效运行和满足用户需求。
4.1 太阳能集热器的选型太阳能集热器的选型应考虑以下参数：•集热器类型：平板式、真空管式、集成式等。
•集热面积：根据用户热水需求和当地太阳辐射情况确定。
•材料选择：耐高温、耐腐蚀性能好的材料，如铜、铝等。
•集热效率：要求高效率的集热器，确保充分利用太阳能转换热能。
4.2 储水箱容量储水箱的容量应根据用户热水需求和供水周期（如一天、一周）来确定。
一般来说，储水箱容量应能满足用户一天的用水量，并具备一定的保温性能。
4.3 供回水系统设计供回水系统设计包括供水管道、回水管道、水泵等设备的选型和布置。
应确保系统流动阻力小、水泵功率适宜，并考虑系统的安全性和可靠性。
4.4 控制系统设计控制系统应能监测和控制太阳能热水系统的运行状态，包括集热器温度、水泵运行状态等。
应考虑系统的安全保护和自动化控制功能。
太阳能热水系统课程设计计算书
太阳能热水器课程设计
太阳能热水器课程设计一、课题名称太阳能热水器课程设计二、课程目标1.深入了解太阳能热水器的知识及其工作原理；2.熟悉太阳能热水器的安装、使用和保养要求；3.掌握太阳能热水器的维修技术；4.了解太阳能热水器技术发展趋势。
三、课时安排1.太阳能热水器的结构及构成（1课时）2.太阳能热水器的工作原理及其特点（1课时）3.太阳能热水器的安装、使用和保养要求（2课时）4.太阳能热水器的检修和维修（1课时）5.太阳能热水器技术的发展趋势（1课时）四、教学内容1.太阳能热水器的结构及构成（1）太阳能热水器的组成部件；（2）太阳能热水器的构成及功能；（3）太阳能热水器所采用的传热介质、太阳能板等各种部件的选型及原理。
2.太阳能热水器的工作原理及特点（1）太阳能热水器的工作原理（2）太阳能热水器的优点及应用特点3.太阳能热水器的安装、使用和保养要求（1）太阳能热水器的安装要求（2）太阳能热水器的使用与保养要领4.太阳能热水器的检修和维修（1）太阳能热水器的检测方法（2）太阳能热水器的维修技术5.太阳能热水器技术的发展趋势（1）太阳能热水器技术发展现状（2）太阳能热水器技术的发展趋势五、教学过程1.教师介绍太阳能热水器的构成及功能，并结合图片和实物讲解；2.学生通过讨论了解太阳能热水器的工作原理及应用特点；3.学生分组完成太阳能热水器的安装、使用和保养要求；4.学生演示太阳能热水器的检修和维修；5.教师就太阳能热水器技术发展趋势进行讲解。
六、课后作业1.根据太阳能热水器的知识及要求撰写一份安装、使用和保养手册；2.搜集太阳能热水器技术发展的新动态；3.总结太阳能热水器的特点及应用前景。
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η cd = 0.50,η L = 0.20, 太 阳 能 保 证 率 按 表 3 （ 见 附 录 ） 取 值 为
f = 50 0 0 ， J T = 9840 kJ m 2 ,把以上各个参数代入公式计算得： 178 . 2 × 4 . 187 × ( 55 − 20 ) × 0 . 5 Ac = 9840 × 0 . 55 × ( 1 − 0 . 2 )
T = 55 � C , Ta = 25 � C , D0 = 0.3523 m, Di = 0.2523 m, λ = 0.03 w ( m 2 ⋅ k )
，把各个参数带入上述公式得：
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《新能源与节能技术》
太阳能热水系统设计
河南理工大学万方科技学院
q =
2 × π × ( 55 − 25 ) 1 0 . 3523 2 ln + 0 . 03 0 . 2523 11 . 63 × 0 . 3523
）
管型 可用
）
可用 可用 2
可用
1 )采取防冻措施后可用 2) 如不采用防冻措施， 应注意最低环境温度值及阴天持续时间
表 3 不同地区太阳能保证率的选值范围 资源区域划分 年 太 阳 辐 照 量 ／ [MJ 太阳能保证率 ／(m2·a)] I 资源丰富区 II 资源较富区 IlI 资源一般区 Ⅳ资源贫乏区 ≥6700 5400～6700 4200～5400 <4200 ≥60％ 50％～60％ 40％～50％ ≤40％
= 16.225 w m 2 .
该热流量还是比较小的，可以认为该系统的保温效果是合格的。 3 系统布局 3.1 储水箱定位 该用户住的是平顶房，屋顶有足够的承载能力，所以可以把储水 箱和集热器一同放在屋顶， 屋顶有足够大的面积还可以方便设备的安 装和维修。该系统循环为自然循环系统，为了促进热虹吸循环和防止 夜间倒流散热，水箱底部一般应比集热器顶部高 0 . 3m-0 . 5 m，系统 为全年都要运行，可以增加一个放在室内的储水箱，以利于储水箱保 温。储水箱要求与四周保持不小于 1 . 5 m 的距离，与顶面保持不小 于 0.5 m 的距离。 3.2 集热器定位、集热器定向以及集热器安装倾角 集热器可放置在屋顶，摆放面向正南或正南偏西 5 度方向。该系 统系统侧重在夏季使用，集热器安装倾角等于当地纬度减 10 度即 26 度; （注: 全玻璃真空管东西向放置的集热器安装倾角可适当减小） 3.3 集热器排间距 集热器离遮光物的最小距离可按式下计算:
η L — 管路及储水箱热损失率，无量纲;
JT
kJ m 2
;
— 当地春分或秋分所在月集热器受热面上月均日辐照量 ,
根据上述用户的基本情况确定式子中的各项参数，
Qc = 178.2kg , C w = 4.187 kJ (kg ⋅� C ) , tend = 55� C , ti = 20�C , 集 热
D = H × ctgαs
其中: D — 集热器离遮光物或集热器前后排间的最小距离 ;H —
遮光物最高点与集热器最低点间的垂直距离 ; as — 当地冬至日正
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太阳能热水系统设计
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午 1 2 时的太阳高度角 。
D = 0 . 8767
× cot 88
= 3.02
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m.
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可取实际面积为 3.0 m ，可以计算出真空管的数目为 15，有效长度 为 2m,管径为 10cm。 2.3 储水箱的容量 该系统是为普通用户设计的，对技术要求不是很高，可以采用常 压水箱。其容积可根据用户的日用水量来确定，经计算，设计的水箱 为圆筒形，壁厚为 8mm，长为 1.8m，底面面积为 0.05 m 。 2.4 储水箱的工艺及其保温 在储水箱的适当位置应设有通气口、溢流口、排污口；储水箱应 具有防腐蚀性，保持水质清洁；为了减少热量损失，储水箱应设有保 温层，水箱保温层为 50mm 厚聚氨酯发泡。保温层热损失计算，计算 公式见下式：
Ta
Ht
Hb
Sm
月份
7 27.4 16.776 14.812 216.9
8 26.2 15.663 14.979 224.3
9 21.7 14.884 16.498 224.4
10 15.8 12.093 16.003 216.4
11 7.9 9.089 14.162 182.2
12 1.1 7.657 13.854 171.9
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太阳能热水系统设计
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统的运行方式，确定的方式为自然循环；考虑到该系统全年都要运行
� 使用，运行期间的温度有低于 0 C 的情况，按表 2 （见附录）推荐
的方式选取的集热器类型为全玻璃真空管型的。 2.2 确定系统集热面积 集热器采光面积可按下式估算:
�
= 0 . 0307 m
4 系统使用说明及其功能介绍 系统工作原理流程图：
通气孔
溢流口
室外水箱
排污口 温控阀
散热器
室内水箱 用户使用
泵 水 源
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太阳能热水系统设计
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该太阳能热水系统大致工作原理为：该系统的水源由自来水提供， 送 入室外水箱，经加热达到所需温度后可以供用户使用。当水温超过用 户所需温度时，温控阀开启，水箱的一部分水被引入室内水箱，途中 经散热器的散热作用，使水温降低，这部分水与来自室外水箱的高温 水混合，使高温水温度降下来并达到用户所需温度，供用户使用； 当 用户用水量减少时，室内水箱的冷却水由水泵送回室外水箱，与高温 水混合， 使室外水箱的水温控制在一定的范围内， 使其水温不致太高； 该系统还有防冻功能，在冬季，当外界温度很低时，可以把室外水箱 的水引进室内水箱，防止室外水箱的水结冰。 系统优点是可以有效控制室外水箱水温和防冻；缺点是系统额外 加了一个水泵，会增加电耗。
Ac =
式中： Ac
Q
w
( t end − t i ) f J T η cd ( 1 − η L )
w
C
— 直接系统集热器采光面积，m2; — 日均用水量，k g ; — 水的定压比热容， kJ
Qw Cw η cd
( kg ⋅ � C ) ;
Tend — 储水箱内水的终止温度， �C ；
— 集热器年平均日集热效率，无量纲;
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太阳能热水系统设计
河南理工大学万方科技学院
设计题目 济南市郊区某户人家一共六人，全年都需要热水供应。试设计该 家庭的太阳能供热水系统。 1 调查用户基本情况 1 . 1 环境条件 济南市太阳能资源情况 济南 月份 维度 36 度 41 分;经度 116 度 59 分；海拔高度 52 米 1 -1.4 8.376 13.630 175 2 1.1 10.930 15.225 177.3 3 7.6 14.423 16.634 217.7 4 15.2 16.679 16.523 248.8 5 21.8 20.770 18.716 280.3 6 26.3 21.05 18.21 263.1
2
2
q =
T − Ta = Ri + Ra
2 π (T − T a ) 1 D 0 2 ln + λ Di α D
0
D。——保温层外径，单位为米(m)； Di ——保温层内径，单位为米(m)； 在经济厚度及热损失计算中， 设备和管道的保温结构外表面换热系 数 α一般取 11.63 W／(m2·K)。 根 据 已 知 条 件 查 的 上 述 公 式 中 的 各 项 参 数 ，
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� 水方式为全年都要供应热水，用水温度为 55 C ，用水流速按 1m/s
来计算。 1 . 3 场地情况及水电情况 根据实地考察，该用户居住的平顶房，房顶面积及其承载能能力 足以安装太阳能集热器和水箱， 所以太阳能集热器和水箱可以放在屋 顶， 又有房屋周围没有高层建筑物的遮挡， 所以不影响集热器的采光。 当地的水压和电压都非常稳定。 2 系统的设计 2.1 确定系统运行方式和集热器类型 根据用户基本条件、用户的使用需求及集热器与储水箱的相对安 装位置等因素综合加以确定，可按表 1（见附录）推荐的方式选取系
� 热水的供水温度以控制在 55～60 C 。因为当水温大于 60 C 时，
�
将加速设备与管道的结垢和腐蚀，增大系统的热损，降低供热水的安
� 全；而当水温比 55 C 低时，不易杀死滋生在水中各种细菌. 目前使 � 用的太阳能集热产品都是太阳能低温热利用产品，产出 45 C 左右额
热水时的集热效率最高。 基于以上统计结果及经验初步确定该家庭的日用水量为 30L，用
可用可用可用源自可用采取防冻措施可用
1）在温控器控制泵的方式下可用 2 )在温控阀控制的方式下可用 3 ) 在光电池控制直流泵的方式下可用
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表 2 集热器类型的选用 运行条件 集热器类型 平板型 全玻璃真空 热管式真空 管型 运行期内最 高于 0oC 低环境温度 低于 0oC 可用 不可用 1
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太阳能热水系统设计
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附录：
表 1 太阳热水系统运行方式的选用
运行条件
运行方式 自然循环 直流式 不宜用 1 不宜用 2 可用 可用
）
强迫循环 可用 不宜用 3 不宜用 可用
）
水压不稳 供电不足 即时用热水