随着学校生活热水系统的普及和应用规模的增大，学校学生生活热水系统中存在的问题也越来越多，热水系统运行费用居高不下。学校热水工程解决方案热水系统设计的合理性与经济性，决定了热水系统投资总额和运营费用的高低，为了避免造成资源浪费。学校热水工程解决方案设计主要合理安排以下三个问题：一是学生生活热水需求量；二是热水使用时间分配；三是设备选型。
一、学校生活热水需求量确定
学校热水量的确定主要根据《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2009)[35](以下简称规范)相关内容和要求确定。该规范指出，生活热水系统的生活热水需求量计算、设计小时热水量计算应以最高日生活热水用水定额为计算依据，并和热水使用小时变化系数等因素相关。利用不同热水定额得出系统小时耗热量，再根据耗热量得出系统小时热水量。
全日制学校供应热水系统设计小时耗热量计算
根据规范，对于需要保证全日24小时供应热水的宿舍(I、II类)、住宅、别墅等建筑的集中热水供应系统的设计小时耗热量应按下式计算：
公式中，Qh为设计小时耗热量(KJ/h)；m为用水计算单位数（人数或床位数）；qr为热水用水定额（L/人d）；C为水的比热容，一般取C等于4.187(KJ/Kg℃);tr为热水计算温度；tl为冷水温度，根据不同地区选取；Pr为生活热水的密度，一般情况取Pr=1(Kg/L)；Kh为小时变化系数，根据不同建筑类型按规范选取；T为每日使用时间，按照规范根据不同建筑类型和使用功能选取。
二、学校生活热水使用时间分配
学校生活热水系统的热水使用时间分配对系统设备的选型和运行有关键影响。生活热水使用时间分配没有一个明确的规定，主要通过热水系统的小时变化系数来反映，但有两种比较极端的情况：一种是在24小时内可以任意分布的热水系统，比如旅馆、别墅、住宅、招待所、带有住宿的托儿所等;另外一种是热水使用时间非常集中的热水系统，比如生产车间的工人浴室、体育场馆浴室、学生集中浴室等。
学校学生生活热水系统的热水使用时间分布规律介于宾馆和生产厂房之间，它既不像宾馆那样毫无规律，也不像生产厂房那样一成不变。规范里面对高校III类、IV类宿舍的卫生器具同时使用系数是按100%取值，即认为所有卫生器具会在同一时间使用，这显然与实际情况有所不符,具体应根据学生作息安排规律计算。
三、学校生活热水系统关键设备选型计算
1.太阳能加热设备选型计算
根据规范，当该地区日照时数大于1400(h/年)，且年太阳能辐射量大于4200(MJ/㎡·年)及年极端最低气温不低于-45℃的地区，宜优先采用太阳能作为生活热水供应热源。
太阳能储热水箱容积选型计算
公式中：Vr为太阳能热水系统贮水箱有效容积(L);Aj为太阳能集热器总面积(㎡);qrjd为太阳能集热器单位面积平均每日产热水量[L/(㎡d)]，根据集热器产品的实测结果确定。无条件时，根据当地太阳能辐量、太阳能集热器性能、太阳能集热器面积等因素按下列原则确定：直接式太阳能热水系统qrjd=(40～100)[L/(㎡d)];间接式太阳能热水系统qrjd(30～70)[L/(㎡d)]。
2.空气能热泵机组选型计算
太阳能热水系统只有在太阳能资源达到要求的情况下才能发挥预期的作用，由于太阳能具有不稳定性，因此需要设置辅助热源，确保太阳能资源不足时热水系统仍然能够正常供应热水。热泵机组的设计小时供热量按下式计算：
公式中：Qg为热泵机组设计小时供热量(kJ/h);qr为热水用水定额(L/人d或L/床d)，根据不同建筑类型和用途按规范取值;m为用水计算单位数(人数或床位数);rt为热水计算温度;tl为冷水计算温度，根据规范按地区选取;T为热泵机组设计工作时间(h/d)，取12h～20h;k1为安全系数，一般取k1=1.05～1.10。
空气能热泵机组储热水箱选型计算
对于全日制24小时热水供应系统，热泵机组储热水箱容积应根据热水系统日耗热量、热泵机组连续工作时间等因素综合确定，当条件不足时，可按下式计算：
公式中：Vr为贮热水箱有效容积(L);Qh为设计小时耗热量(kJ/h);Qg为设计小时供热量(kJ/h);T为设计小时耗热量持续时间(h);为有效贮热容积系数，贮热水箱、卧式贮热水罐η=0.80～0.85，立式贮热水罐η=0.85～0.90;2k为安全系数，一般取2k=1.10～1.20。对于定时供应热水系统，贮热水箱的有效容积宜为定时供应热水系统最大时段的全部热水量。
四、太阳能空气能热泵双热源中央热水系统
学校生活热水系统主要首选太阳能与空气能热泵双热源热水系统，根据需求满足学生用水量，采用太阳能+空气能热泵组合多热源热泵节能热水系统，在最大限度利用太阳能热水系统的情况下，又能保证在太阳能不足的时候，可以确保系统有足够的生活热水供应。通过优化系统设备配置，合理搭配能源组合，全自动智能系统控制，实现全天24小时不间断热水供应。
学校热水工程采用太阳能空气能热泵中央热水系统的实用意义
根据我国北方大部分地区的太阳辐照资料，太阳能空气能热泵中央热水系统中，太阳能直接加热可满足热水系统全年60—80%的热量需求，其余20—40%热量由太阳能辅助加热空气源热泵机组供应，热泵平均COP可达3.0，即其所供应热量有65%以上来自集热器不能直接利用的太阳能和空气热能。在整个系统运行中，集热器吸收的太阳能的利用率接近100%，辅助加热的电力消耗只占系统总能耗的7—14%，较常规能源的热水系统可至少节能85%以上。
