浅谈宿舍热泵热水系统计算和设备选型.docx

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浅谈宿舍热泵热水系统计算和设备选型

摘要：

本文通过某中学宿舍生活热水系统工程实例对集中热水供应系统设计涉及到的设计参数的选取、耗（供）热量计算和主要设备选型等问题进行阐述和探讨。

         关键词：

定时集中热水供应系统；空气源热泵；设计小时耗（供）热量；设备选型；

         建筑生活热水供应系统是现代生活必不可少的重要设施，也是耗能较大的设施之一。

学校学生宿舍管路设计较为复杂，且用水高峰时间较为集中，对集中热水供应系统设计要求更高。

现以一工程实例阐述宿舍集中热水供应系统的相关计算和主要设备选型。

（一）工程概况

         该项目为江门市骏凯豪庭中小学校（全日制学校），位于江门新会。

项目分别由中学综合楼、小学综合楼、教学楼、体育馆、幼儿园和配套公建组成。

其中中学综合楼和小学综合楼的宿舍采用集中热水供应系统。

因两栋建筑相距较远，且相对独立，故各自设置独立热水系统。

现以中学宿舍为例进行相关计算和设备选型（小学宿舍热水系统类同）。

         中学综合楼首层为饭堂，2~4层为宿舍，共117间宿舍，每间宿舍10人，属III、IV类宿舍（最高日热水用水定额40~80L/人*日），总住宿人数1170人。

每间宿舍内有两个淋浴间（蹲位设于淋浴间内）、两个盥洗盆。

系统供应淋浴、盥洗用热水。

（二）系统选择

         通过对不同类型热水系统的能耗和投入成本对比分析，最终选用空气源热泵供热水方式。

因江门地区最冷月平均气温不彽于10℃,故不需设置辅助热源。

为使系统冷热水供水压力平衡、降低能耗，系统采用闭式承压保温水箱蓄热。

蓄热水箱及加热设备设于天面。

因最高日用热水量大于30m3，故在天面热水回水管上设置膨胀罐。

热水管网采用同程布置，确保用水点能及时出热水，避免造成不必要的浪费。

（三）空气源热泵的选型

         中学宿舍用水特别集中，主要集中在17:

00~19:

00、21:

00~22:

00两个时段，其中17:

00~22:

00热水用量占全天用水量的70%~80%以上，见下图：

         因宿舍用水具有很明显特点：

用水时间集中，洗漱时间短、学生多、用水器具少、热水采用IC卡收费，故实际可视为定时供应热水。

因有以上特点，导致人均用水量较少，故最高日热水用水定额（qr）取最小值即40L/人*日。

         定时集中热水供应系统的设计小时耗热量应按下式计算：

式中：

——设计小时耗热量（kJ/h）；

                 ——卫生器具热水的小时用水定额（L/h）；

                    ——水的比热，；

                    ——使用温度（使用水温）（℃）；

                 ——冷水温度（℃）；；

                   　——热水密度（kg/L）；

                   　——同类型卫生器具数；

                   　——同类型卫生器具的同时使用百分数。

；

                    ——热水供应系统的热损失系数，；

宿舍热水设计参数见下表：

                                                 　　热水设计参数表

（一）

         根据以上公式和设计参数表可计算得设计小时耗热量

         空气源热泵的设计小时供热量应按下式计算：

         式中：

——空气源热泵设计小时供热量（kJ/h）；

                 ——热水用水定额（由上述分析得该项目取40L/人*d）；

                 ——用水计算单位数（该项目为1170人）（人数或床数）；

                 ——热水设计温度，=60（℃）；

                 ——热水密度（kg/L），60（℃）热水密度=0.983（kg/L）；

                 ——热泵机组设计工作时间（h/d）,取8h~16h，该项目取14h；

         由上式可得该项目设计小时供热量：

         根据热泵的特性，在年最低气温，最不利情况下，设备每天工作时间取8-16h比较合理，热泵机组每天的工作时间与环境温度高低有关，温度越高，机组的制热量就越高，同时冷水温度也越高。

通过对宿舍用水集中时间段和昼夜温差对能耗影响的综合考虑（见下图表），该项目热泵机组设计工作时间取14h。

         跟据以上算得的设计小时供热量，可进行空气源热泵的选型（注意：

应按项目所在地最低月平均环境温度所对应的热泵制热量进行热泵选型；按项目所在地最高环境温度所对应的热泵输入功率进行配电）。

         热泵设备布置时需注意：

应安装于露天室外，如因安装限制，通风条件差，则需安装导风管；应尽量避开条件恶劣（如油烟重、风沙大）的区域；设备安装区域下方尽量为非办公区或生活区；设备底部需安装弹簧减震器，要求较高的情况下，设备安装基础可做浮筑减震平台。

据热泵厂家测试，热泵水垢厚度每增加1mm，能效损失约增加8%，故设备进、出口处建议安装反冲洗阀，便于后期除垢处理。

（四）保温水箱的选型

         定时热水供应系统的贮热水箱的有效容积宜为定时供应热水的全部热水量。

         设计小时热水量由以下公式计算确定：

         式中：

——设计小时热水量（L）；

                   ——设计热水温度（℃）；

         热泵贮热水箱由以下公式计算确定：

         式中：

——贮热水箱（罐）总容积（L）；

               ——设计小时耗热量持续时间（h）；全日集中热水供应时T1取2~4h；定时供应系统T1为定时供水的时间（本项目为2h）。

         由上式计算得热泵贮热水箱容积为46.8m3，本项目在天面设置5个有效容积为10立方的承压保温水箱。

（五）热泵循环泵的选型

         热泵与贮热水箱连接间的循环水泵的流量和扬程应按下列公式计算：

         式中：

——热泵循环水泵流量（L/s）；

                   ——考虑水温差因素的附加系数，K2=1.2~1.5（取1.2）；

                   ——热媒进、出水温差，=5℃~10℃（取5℃）；

               ——热泵循环水泵扬程（kPa）；

                    ——循环流量通过循环管道的沿程与局部阻力损失（kPa）；

                    ——循环流量通过热泵冷凝器的阻力损失（kPa）；

                    ——附加阻力（kPa）；

         跟据以上公式算得的热泵循环泵流量和扬程可对热泵循环泵进行选型。

需要注意的是热泵与热泵循环泵需一对一布置，这样才能确保配水均匀，保证热泵在最佳工况下运行，同时热媒系统可灵活控制，可靠性更高。

（六）热水循环泵的选型

         定时集中热水供应系统的热水循环流量可按循环管网总容积的2倍~4倍计算（即1小时循环2~4次）。

循环管网总水容积包括配水管、回水管的总容积，不包括不循环管网、水加热器或贮热水设施的容积。

本项目热水管网容积约为4m3,循环流量按3倍计算，则热水循环流量为：

式中：

——热水循环流量（m3/h）；

         V——热水管网水容积（m3）；

         热水循环水泵的流量按下式计算：

         式中：

——热水循环水泵流量（m3/h）；

         ——相应循环措施的附加系数，Kx=1.5~2.5，该项目取1.5；

         热水循环水泵的扬程按下式计算：

         式中：

——循环水泵的扬程（KPa）；

         ——循环流量通过配水管网的水头损失（KPa），本项目计得50Kpa；

         ——循环流量通过回水管网的水头损失（KPa）,本项目计得80Kpa；

         跟据以上公式算得的热水循环泵流量和扬程可对热水循环泵进行选型。

         设置回水管目的是及时得到热水，减少浪费。

但是设置回水管路也会有一定的热量损耗，所以定时供水仅在用水之前作循环回水即可，进入正常供水时段可不再设置回水。

结语：

         集中热水供应系统的设备选型直接影响到能耗的大小，所以在设计过程中需要重视设计参数的取值和计算过程。

在设计过程中需结合项目特点和实际情况进行具体分析计算。

切勿凭借经验根据大概估算值进行设备选型。

参考文献：

         [1]《建筑给水排水设计标准》GB50015-2019，中国计划出版社，2019.

         [2]《全国民用建筑工程设计技术措施（给水排水）》，中国计划出版社，2009.

         [3]《建筑给水排水设计手册》，中国建筑工业出版社，2004.