黄冈空气源热泵+太阳能热水工程项目设计方案.docx
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黄冈空气源热泵+太阳能热水工程项目设计方案
第一章项目概况
项目名称：
黄冈空气源热泵+太阳能热水工程
建筑概况及热水需求简介：
本工程位于##省黄冈市。
日用水量为50T。
现针对此项目进行系统方案设计及设备选型：
制热水设备采用高效、节能、环保的“格力〞空气源商用热泵热水机组＋太阳能热水系统。
第二章系统设计
第一节设计理念
1、采用整合设计原则，从项目立项到施工设计的整个过程，综合考虑用户的建筑物、使用工况、设备规格及性能参数、系统配置及运行方式、使用和维护、节能与安全、经济效益等因素，均应符合工程系统的设计原则。
2、系统设计的先进性、安全性、可靠性、耐久性等综合考虑，采用太阳能和热泵相结合，优先使用太阳能系统，最大限度的为客户节约能源。
3、较好的经济效益和社会效益，为顾客提供舒适的用水环境。
第二节地理位置及气候
黄冈市位于江汉平原东部，长江中游与长江、汉水交汇处，属亚热带湿润季风气候，雨量充沛、日照充足，四季分明。
##市年内的气候变化较大。
初夏从每年的五月中旬开始，7月进入盛夏，气温最高气温大部分时候在37-39度，但最低气温比较高，一般在29-30度，加上湿度往往较大，常令人感到闷热难受。
十月之后进入初秋，气温逐渐下降，平均气温在20-25度，天气干燥，有时候气温也会异常达到接近30度或超过。
从秋天步入冬天往往很快，只要有冷空气南下，气温迅速下降。
12月底到次年2月是冬季，冬季的平均气温在一般在1-3度，天气好时可以有7-8度，但是有寒潮或雨雪时常常在0度以下，比较阴冷。
三月后进入初春，气温回升很快，最高气温可以到达20多度，但是低温还是比较低，三月到四月一定要小心倒春寒--常常一夜之间气温下降15-20度，大雪纷飞。
第三节系统计算说明
1．设计依据
建筑给水排水设计规范〔GB50015—2003〕
商业或工业用及类似用途的热泵热水机〔GB/T21362-2008〕
热泵热水系统选用与安装〔06SS127〕
给水排水设计基本术语标准〔GBJ125-89〕
给水排水标准图集：
给水设备安装〔国家建筑标准设计〕
给水排水设计手册第二册〔建筑给水排水〕
建筑给水排水和热水供应设计规范
全国民用建筑工程设计技术措施：
给水排水/暖通空调•动力
热泵产品样本及说明书
热泵智能环境模拟实验室的运行数据
客户提供的数据
2．设计参数
黄冈地区最冷月设计冷水水温：
5℃
设计供水温度：
55℃
设计日总用水量：
50T。
第四节空气源热泵选型计算
1．制热量
每天耗热量计算公式：
Qd=1000
qr
c
（tr-tL）
m
式中：
——日耗热量〔W〕；
qr——热水用水定额〔L/cap·d或L/b·d〕；
——水的比热，c=1（kcal/kg·℃〕；
——热水密度〔kg/L〕；
——热水温度〔℃〕；
——冷水温度〔℃〕；
m——用水计算单位数〔人数或床位数〕；
Kc——热损系数，取为1.05
Qd=1kcal/kg.℃×50×1000×〔55℃-5℃）×1.05=2100000kcal=3052.33kW
以机组工作13小时计〔热泵机组每天运行时间不超过13小时〕，则该热水系统设计小时耗热量为234.79kW。
2．热泵机组选型
本项目初定6台KFRS-39Z商用热泵机组。
环境温度〔20℃〕时，KFRS-39Z热泵机组制热量为39Kw。
则热泵数量为：
234.79kW÷39kW/台≈6台〔KFRS-39Z热泵机组〕
3．热泵机组循环水泵选型
循环水泵是用来连接水箱与热泵热水机组，与之连接成一个完整的循环系统。
采用一机对一泵的形式，有利于系统的正常运行。
初步考虑热泵和机组放在地面，尽量在同一平面。
根据热泵热水机组的各项功能参数，可确定循环泵的参数须满足：
Q≥6m³/h，H≥18m（单台机组循环流量为6m³/h）。
循环泵选择##南方8-20，0.75KW，6台。
4.水箱选型
本项目采用水箱倒水模式，热泵恒温水箱为不锈钢方形保温水箱，容积为50T，太阳能集热水箱为6T，具体尺寸根据现场情况确定。
5.供水泵选型
该项目设备置于楼顶屋面，向下水泵增压供水，采用24小时供水方式，经计算，设计秒流量5.2L/s，水泵扬程需满足顶层最不利点的流出水头，则水泵扬程初步估算应不小于15米。
可选用南方水泵CHL16-20，2台，变频控制。
6.辅助电加热
当环境温度低于5℃，热泵制热量衰减，同时机组出水温度也会略有下降，为保证机组在环境温度在-5℃仍能满足热水的生产要求，系统配备电辅助加热，环境温度-5℃时，KFRS-39Z型空气源热泵机组的制热量为17kW。
（234.79-17
6）=132.79kw≈140kw
综合考虑当地气候环境以及投资成本，系统配置功率为12kW的电辅助加热器4个。
7.软水处理装置
若热泵机组使用的为地下水、泉水等水质较硬的冷水，极容易导致冷凝器、进水管、出水管、循环水管路等严重结垢、腐蚀，致使机组冷凝效果严重变差，制热量衰减严重，高压排气偏高而出现故障报警，从而影响客户的正常热水供给。
因此，应根据当地水质情况选择合适的水处理装置。
8.管路材料
为保证系统的可靠性，管路材料选择符合国家标准的优质产品。
第五节太阳能系统计算说明
项目设计方案
一〕工程概况
该工程为黄冈太阳能结合空气源热水项目，位于##黄冈，设计用水量50T。
根据甲方要求，设计采用空气源热泵热水机组，辅助热源采用真空管太阳能生产热水，现对该项目太阳能结合空气源热泵热水系统设计方案。
二）工程地理位置与气侯条件
2.1、地理位置：
参照##气象站，##30°37′，东经114°17′
2.2、年日照时数：
##年均总日照时数2047小时，年平均日辐射量11.869MJ/（m2*d）[摘自《中国气象辐射资料年册〔纪录年代1951～1980〕》]
##纬度30°42′经度114°08′
月份
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Ti
3.7
5.8
10.1
16.8
21
25
28.7
28.2
23.4
17.7
11.4
6
Ht
6.524
7.808
8.83
12.407
14.008
14.756
17.308
16.96
13.294
10.248
8.333
7.022
Hd
4.074
5.001
5.723
7.651
80309
8.536
8.17
8.388
7.022
5.345
4.377
3.765
Hb
2.45
2.807
3.107
4.755
5.788
6.22
9.137
8.572
9.272
4.903
3.955
3.257
H
11.811
14.862
16.513
17.76
18.767
18.05
15.883
15.239
16.03
14.463
11.822
10.776
Sm
110
105.8
119.2
156
187.3
185.3
239.6
248.7
182.4
166.3
148.9
140.7
Ti月平均室外温度
Ht水平面太阳总辐射月平均日辐照量
Hd水平面太阳散辐射月平均日服找量
Hb水平面太阳直射辐射月平均日照辐射量
H倾角等于当地纬度倾斜表面上月平均日照辐射量
2.3、气候：
北亚热带季风气候，冬干〔冷〕夏湿，春暖秋凉，全县年平均气温16.4℃，极端最高气温41.6℃，极端最低气温-14.6℃，无霜期平均240天。
全年降雨多集中在5、6、7三个月。
三）设计水量
依据《民用建筑太阳能热水系统工程技术手册》GB50015-2003〔2009版〕中热水消耗定额的标准：
序号
建筑物名称
单位
最高日用水
定额〔L〕
使用时间〔h〕
1
住宅
有自备热水供应和淋浴设备
有集中热水供应和淋浴设备
每人每日
每人每日
40——80
60——100
24
2
别墅
每人每日
70——110
24
3
酒店式公寓
每人每日
80——110
24
4
宿舍
I类、II类
III类、IV类
每人每日
每人每日
70——100
40——80
24或定时供应
5
招待所、培训中心、普通旅馆
设公共盥洗室
设公共盥洗室、淋浴室
设公共盥洗室、淋浴室、洗衣室
设单独卫生间、公用洗衣室
每人每日
每人每日
每人每日
每人每日
25——40
40——60
50——80
60——100
24小时或定时供应
6
宾馆客房
旅客
员工
每床位每日
每人每日
120——160
40——50
24
7
医院住院部
设公共盥洗室
设公共盥洗室、淋浴室
设单独卫生间
医务人员
门诊部、诊疗所
疗养院、休养所住房部
每床位每日
每床位每日
每床位每日
每人每班
每病人每次
每床位每日
60——100
70——130
110——200
70——130
7——13
100——160
24
8
24
8
养老院
每床位每日
50——70
24
9
幼儿园、托儿所
有住宿
无住宿
每儿童每日
每儿童每日
20——40
10——15
24
10
10
公共浴室
淋浴
淋浴、浴盆
桑拿浴〔淋浴、按摩室〕
每顾客每次
每顾客每次
每顾客每次
40——60
60——80
70——100
12
11
理发室、美容院
每顾客每次
10——15
12
12
洗衣房
每公斤干衣
15——30
8
13
餐饮业
营业餐厅
快餐店、职工及学生食堂
酒吧、咖啡厅、茶座、卡拉OK房
每顾客每次
每顾客每次
每顾客每次
15——20
7——10
3——8
10——12
12——16
8——18
14
办公楼
每人每班
5——10
8
15
健身中心
每人每次
15——25
12
16
体育场〔馆〕
运动员淋浴
每人每次
17——26
4
17
会议厅
每座位每次
2——3
4
表5.1.1-2卫生器具的一次和小时热水用水定额及水温
序号
卫生器具名称
一次用水量
（L）
小时用水量
（L）
使用水温
（℃）
1
住宅、旅馆、别墅、宾馆、酒店式
公寓
带有淋浴器的浴盆
无淋浴器的浴盆
淋浴器
洗脸盆、盥洗槽水嘴
洗涤盆（池）
150
125
70～100
3
—
300
250
140～200
30
180
40
40
37～40
30
50
2
宿舍、招待所、培训中心
淋浴器:
有淋浴小间
无淋浴小间
盥洗槽水嘴
70～100
—
3～5
210～300
450
50～80
37～40
37～40
30
3
餐饮业
洗涤盆（池）
洗脸盆工作人员用
顾客用
淋浴器
—
3
—
40
250
60
120
400
50
30
30
37～40
4
幼儿园、托儿所
浴盆:
幼儿园
托儿所
淋浴器:
幼儿园
托儿所
盥洗槽水嘴
洗涤盆（池）
100
30
30
15
15
—
400
120
180
90
25
180
35
35
35
35
30
50
5
医院、疗养院、休养所
洗手盆
洗涤盆（池）
淋浴器
浴盆
—
—
—
125～150
15～25
300
200～300
250～300
35
50
37～40
40
6
公共浴室
浴盆
淋浴器:
有淋浴小间
无淋浴小间
洗脸盆
125
100～150
—
5
250
200～300
450～540
50～80
40
37～40
37～40
35
7
办公楼洗手盆
—
50～100
35
8
理发室美容院洗脸盆
—
35
35
9
实验室
洗脸盆
洗手盆
—
—
60
15～25
50
30
10
剧场
淋浴器
演员用洗脸盆
60
5
200～400
80
37～40
35
11
体育场馆淋浴器
30
300
35
12
净身器
10～15
120～180
30
表5.3.1热水小时变化系数值h
类别
住宅
别墅
酒店式公寓
宿舍
（I、II类）
招待所培训中心、普通旅馆
宾馆
医院
幼儿园托儿所
养老院
热水用水
定额
[L人〔床〕
·d]
60~100
70~110
80~100
40～80
25~50
40~60
50~80
60~100
120~160
60~100
70~130
110~200
100~160
20~40
50~70
使用人
〔床〕数
≤100～
≥6000
≤100～
≥6000
≤150～
≥1200
≤150～
≥1200
≤150～
≥1200
≤150～
≥1200
≤50～
≥1000
≤50～
≥1000
≤50～
≥1000
Kh
4.8
~2.75
4.21
~2.47
4.00
~2.58
4.80
~3.20
3.84
~3.00
3.33
~2.60
3.63
~2.56
4.80
~3.20
3.20
~2.74
表5.1.4冷水计算温度〔℃〕
区域
省、市、自治区、
行政区
地面水
地下水
区域
省、市、自治区、行政区
地面水
地下水
东北
##
4
6～10
东南
##
偏北
4
10～15
##
4
6～10
大部
5
15～20
##
大部
4
6～10
##大部
5
15～20
南部
4
10～15
##大部
5
15～20
华北
4
10～15
##
北部
5
15～20
##
4
10～15
南部
10～15
20
##
北部
4
6～10
##
10～15
20
大部
4
10～15
中南
##
北部
4
10～15
##
北部
4
6～10
南部
5
15～20
大部
4
10～15
##
东部
5
15～20
内蒙
4
6～10
西部
7
15～20
西北
##
偏北
4
6～10
##
东部
5
15～20
大部
4
10～15
西部
7
15～20
秦岭以南
7
15～20
##、港澳
10～15
20
##
15～20
17～22
##
南部
4
10～15
西南
##
7
15～20
秦岭以南
7
15～20
##
7
15～20
##
偏东
4
10～15
##大部
7
15～20
##
偏东
4
6～10
##
大部
7
15～20
南部
4
10～15
南部
10～15
20
##
北疆
5
10～11
南疆
—
12
乌鲁木齐
8
12
东南
##
4
10～15
##
大部
10～15
20
##
5
15～20
偏北
7
15～20
##
5
15～20
##
—
5
设计水量：
热水系统日提供55℃热水50m³
冷水计算温度：
全年平均15℃，冬季计算温度5℃。
四）设计参照标准
（1）《太阳能热水系统设计、安装及工程验收技术规范》GB/T18713-2002
（2）《太阳能热水系统性能评定规范》GB/T20095-2006
（3）《真空管型太阳能集热器》GB/T17581-2007
（4）《全玻璃真空太阳集热管》GB/T17049-2005
（5）《太阳能集中热水系统选用与安装》图集06SS128
（6）《建筑给水排水设计规范》〔2009版〕GB50015-2003
（7）《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》GB50242-2002
（8）《给水排水管道工程施工及验收规范》GB50268-2008
（9）《建筑物防雷设计规范》
（10）《建筑结构荷载规范》
（11）《钢结构设计规范》GB50017-2011
（12）《设备及管道绝热技术通则》GB4272-2008
（13）《管道及设备绝热》国家建筑标准设计图集08R418
（14）《家用和类似用途电器的安全热泵、空调器和除湿机的特殊要求》
GB4706.32-2012
（15）《商业或工业用及类似用途的热泵热水机》GB/T21362-2008
（16）《热泵热水系统选用及安装》06SS127
（17）《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇—给水排水》
（18）《全国民用建筑工程设计技术措施节能专篇—暖通空调动力》
五〕设备选型计算
太阳能+空气源热水系统主要包含真空管太阳能集热器、空气源热泵机组、集
热保温水箱、供热水箱、循环水泵、相应的阀门和控制系统。
5.1太阳集热器采光面积的确定
太阳能热水系统的集热器采光面积可根据系统的换热方式、日平均用水量、用水温度确定、当地日均太阳辐照量、太阳能保证率、集热器全日集热效率等参数进行计算。
Ac————直接系统集热器总面积，㎡；
Qw————日均用水量，kg；
tend————储热水箱内水的设计温度，℃；55℃
Cw————水的定压比热容，KJ/〔㎏·℃〕;4.187KJ/〔㎏·℃〕
ti————水的初始温度，℃；取年平均15℃
JT————当地集热器采光面上的年平均日辐照量，KJ/㎡；11869KJ/㎡
f————太阳能保证率%，无量纲；根据系统使用周期内的太阳辐照、系统经济性及用户要求等因素综合考虑后确定，宜为30%～80%；无量纲38%
ηc———集热器的年平均集热效率；根据经验取值宜为0.25～0.50，具体取值应根据集热器产品的实际测试结果而定0.45
————管路及储水箱热损失率，无量纲；国标根据经验值取0.2～0.3。
0.2
以上公式中各个参数的取值
Ac
=744.73㎡
结合实地安装面积，此项目选用四季沐歌全玻璃真空管太阳集热器，平均日提供热水35m³〔温升40℃〕，其余热量由空气源热泵机组提供。
第六节系统工作原理
1、为了能够充分利用太阳能，系统采用双水箱，太阳能循环系统单独设置水箱，在运行过程中，太阳能集热器能够不断地对水箱进行加热。
热泵系统的水来自太阳能系统水箱，保证进入热泵系统的水都是经过太阳能系统预热的，如果水温达到设定温度，则热泵系统不再启动，如果水温低于设定温度，热泵启动继续加热。
2、系统组成：
一台50T水箱与6台KFRS-39Z热泵机组加热，1台6T水箱与太阳能集热器连接循环加热；
3、系统初始运行时，手动补水至水箱溢流水位后，停止补水转由系统自动控制。
4、集热水箱根据液位SL2补水。
恒温水箱根据水箱液位和温度控制，当SL1低液位信号和水箱高温信号送至倒水泵时，倒水泵启动进行补水；当SL1高液位信号或水箱低温信号送至倒水泵时，倒水泵关闭停止补水。
水箱液位、温度的设定可根据实际情况调整。
5、太阳能集热系统采用温差循环。
当集热器内的水温比水箱内水温的高出值大于设定温度时，集热器循环泵启动；当集热器内的水温比水箱内水温的高出值小于设定温度时，集热器循环泵关闭。
6、热泵的启停受恒温水箱温度控制，也可以手动控制。
当水箱温度低于设定温度时，热泵启动加热；当水箱温度高于设定温度时，热泵关闭。
7、热水供水采用水泵增压供水，变频控制。
回水设电磁阀，由回水温度控制器根据回水管网内的水温控制。
8、太阳能集热器管路设有防冻循环措施。
当循环管路水温低于设定温度时，开启集热器循环泵；当循环管路水温达到设定温度时，关闭水泵。
第三章热泵产品介绍
1.热泵机组工作原理
热泵是利用设备内的吸热介质〔冷媒〕从空气或自然环境中采集热能，经压缩机压缩后提高冷媒的温度，并通过热交换器冷媒放出热量加热冷水，同时排放出冷气，制取的热水通过水循环系统送入用户进行采暖或直接用于热水供应。
一台热泵装置主要有蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四部分组成，通过让工质不断完成蒸发〔吸取环境中的热量〕→压缩→冷凝〔放出热量〕→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中〔如图〕
热泵在工作时，把环境介质中贮存的能量QA在蒸发器中加以吸收；它本身消耗一部分能量，即压缩机耗电QB；通过工质循环系统在冷凝器中进行放热QC，QC=QA+QB，由此可以看出，热泵输出的能量为压缩机做的功QB和热泵从环境中吸收的热量QA；因此，采用热泵技术可以节约大量的电能。
格力热泵机组，一年四季可全天候运行，管理方便，安全可靠，不需设机房及专职人员，可节省每年的人工费用，年检费用，燃料采购费用等，只要少量电能，即可产生大量热水，且不产生任何污染，即响应了国家倡导的利用可再生能源的号召，又可体现管理者绿色、节能、环保的意识和理念，使用寿命能达10年以上。
2.格力空气源热泵功能特点
〔1〕个性配置，合理节能
技术节能增加1/3的蒸发器面积以更大的吸取低位热源中的免费热量，制热效率〔COP〕最高达6.5，在常规运行下比其他热水设备节省75%的电能，40%的天然气、煤气和50%柴油的运行成本。
系统节能每项机组的定型都经过国家级实验室多达3000多次的实验测试，调试评估出机组系统的最优化配置方案及机组最合理的COP值。
区域最佳节能调配行业最完整的区域四季温度数据库，每款机组出厂前都针对当地区域四季温度进行特性调试，以达到机组在特定区域一年四季保持最佳运行状态。
〔2〕多重保护，更加安心
系统保护内设有高低压保护、压缩机过流过载保护，启动延时，水流量保护，水温高温保护等多重安全保护！
电器保护压缩机过载保护、漏电保护、接地保护、相序保护、蒸发压力超高保护、排气过高保护、进出水温差过大保护、出水超高温保护等！
出厂检测系统保压、卤检、二道卤检等，保证出厂的每台机组100%合格率！
〔3〕科技领先，智能体现
高冲击对流抗垢设计，电分离水中的钙镁离子，防止冷凝器结垢，确保机组使用寿命延长！
自动能量调节器，自动调节季节气候温差，确保机组在四季正常稳定运行，不会出现超负荷运行，更加延长机组使用寿命，同时达到更高的能效比。
微电脑智能控制，水箱水温、水位双重自动控制，自动循环加热，不受天气条件限制，可一年四季全天候运行，无需专人看护，根据用户用水需要，实现定时、定温供水，可在10℃-55℃之间自由设定水温。
〔4〕绿色产品，共享环保
仅用微量电能驱动，低能源消耗，热泵机组运行过程中没有任何污染物排放，符合国家对能源利用、环保的要求，属于绿色环保产品。
〔5〕品质卓越，优化系统
选用全球知名品牌高温压缩机，膨胀阀，智能芯片，经公司技术人员优化配置，确保机组系统运转最佳，并同时将机组使用寿命延长达到10年以上。
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