采用空氣源熱泵的學校集中熱水供應系統|最新資料

摘要：以廈門某中學學生宿舍樓為例，對采用空氣源熱泵為熱源的集中熱水供應系統的設計進行了研究，分析了利用空氣源熱泵制備熱水的優點。比較了空氣源熱泵、燃油熱水鍋爐、燃氣熱水鍋爐、電熱水鍋爐及太陽能熱水器的技術經濟性，利用空氣源熱泵制備熱水的技術經濟性最優。
關鍵詞：空氣源熱泵；集中熱水供應系統；學校
Centralized Hot Water Supply System Using Air Source Heat
Pump in Schools
YANG Xiu-mei
(Xiamen Eastern District Construction Supervision Co．，Ltd．，Xiamen 361009，China)
Abstract：Taking the student dormitory buildings of a middle school in Xiamen for example，the design of centralized hot water supply system using air source heat pump as heat source is studied，and the advantages of using air source heat pump to prepare hot water are analyzed．The technical economy of air source heat pump，oil-fired hot water boiler，gas-fired hot water boiler，electric hot water boiler and solar water heater is compared，and the technical economy of using air source heat pump to prepare hot water is optimal．
Key words：air source heat pump；centralized hot water supply system；school
廈門某中學高中部新建4棟5～6層的學生宿舍樓、共約450間宿舍、可容納學生2700人、采用集中熱水供應系統，考慮到該校學生全部為寄宿制且用水時間較集中，采用定時供水方式，每天定時供水1h。廈門冬季最低氣溫為2℃，且最低氣溫出現在學校寒假期間。本文對集中熱水供應系統設計進行研究。
1 集中熱水供應系統的設計
①設計依據的規范標準
設計中依據的規范及標準為：GB 50015—2003《建筑給水排水設計規范》、GBJ 16—87《建筑設計防火規范》、GB 50316—2000《工業金屬管道設計規范》、GB 50050—95《工業循環冷卻水處理設計規范》、GB 3096—82《城市區域環境噪聲標準》。
②熱源的確定
目前，以空氣源熱泵為熱源的集中熱水供應系統得到了廣泛應用，具有以下優點：a．安全可靠。利用空氣源熱泵制備熱水，避免了電熱水器、燃氣熱水器使用中存在的易觸電、易燃、易爆、易中毒等安全問題，是較為安全可靠的加熱設備。b．高效省電。空氣源熱泵的制熱性能系數可達4.0[1]，其用電量僅是傳統的電熱水器的1/4，可節省大量電能。c．使用壽命長。空氣源熱泵的使用壽命長達10a以上，且維護費用低。d．可全天候使用。空氣源熱泵可全天使用，彌補了一般太陽能熱水器受天氣影響，不能保證隨時供應熱水的缺陷。因此，該工程采用空氣源熱泵制備熱水。
③空氣源熱泵及蓄熱水箱的選型
每棟宿舍樓單獨設置集中熱水供應系統。空氣源熱泵及蓄熱水箱安裝于宿舍樓頂，熱水管道連接至已安裝好的進水接駁口。空氣源熱泵間接加熱蓄熱水箱中冷水至55℃，根據設定水溫自動控制運行狀態，當蓄熱水箱水溫下降5℃時空氣源熱泵自動啟動，確保蓄熱水箱水溫處于設定狀態。
對某棟宿舍樓的空氣源熱泵進行設備選型，空氣源熱泵設計熱負荷計算式為[2]：

式中Φ——空氣源熱泵設計熱負荷，kW
qv——單臺淋浴器的設計體積流量，m3/h，取0.21m3/h
Th——熱水溫度，K，取328K
Tc——自來水溫度，K，取288K
ρ——水的密度，kg/m3
cp——水的比定壓熱容，kJ/(kg·K)
n——同類型淋浴器數量，按112臺計算
b——淋浴器的同時使用率，取1
t——空氣源熱泵加熱時間，h
空氣源熱泵的工作時間一般設定在白天能效比較大的時段，設定工作時間為10h。由式(1)計算可得，空氣源熱泵的設計熱負荷Φ=109.42kW。每棟宿舍樓的設計熱水體積流量為23.52m3/h，每天定時供水1h，確定蓄熱水箱的容積為23.52m3。
考慮空氣源熱泵外形尺寸及價格，每棟宿舍樓選用制熱能力為70kw、額定熱水體積流量為1.5m3/h的空氣源熱泵2臺，配置2臺容積為12m3的蓄熱水箱。
④集中熱水供應系統的布置
集中熱水供應系統的布置見圖1。

Fig．1 Centralized hot water supply system
⑤系統調試
設備及管道安裝完畢并經試壓、沖洗后，即可進入調試階段。首先，按比例調整熱水供應系統的水量分配，并記錄平衡閥的相對開度。水量調整好后，鎖定所有平衡閥，并在調節手柄上用油漆做好標志。然后，按設計工況進行試運行，測定并調整蓄熱水箱中熱水溫度，使之符合設計要求。保持集中熱水供應系統連續運行不少于16h，并對其進行全面檢查、調整并考核各項指標，以全部達到設計要求為合格。
2 技術經濟性分析
在相同條件下，分別利用空氣源熱泵、燃油熱水鍋爐、燃氣熱水鍋爐及電熱水鍋爐，將1m3溫度為0℃的水加熱至35℃消耗的電量或燃料及費用見表1。電價為0.55元/(kW·h)，柴油價格為3.90元/kg，液化石油氣價格為10元/m3。柴油低熱值為42.7MJ/kg，液化石油氣低熱值為100.5MJ/m3。
表1 不同熱源制備熱水消耗的電量或燃料及費用
Tab．1 Power or fuel consumed by different heat sources for preparing hot water and cost
熱源 空氣源熱泵 燃油熱水鍋爐 燃氣熱水鍋爐 電熱水鍋爐
熱效率 3.50 O.80 0.80 0.95
消耗的電量或燃料 11.63kW·h 4.29kg 1.82m3 42.84kW·h
費用/元 6.40 16.73 18.20 23.56

利用空氣源熱泵制備熱水的費用最低，而且不存在漏油、漏氣進而發生火災、爆炸的危險。與太陽能熱水器相比，雖然兩種集中熱水供應系統的造價相差不大，但太陽能熱水器的出水溫度受天氣影響較大，每年有部分時間要利用輔助熱源加熱。因此，利用空氣源熱泵制備熱水的技術經濟性最優。
3 結語
該熱水供應系統已全面投入使用，運行情況良好，實踐證明采用空氣源熱泵制備熱水為學校帶來了良好的經濟效益及社會效益。
參考文獻：
[1]張享國．氣源熱泵在建筑熱水供應中的應用[J]．給水排水，2006，(1)：82—84．
[2]GB 50015—2003，建筑給水排水設計規范[S]．