推薦產品
學習分享：學校空氣源熱泵熱水器方案如何設計？
該案例為福建省莆田市某中學的洗浴熱水項目，于2017年6月啟動施工安裝，7月全部完成系統安裝與調試并正常運行。
1.項目概況
1.1項目介紹
本項目為福建省某中學洗浴熱水項目，共有2個熱水需求點：宿舍樓一棟共129間宿舍，學術交流中心一棟共80間客房，共配置3臺20匹循環式空氣源熱泵熱水器，10匹和5匹直熱式空氣源熱水器各1臺。
該工程于2017年6月施工，2017年7月全部完成系統安裝與調試并正常運行。
1.2甲方要求
學生宿舍樓一棟，129間6人間宿舍，學術交流中心一棟，80個客房共125個床位，分別滿足學生宿舍、學術交流中心熱水需求；此外，學術交流中心要直補熱水；熱水供水溫度：不低于50℃；供水采用變頻增壓供水，循環水泵應與學校熱水系統相匹配。
2.設計依據(略)
3. 設計參數
3.1冷水補充溫度
冷水的計算溫度，應以當地最冷月份平均水溫資料確定，當無水溫資料時，可采用下表進行取值。本項目冷水計算水溫取10℃。
表1：我國各地區最冷月平均水溫數據（部分）
|
區域 |
省、市、自治區、行政區 |
地面水℃ |
地下水℃ |
|
|
東南 |
江蘇 |
偏北 |
4 |
10-15 |
|
大部 |
5 |
15-20 |
||
|
江西大部 |
5 |
15-20 |
||
|
安徽大部 |
5 |
15-20 |
||
|
福建 |
北部 |
5 |
15-20 |
|
|
南部 |
10-15 |
20 |
||
|
臺灣 |
10-15 |
20 |
||
3.2室外氣象參數
通過查設計規范知，莆田附近的福州地區室外設計計算參數如下表：
|
城市名稱 |
計算溫度（℃) |
|||||
|
年平均 |
冬季采暖 |
冬季通風 |
冬季空調 |
極端最高 |
極端最低 |
|
|
福州 |
19.8 |
6.3 |
10.9 |
4.4 |
39.9 |
-1.7 |
4.系統選型
4.1用水量確定
查集體宿舍及其他公共建筑生活用水規范，并結合校方用水意見，最終確定學生宿舍每日用水量54.18噸、學術交流中心每日用水量15噸，熱水供應溫度50℃。
4.2空氣源熱泵主機選型
考慮到本系統的實際熱水需求與供水形式，同時考慮到當地環境溫度，宿舍樓選用的空氣源熱泵熱水器，可在-15℃環境正常運行；學術交流中心選用的空氣源熱泵熱水器，可定溫補水。
熱泵安裝處計算環境溫度：10.9℃；冷水計算水溫：10℃。
所需機組總制熱能力根據如下公式進行計算：Qr＝C•M•△t/3600
其中：Qr——日耗熱量，kW•h；C——水的比熱，取C＝4.187kJ/(kg•℃)；M——被加熱水的質量，L/天；△t——水終溫與水初溫的溫差，℃；
經計算得：
學生宿舍Qr=4.187×54180×(50-10)÷3600=2520.57kWh；
學術交流中心Qr=4.187×15000×(50-10)÷3600=697.83kWh；
①學生宿舍用熱泵選型
宿舍用空氣源熱泵熱水器，其制熱量修正曲線如下圖：
冬季環境工況計算：室外環境溫度10.9℃時，此時熱泵機組制熱量為：53kW，選取3臺，則熱泵機組冬季工作時間為：2520.57kWh÷53kW/臺÷3臺=15.85h，滿足冬季運行小于18小時的需求。
輔助能源功率：4.4℃時熱泵制熱量為21kW，熱泵工作時間2520.57kWh÷44kW/臺÷3臺=19.10h＜24h，無需電輔。
②學術交流中心用熱泵選型
學術交流中心的兩臺空氣源熱泵熱水器產水量修正曲線如下圖：
冬季環境工況計算：室外環境溫度10.9℃時，此時熱泵機組產熱水量分別為340L/h、590L/h，則選用1臺5匹和1臺10匹的產熱水量為340+590=930L/h，熱泵工作時間為15000L÷930L/h=16.13h，滿足冬季運行小于18小時的需求。
輔助能源功率：4.4℃時熱泵產水量為290+490=780L/h，熱泵工作時間15000L÷780L/h =19.23h＜24h，無需電輔。
4.3空氣源熱泵機組循環泵的選型
當機組安裝低于水箱時，水箱與機組之間的高度差不應大于8m，超過8m時應安裝中間過渡水箱；當機組安裝高于水箱時，則要注意循環水泵的選型，在克服高落差的情況下務必保證單機循環流量不低于循環保溫水流量規定值。
①循環泵流量
按照如下公式進行計算：Φ循環=1.05~1.1Φ1*N
其中：Φ1——單臺機組循環保溫水流量，m3/h；N——所安裝機組臺數，3臺。
則學生宿舍熱泵循環泵流量為：1.05×13m3/h/臺×3臺=40.95m3/h。
②循環泵揚程
H＝1.1～1.2×（Z1＋Z2＋Z3＋0.05L）
其中：Z1——系統最高點與水泵吸水口高度差，取2m；Z2——管道局部阻力損失，單位m，估算時可按3m取值；Z3——并聯熱泵機組最大阻力，70kPa折合7m；L——水管長度，單位m，估算為20m；
則：本系統熱泵循環泵揚程為：1.1×（2+3+7+0.05×20）=14.3m。
根據計算，學生宿舍熱泵循環水泵選用兩臺IPL80/110-4/2，1用1備。
同理計算出學術交流中心5匹熱泵循環泵采用兩臺MHI202，1用1備；10匹熱泵循環泵采用兩臺MHI802，1用1備。
5.系統控制及說明
5.1 控制系統
機組自帶微電腦智控系統，并配置線控式手操器，最遠距離可可根據回水溫度、進水溫度、水箱溫度控制機組壓縮機的啟停，來達到節能的目的。另外，熱泵機組自帶低水溫保護、缺水保護、高低壓保護等功能。當熱泵主機缺水運行時，會開啟水流故障報警，關閉壓縮機及水泵的運行。
5.2其他說明
A.系統直熱補水，溫度調節: 35～60℃
B.系統采用循環保溫加熱，溫度20～60℃可調節
C.定時開/關機：時間隨意設定，滿足錯峰用電需求，進一步降低運行費用。
D.定時回水功能：用戶可根據實際用水情況設定最多10段定時回水時段，達到節能的作用。
E.防凍功能：機組側和用戶側自動防凍設計，有效保護機組側運行及用戶側用水需求
F.機組其他功能：掉電記憶功能；運行狀態顯示：加熱、循環保溫、除霜、清洗；故障自動檢測與顯示；系統各溫度點的查看；自動化霜；清洗功能等等。
6.系統圖
|
|
燃氣鍋爐 |
燃煤鍋爐 |
電鍋爐 |
空氣源熱泵 |
||||
|
能源種類 |
天然氣 |
單位 |
煤炭 |
單位 |
電 |
單位 |
電 |
單位 |
|
熱值 |
35982.40 |
kJ/m3 |
16736.00 |
kJ/Kg |
3598.24 |
kJ/度 |
3598.24 |
kJ/度 |
|
能效比 |
0.90 |
0.60 |
0.95 |
4.50 （19.8℃） |
||||
|
燃料價格 |
3.00 |
元/m3 |
0.65 |
元/Kg |
0.75 |
元/度 |
0.75 |
元/度 |
|
年供水天數 |
300.00 |
天 |
300.00 |
天 |
300.00 |
天 |
300.00 |
天 |
|
日供熱水量 |
69180.00 |
Kg |
69180.00 |
Kg |
69180.00 |
Kg |
69180.00 |
Kg |
|
每日耗熱量 |
11586266.4 |
kJ |
11586266.4 |
kJ |
11586266.4 |
kJ |
11586266.4 |
kJ |
|
日均消耗燃料 |
357.78 |
m3 |
1153.83 |
Kg |
3389.45 |
kWh |
715.55 |
kWh |
|
年消耗燃料 |
10.73 |
萬m3 |
346.15 |
噸 |
101.68 |
萬kWh |
21.47 |
萬kWh |
|
日均運行費用 |
1073.34 |
元/天 |
749.99 |
元/天 |
2542.09 |
元/天 |
536.66 |
元/天 |
|
人工維護費用 |
4000.00 |
元/年 |
20000.00 |
元/年 |
4000.00 |
元/年 |
4000.00 |
元/年 |
|
年運行總費用 |
32.60 |
萬元/年 |
24.50 |
萬元/年 |
76.66 |
萬元/年 |
16.50 |
萬元/年 |
|
空氣源熱泵相對節省 |
16.10 |
萬元/年 |
8.00 |
萬元/年 |
60.16 |
萬元/年 |
—— |
萬元/年 |
7.系統圖
8.結論
該中學洗浴熱水項目在2017年7月份正式投入使用后，甲方學校對熱水使用情況表示非常滿意，熱水量能夠完全滿足全校師生的日常用水需求，即使是在學生洗浴的高峰時段熱水供應也不會短缺。