日用35噸水，熱水工程怎么設(shè)計(jì)？
某單位辦公樓為含地下2層、地上5層的公用建筑。該樓設(shè)有按三星級(jí)賓館的標(biāo)準(zhǔn)客房55間, 以及公共食堂, 要求設(shè)置集中供應(yīng)55℃的生活熱水工程。
按每人日用熱水量為150 L計(jì)算, 客房日用熱水量16.50t(55℃), 食堂日用熱水量約18.50 t, 總計(jì)日最大用熱水量35 t, 采用全日供水的模式。
該工程采用太陽(yáng)能與空氣源熱泵熱水機(jī)組結(jié)合加蓄熱水箱的循環(huán)加熱、蓄熱的開式熱水制備系統(tǒng)。太陽(yáng)能集熱板、太陽(yáng)能循環(huán)加熱泵、太陽(yáng)能熱水中間水箱, 以及空氣源熱泵熱水機(jī)組、循環(huán)加熱泵、冷水補(bǔ)水泵、循環(huán)加熱熱回水泵和開式蓄熱水箱均布置在該樓的屋頂平臺(tái)上。蓄熱水箱中的55℃熱水依靠重力(與冷水箱一樣), 向下輸送至室內(nèi)熱水供應(yīng)管路系統(tǒng)。管路系統(tǒng)的循環(huán)熱回水總管由下向上, 通過置于屋頂上的循環(huán)熱回水泵打入蓄熱水箱。
太陽(yáng)能熱水工程設(shè)計(jì)
1) 氣象資料
(1)年平均氣溫15.30℃
(2)季節(jié)日平均氣溫:夏季(6月～ 8月, 92天),26.79℃;春秋季(3 月～ 5 月、9 月～11 月, 共183天), 15.53℃;冬季(12月～ 2 月, 90天), 3.39℃；
(3)最高月平均氣溫:32.40℃;最低月平均氣溫:1.60℃;最低日平均氣溫:-9℃。
(4)該地區(qū)年日照時(shí)間2182.40h;太陽(yáng)年總輻射量1390W/m2 .y;日照百分率49%。
2) 自來水溫:春季, 15℃;夏季, 20℃;秋季,15℃;冬季, 5℃;年平均水溫, 15℃。
3) 日用熱水量:35t
4) 客房部分設(shè)高峰時(shí)段為晚上7:00 -10:00, 共3 h。熱水供應(yīng)小時(shí)變化系數(shù)Kb=8.40。
最大小時(shí)供熱水量：(16500/24)×8.40 =5775 L/ h；
高峰時(shí)段的供熱水量：5775 ×3 ×0.75 =12994 L；
5) 設(shè)食堂用水每日3個(gè)高峰:高峰時(shí)段2h。最大小時(shí)供熱水量：(18500/3)÷2 =3083 L/小時(shí).日最大小時(shí)的供熱水量:5775 +3083 =8858 L/ h；
6) 燃料熱值和價(jià)格
(1)柴油價(jià)7元/kg。燃油鍋爐的熱效率為0.80, 0#柴油的當(dāng)量熱值為10300 ×0.80 =8240 kcal/ kg=34.49MJ/ kg。
(2)天然氣價(jià)2.80元/ m3 。
燃?xì)忮仩t的熱效率為0.85, 天然氣的當(dāng)量熱值為8500 ×0.86 =7225 kcal/ kg=30.24MJ/ kg。
(3)電價(jià)0.74 元/kWh, 低谷電價(jià)0.30 元/kWh。熱泵的COP=3.5, 電的當(dāng)量熱值為860 ×3.5 =3010kcal/ kWh =12.60MJ/ kWh。
電鍋爐的熱效率為0.95, 電的當(dāng)量熱值為860×0.95 =817 kcal/ kWh=3.42MJ/ kWh。
7) 機(jī)組參數(shù)設(shè)計(jì)采用KRS-1700 /G-B01型循環(huán)式空氣源熱泵熱水機(jī)組。
熱水負(fù)荷計(jì)算和設(shè)備選擇
1) 日用熱負(fù)荷按冬季平均日氣溫3.39℃, 上水溫度5℃, 熱水溫度55℃, 日用水量為35000L計(jì)算, 日用熱負(fù)荷2142kWh。
2) 熱泵機(jī)組選型(按全部應(yīng)用熱泵制熱水計(jì))
(1)選用4 臺(tái)KRS-1700/G-B01型循環(huán)式空氣源熱泵熱水機(jī)組。在不同季節(jié)日產(chǎn)55℃熱水35 t。機(jī)組日工作小時(shí)和季節(jié)耗電量見表1。
(2)當(dāng)?shù)蜏靥鞖馊掌骄鶜鉁貫?5℃, 水溫為5℃時(shí), KRS-1700/G-B01 機(jī)組的輸入功率為13.17kW, 輸出制熱功率為35.21 kW, COP值為2.67。機(jī)組每小時(shí)可制熱水:35.21 ×4 ×860 ×0.95 ÷(55 -5)=2301 L。
機(jī)組日均工作時(shí)間:35000 ÷2301 =15.21 h;
說明出現(xiàn)-5℃的低溫天氣時(shí), 即使不用太陽(yáng)能助推, 四臺(tái)熱泵機(jī)組單獨(dú)運(yùn)行也可滿足全天的用水要求。
(3)當(dāng)出現(xiàn)該地區(qū)罕見的極端最低氣溫-9℃時(shí), 已超過了本設(shè)計(jì)所選用的熱泵熱水機(jī)組的工作范圍, 此時(shí)熱水工程將采用太陽(yáng)能集熱板與輔助電加熱相結(jié)合的傳統(tǒng)熱源工作模式。設(shè)計(jì)選定電加熱器的日工作時(shí)間為20 h, 輔助電加熱器加裝在蓄熱水箱中, 配置的電功率應(yīng)為2142 ÷20 =107.1 kW必須說明, 電加熱器只是作為保證安全可靠供水的輔助手段, 只是在極短的時(shí)間內(nèi)運(yùn)行。本設(shè)計(jì)取用2組輔助電加熱器, 每組電功率50 kW。
3) 蓄熱水箱的容積:客房部分高峰時(shí)段的用水量13 t(時(shí)間為晚上7:00 -10:00)。
食堂部分每日3次用水高峰, 高峰時(shí)段2 h, 用水量18.5 ÷3 =6.17 t。
如果客房和食堂兩個(gè)高峰用水都在晚上7:00 -10:00發(fā)生, 則高峰時(shí)段總用熱水量為13 +6.17 =19.17 t。
高峰時(shí)段4臺(tái)機(jī)組的制熱水量為：43.75 ×4 ×3 ×860 ×0.95 ÷(55 -5)=8579 L。
蓄熱水箱的有效容積為19.17 -8.58 =10.59m3 。本設(shè)計(jì)取蓄熱水箱容積15 m3 , 并在水箱中加裝2組50 kW輔助電加熱器。
太陽(yáng)能集熱板年平均日產(chǎn)熱水量的核算
1) 根據(jù)建筑物屋頂?shù)木唧w情況, 本工程采用太陽(yáng)能真空集熱管的集熱板共180 m2 。采用太陽(yáng)能集熱板加開式蓄熱水箱, 機(jī)械循環(huán)加熱, 平均晴日可供應(yīng)55℃的熱水量計(jì)算如下。
該地區(qū)年日照時(shí)間2182.4h(合273天),全年太陽(yáng)能輻照總量I=1390kW/m2 .y,全年日照百分率49%(日照時(shí)數(shù)2182.40 h/可照時(shí)數(shù)4454 h)。
2) 全真空玻璃集熱管組成的集熱板的集熱量
按年平均工況計(jì)算:年日照小時(shí)2182.4h,日照輻射量1390kW/m2 .y平均小時(shí)輻射功率Ih =1390/2182.4 = 0.6369kW/m2 .h。
全日日照小時(shí)以8 h計(jì), 集熱器效率按55%計(jì)(晴天時(shí)), 則集熱器每日每m2 可獲得的熱量為0.6369 ×8 ×0.55 =2.80kW/m2.d集熱器每日每m2 的制熱水量為2.80 ×860 ÷(55 -15)=60.25L/m2 .d180m2 集熱板的日總產(chǎn)水量為：60.25 ×180 =10845 L/d。
3) 太陽(yáng)能熱水部分開式中間水箱的容積太陽(yáng)能集熱只能在白天, 180m2 集熱板的日平均產(chǎn)水量約10t, 因而該水箱的容積至少要10m3 , 本設(shè)計(jì)取為10m3 。
一般180平米的太陽(yáng)能集熱器，1天產(chǎn)多少熱水？
本中央熱水供應(yīng)系統(tǒng)的熱源， 采用以熱泵制熱水為主， 以太陽(yáng)能集熱為輔的方案， 太陽(yáng)能集熱量在晴好天氣時(shí)， 僅占全日設(shè)計(jì)用熱量的30%。假如某太陽(yáng)能熱水工程使用的大型集熱板分成三組， 每組60m2 ， 總共180m2 ?？諝庠礋岜脽崴畽C(jī)組的能力是以可承擔(dān)100%的日用熱負(fù)荷來設(shè)計(jì)的， 共選用機(jī)組4 臺(tái)， 制熱量86kW(環(huán)境溫度25℃, 水溫升K), 總制熱功率344 kW, 總輸入電功率76.80 kW。
在冬季平均日氣溫為3~4℃, 冷水溫度5℃時(shí)， 4臺(tái)機(jī)組在沒有太陽(yáng)能助推的情況下， 全日僅需連續(xù)工作12.24h, 可以制備出55℃熱水35t, 而且完全可以充分利用夜間的低谷電來制備全日所需的熱水。在日氣溫為-5℃及以上、冷水溫度5℃時(shí)， 4臺(tái)機(jī)組在沒有太陽(yáng)能助推的情況下， 全日也僅需連續(xù)工作15. 21h, 可以制備出55℃熱水35t, 而且完全可以不需要輔助電加熱。
由于所選用熱泵的工質(zhì)和適應(yīng)環(huán)境溫度在(-5～ 40)℃所限制， 當(dāng)氣溫驟降至低于-5℃(例如云南昆明極端低溫-3℃)時(shí)， 可以改用傳統(tǒng)的太陽(yáng)能加電輔助熱的運(yùn)行模式。設(shè)計(jì)已用100 kW的水箱電加熱器， 即使在沒有太陽(yáng)能集熱器的情況下， 每小時(shí)還可以制取55℃的熱水1720L, 日產(chǎn)35000L的熱水可在20h內(nèi)制取， 但這種情況出現(xiàn)的機(jī)會(huì)極少、持續(xù)的時(shí)間也很短。根據(jù)上述可知， 本設(shè)計(jì)完全能滿足全年連續(xù)日夜供應(yīng)55℃的生活熱水。
這4臺(tái)熱泵機(jī)組分為兩套獨(dú)立的循環(huán)加熱系統(tǒng)， 每套兩臺(tái)機(jī)組， 配置一臺(tái)循環(huán)加熱泵(CR45 -1),另外配置1臺(tái)備用。兩套系統(tǒng)可人為切換：冬季可兩套(4臺(tái))同時(shí)開啟， 即使氣溫在-5℃, 也可以不用輔助電加熱。如有太陽(yáng)能助推， 則機(jī)組運(yùn)行時(shí)間更為縮短， 更加節(jié)電。春秋季及夏季改用一套熱泵加熱， 夏季機(jī)組日運(yùn)行時(shí)間為8.28h;春秋季也僅為13h, 如有太陽(yáng)能助推， 則運(yùn)行時(shí)間會(huì)更短。
全年只要有太陽(yáng)能可以利用， 則采用太陽(yáng)能+熱泵聯(lián)合運(yùn)行的模式。云南某些地的日照時(shí)數(shù)2182h, 折合天數(shù)約273天。180m2 的太陽(yáng)能集熱板日均產(chǎn)55℃熱水10845 L（11噸）, 約占全日需要量的30%。全年有273天中的70%和92天的制熱水將由熱泵承擔(dān)。
復(fù)合型太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)介紹
本文對(duì)輔助型采暖系統(tǒng)的三種采暖方式與集中采暖方式進(jìn)行了比較分析。
并從經(jīng)濟(jì)分析的角度對(duì)復(fù)合型熱水系統(tǒng)進(jìn)行了分析，闡述了復(fù)合型熱水系統(tǒng)的優(yōu)越性。
復(fù)合型熱水系統(tǒng)的某些方面，在太陽(yáng)能蓄熱采暖方式方面，采用再生水；這三個(gè)方面分別是初始投資、年度運(yùn)營(yíng)成本和靜態(tài)回收期。結(jié)果就是合成能量采暖系統(tǒng)具有較高的初始投資但較低的運(yùn)行成本，結(jié)合靜態(tài)投資回收期的比較，具有較好的經(jīng)濟(jì)效益，輔助型加熱方式具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益和良好的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
太陽(yáng)能集熱器和熱泵聯(lián)合系統(tǒng)在我國(guó)尚處于起步階段。有一些原因：一方面，在過去幾十年的中國(guó)，環(huán)境問題沒有引起足夠的重視。在北方地區(qū)，暖房通常使用鍋爐房面積。雖然投資少，周期短等，但鍋爐房區(qū)域的存在仍存在嚴(yán)重的環(huán)境污染問題，應(yīng)予以消除國(guó)外經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。另一方面是經(jīng)濟(jì)能力，在當(dāng)今時(shí)代，能夠?qū)崿F(xiàn)太陽(yáng)能集熱器和水泵組合的國(guó)家都是經(jīng)濟(jì)的發(fā)達(dá)地區(qū)。這主要是由于投資的復(fù)雜能源供應(yīng)，熱能遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于初始加熱方法很明顯。從而為系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)分析提供了理論依據(jù)生產(chǎn)和應(yīng)用。
太陽(yáng)能蓄熱式采暖模式是以太陽(yáng)能為主要熱源進(jìn)行采暖，然后關(guān)閉。水源熱泵和通過太陽(yáng)能集熱器回收的水被加熱到熱水箱中，并在風(fēng)機(jī)盤管末端為房間提供熱量。太陽(yáng)能集熱器的性能是影響其性能的主要因素在這種情況下，太陽(yáng)能集熱器的效率是影響集熱器發(fā)熱效果和經(jīng)濟(jì)性的主要因素整個(gè)系統(tǒng)的成本。太陽(yáng)能集熱器的效率不僅由于產(chǎn)品本身具有很多優(yōu)點(diǎn)參數(shù)還與集熱器所需的加熱系統(tǒng)溫度有關(guān)。當(dāng)使用太陽(yáng)能作為主要的能源，水溫應(yīng)達(dá)到35度。
再生水源熱泵供熱方式以再生水源熱泵為一次供熱電源系統(tǒng)，然后關(guān)閉太陽(yáng)能熱水加熱系統(tǒng)，低再生水通過加熱中水源熱泵循環(huán)利用，將低品位的熱量轉(zhuǎn)化為高品位的熱量，儲(chǔ)存熱量?jī)?chǔ)罐，儲(chǔ)罐通過風(fēng)機(jī)盤管末端向房間提供熱量。再造水源熱泵的性能系數(shù)是造成這種情況的主要因素，機(jī)組的能效比是加熱效果的主要因素和整個(gè)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)成本。當(dāng)使用水泵時(shí)主要的能量來源，冷凝器水溫度可以達(dá)到45度，輔助型供熱模式以太陽(yáng)能和再生水源熱泵為主要供熱方式
系統(tǒng)的主要熱源，并通過儲(chǔ)水箱來實(shí)現(xiàn)能量的釋放和儲(chǔ)存，太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)通過冷水箱中的串聯(lián)蒸發(fā)器進(jìn)行熱泵，通過太陽(yáng)能集熱器進(jìn)行蓄熱在冷藏箱里。當(dāng)電價(jià)處于低谷時(shí)，開啟中水熱泵轉(zhuǎn)低檔供熱冷藏箱通過夜間熱泵加熱循環(huán)進(jìn)入高等級(jí)供熱，一部分可儲(chǔ)存在冷藏箱中，另一部分提供給風(fēng)機(jī)盤管，以滿足房間的加熱要求。當(dāng)電價(jià)上漲時(shí)，白天關(guān)閉再生水源熱泵機(jī)組，利用蓄熱水箱提供的熱量進(jìn)行蓄熱房間靠風(fēng)機(jī)盤管。
