高層酒店空氣源熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

高層酒店空氣源熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要：近些年，城市的人口數(shù)量逐漸增多，同時(shí)不可再生能源供應(yīng)也逐漸變得越來越緊張，環(huán)境日益惡化，現(xiàn)代社會(huì)對(duì)環(huán)保節(jié)能的新能源應(yīng)用越來越迫切，熱水熱源的選擇，在酒店熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)是重中之重。如何選擇正確的熱源，對(duì)工程整體是否節(jié)能尤為重要。關(guān)鍵詞：高層酒店；空氣源熱水系統(tǒng)；設(shè)計(jì)引言本文以某一工程為案例，主要介紹了空氣源熱泵熱水系統(tǒng)在高層酒店中的應(yīng)用，即：針對(duì)工程所在地選擇對(duì)應(yīng)月份參數(shù)，氣象情況，并通過計(jì)算校核，合理配置空氣源熱泵機(jī)組、貯熱水箱和電輔助加熱設(shè)備的規(guī)格。1項(xiàng)目概況某家星級(jí)高層酒店，總高25層，占地1.71hm2，總建筑面積47756.77m2，一至四層為酒店配套商業(yè)服務(wù)設(shè)施，五層?六層為桑拿區(qū)，七層至二十五層為酒店客房區(qū)，其中桑拿區(qū)和客房區(qū)需設(shè)計(jì)集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)。2熱源選擇熱源方面，因?yàn)楫?dāng)?shù)夭痪邆涔艿廊細(xì)夤?yīng)條件，無法采用燃?xì)忮仩t；傳統(tǒng)電熱水機(jī)組能耗較大，不適合作為主熱源。酒店管理方對(duì)屋面亦有使用要求，也不適合大面積布置太陽能面板，故設(shè)計(jì)采用了空氣源熱泵作為酒店熱水系統(tǒng)的主熱源。所謂熱泵，就是一種利用人工技術(shù)將低溫?zé)崮苻D(zhuǎn)換提升為高溫?zé)崮芏_(dá)到供熱效果的機(jī)械裝置?？諝庠礋岜脽崴到y(tǒng)即通過熱泵機(jī)組運(yùn)行吸收環(huán)境低溫?zé)崮苤苽浜凸?yīng)熱水的系統(tǒng)熱水系統(tǒng)，通過吸收空氣中的熱量來達(dá)到加熱水的目的。它根據(jù)“逆卡諾循環(huán)〃原理，僅需少量電能驅(qū)動(dòng)，從空氣中吸取低溫?zé)崃客ㄟ^蒸發(fā)器換熱將熱泵中的液態(tài)介質(zhì)變成氣態(tài)介質(zhì)，氣態(tài)介質(zhì)通過壓縮機(jī)壓縮成高壓高溫氣態(tài)，進(jìn)入冷凝器冷凝放熱將熱量傳給生活熱水，經(jīng)放熱后的介質(zhì)變成高壓液態(tài)，再經(jīng)節(jié)流裝置膨脹減壓成低壓液體進(jìn)入蒸發(fā)器重復(fù)往返上述過程，如圖1所示。圖1空氣源熱泵的工作原理圖供熱水空氣源熱泵機(jī)組較多采用活塞式壓縮機(jī)組，該技術(shù)最成熟，應(yīng)用歷史最久，一般用于供熱量＜700kW的范圍?？諝庠礋岜脽崴到y(tǒng)按熱水是否由熱泵機(jī)組直接供給分為直接供水系統(tǒng)和間接供水系統(tǒng)。目前市面上的空氣源熱泵熱水機(jī)組最高制熱溫度60?65°C，當(dāng)采用間接供水系統(tǒng)時(shí)，難以像蒸汽或者其他高溫?zé)崦綍r(shí)一次將被加熱水升溫至所需溫度，而是通過板式換熱器不斷換熱將貯熱水罐內(nèi)的水循環(huán)加熱至所需的溫度（50?55C）。鑒此，該工程設(shè)計(jì)中采用了直接供水+承壓水箱的閉式熱水系統(tǒng)，減少了板換設(shè)備占用空間，也提高了系統(tǒng)加熱效率，如圖2所示。圖2空氣源熱泵直接供水閉式系統(tǒng)示意圖3管網(wǎng)設(shè)計(jì)根據(jù)酒店的定位和熱水使用要求，針對(duì)使用功能和平面布局的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)中對(duì)客房區(qū)和桑拿區(qū)采用了兩種不同形式的管網(wǎng)。客房區(qū)各層平面大致相同，設(shè)計(jì)熱水分區(qū)和冷水供水分區(qū)一致，分為3個(gè)區(qū)，各區(qū)管網(wǎng)采用上供下給，干、立管循環(huán)的管網(wǎng)形式，在供回水立管頂部設(shè)置自動(dòng)排氣閥，及時(shí)排除管網(wǎng)中的空氣，減緩系統(tǒng)管道的腐蝕。桑拿區(qū)用水點(diǎn)比較分散，設(shè)計(jì)采用橫向干管供回水形式，這種管網(wǎng)適用于各層用水點(diǎn)錯(cuò)位布置的情況，管道布置較為靈活。4熱泵選型計(jì)算4.1中區(qū)熱水系統(tǒng)耗熱量計(jì)算（1）熱水系統(tǒng)最高日熱水量按式（1）計(jì)算:式中：Qr—最高日熱水量（m3/d）；m—用水計(jì)算單位數(shù)（床位數(shù)）；qr—熱水用水定額（L/床?d）。（2）全日制集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量，按式（2）計(jì)算:式中：Qrh—設(shè)計(jì)小時(shí)熱水量（m3/h）。Kh一小時(shí)變化系數(shù)。（3）最高日平均耗熱量可按式（3）計(jì)算：式中：Qd—最高日平均秒耗熱量（kW）；tr一熱水設(shè)計(jì)溫度；tl—冷水設(shè)計(jì)溫度；C一水的比熱，C=4187（J/kg*C）。（4）設(shè)計(jì)小時(shí)平均秒耗熱量按公式（4）計(jì)算:式中：Qh—設(shè)計(jì)小時(shí)平均秒耗熱量（kW）；55C熱水pr=0.9857kg/L,代入C值并換算單位后，公式④成為公式：式中：At一冷熱水溫度差（C）；該工程客房中區(qū)床位數(shù)m=280，其他參數(shù)：qr=160L/（人?天）Kh=2.6,tr=55°C,tl=10°C,T=24h（參數(shù)取自建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范GB50015—2003（2009版）），代入公式計(jì)算得出:Qr=280x160/1000=44.80m3/dQrh=280x2.6x160/24000=4.85m3/hQd=44.80x4187x0.9857x（55—10）/3600x24=96.30kWQh=1.146x4.85x（55—10）=250.11kW4.2熱泵機(jī)組與貯熱設(shè)備的計(jì)算（1）空氣源熱泵熱水機(jī)組總制熱量按式（5）計(jì)算：Qg=24xk1Qd/T1=24x1.05x96.30/16=151.67kW（5）式中：Qg一熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)小時(shí)平均秒供熱量（kW）；T1—熱泵設(shè)計(jì)工作時(shí)間，全日制取12?20h；K1—安全系數(shù)，取1.05?1.10。選擇空氣源熱水機(jī)組RSJ—380/S—820—C五臺(tái)，單臺(tái)額定功率9.1kW，制熱量34.0kW（設(shè)計(jì)工況下：環(huán)境溫度10C，進(jìn)水10C，出水55°C，COP=3.74）。（2）熱泵熱水系統(tǒng)貯熱總?cè)莘eVr按式（6）計(jì)算：Vr>（Qh—Qg）T/1.163?n（tr—tl）pr=（277.90—38.5x5）x2/1.163x0.8x45x0.9857=3.45m3（6）式中：n—有效貯熱容積系數(shù)，承壓水箱n=0.8；T—設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量持續(xù)時(shí)間（h），取T=2h。貯熱總?cè)莘eVr較大，會(huì)出現(xiàn)熱泵機(jī)組的供熱量會(huì)很小；貯熱總?cè)莘eVr較小，會(huì)出現(xiàn)熱泵機(jī)組容量很大，增加投資。所以Vr經(jīng)計(jì)算后，需按Qg校核蓄熱時(shí)間T2,蓄熱時(shí)間計(jì)算公式轉(zhuǎn)換如下：T2>[1.163?Vr（tr—tl）pr]/Qg=1.163x3.45x45x0.9857/34.0x5=1.05h將T2代入公式（6）可得Vr=1.81m3,取2.0m3,重新計(jì)算T2=0.61h，較為合適(蓄熱時(shí)間建議取0.5?2h)，最后確定承壓貯熱水箱貯熱總?cè)莘eVr=2.0m3。4.3熱水循環(huán)泵計(jì)算第一循環(huán)集熱循環(huán)泵流量按下式計(jì)算：qx=K2Qg/1.163Atjpr=1.1x170.0/1.163x5x0.9857=32.62m3/h式中：K2—安全系數(shù)，取1.1；△tj—熱泵機(jī)組進(jìn)出口溫差，一般取5C；熱泵機(jī)組閉式循環(huán)水泵揚(yáng)程計(jì)算：H=hp+he+6m式中：hp一循環(huán)管道沿程水頭損失；he—循環(huán)管道局部水頭損失；6m—熱泵機(jī)組損失。本工程集熱循環(huán)泵設(shè)置于地下室熱水設(shè)備機(jī)房H=12m(管網(wǎng)損失詳細(xì)計(jì)算從略)，循環(huán)水泵由設(shè)在泵前管道上的溫度傳感器控制啟停。結(jié)語熱泵系統(tǒng)因?yàn)樵靸r(jià)、進(jìn)出水溫差、最高出水溫度等因素影響，系統(tǒng)設(shè)計(jì)一般采用蓄熱式，以提高系統(tǒng)的可靠性。系統(tǒng)的貯熱量和熱泵的產(chǎn)熱量之和必須滿足高峰用水時(shí)的需要。市面上承壓熱水箱需要定制，產(chǎn)品質(zhì)量參差不齊，容積不宜過大，選用時(shí)需注意機(jī)組與貯熱裝置的匹配問題，也可以采用加熱和儲(chǔ)熱水箱分離的雙水箱組合，既減小了單個(gè)水箱的容積，也能提高系統(tǒng)效率。參考文獻(xiàn)：[1]陳耀輝.酒店兩種熱源選擇的技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析[