淺談宿舍熱泵熱水系統(tǒng)計(jì)算和設(shè)備選型

淺談宿舍熱泵熱水系統(tǒng)計(jì)算和設(shè)備選型摘要：本文通過某中學(xué)宿舍生活熱水系統(tǒng)工程實(shí)例對集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)涉及到的設(shè)計(jì)參數(shù)的選取、耗（供）熱量計(jì)算和主要設(shè)備選型等問題進(jìn)行闡述和探討。

關(guān)鍵詞：定時(shí)集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)；空氣源熱泵；設(shè)計(jì)小時(shí)耗（供）熱量；設(shè)備選型；

建筑生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)是現(xiàn)代生活必不可少的重要設(shè)施，也是耗能較大的設(shè)施之一。學(xué)校學(xué)生宿舍管路設(shè)計(jì)較為復(fù)雜，且用水高峰時(shí)間較為集中，對集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求更高。現(xiàn)以一工程實(shí)例闡述宿舍集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的相關(guān)計(jì)算和主要設(shè)備選型。

（一）工程概況

該項(xiàng)目為江門市駿凱豪庭中小學(xué)校（全日制學(xué)校），位于江門新會(huì)。項(xiàng)目分別由中學(xué)綜合樓、小學(xué)綜合樓、教學(xué)樓、體育館、幼兒園和配套公建組成。其中中學(xué)綜合樓和小學(xué)綜合樓的宿舍采用集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)。因兩棟建筑相距較遠(yuǎn)，且相對獨(dú)立，故各自設(shè)置獨(dú)立熱水系統(tǒng)?，F(xiàn)以中學(xué)宿舍為例進(jìn)行相關(guān)計(jì)算和設(shè)備選型（小學(xué)宿舍熱水系統(tǒng)類同）。

中學(xué)綜合樓首層為飯?zhí)茫?~4層為宿舍，共117間宿舍，每間宿舍10人，屬III、IV類宿舍（最高日熱水用水定額40~80L/人*日），總住宿人數(shù)1170人。每間宿舍內(nèi)有兩個(gè)淋浴間（蹲位設(shè)于淋浴間內(nèi)）、兩個(gè)盥洗盆。系統(tǒng)供應(yīng)淋浴、盥洗用熱水。

（二）系統(tǒng)選擇

通過對不同類型熱水系統(tǒng)的能耗和投入成本對比分析，最終選用空氣源熱泵供熱水方式。因江門地區(qū)最冷月平均氣溫不彽于10℃,故不需設(shè)置輔助熱源。為使系統(tǒng)冷熱水供水壓力平衡、降低能耗，系統(tǒng)采用閉式承壓保溫水箱蓄熱。蓄熱水箱及加熱設(shè)備設(shè)于天面。因最高日用熱水量大于30m3，故在天面熱水回水管上設(shè)置膨脹罐。熱水管網(wǎng)采用同程布置，確保用水點(diǎn)能及時(shí)出熱水，避免造成不必要的浪費(fèi)。

（三）空氣源熱泵的選型

中學(xué)宿舍用水特別集中，主要集中在17:00~19:00、21:00~22:00兩個(gè)時(shí)段，其中17:00~22:00熱水用量占全天用水量的70%~80%以上，見下圖：

因宿舍用水具有很明顯特點(diǎn)：用水時(shí)間集中，洗漱時(shí)間短、學(xué)生多、用水器具少、熱水采用IC卡收費(fèi)，故實(shí)際可視為定時(shí)供應(yīng)熱水。因有以上特點(diǎn)，導(dǎo)致人均用水量較少，故最高日熱水用水定額（qr)取最小值即40L/人*日。

定時(shí)集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：——設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量（kJ/h）；

——衛(wèi)生器具熱水的小時(shí)用水定額（L/h）；

——水的比熱，；

——使用溫度（使用水溫）（℃）；

——冷水溫度（℃）；；

——熱水密度（kg/L）；

——同類型衛(wèi)生器具數(shù)；

——同類型衛(wèi)生器具的同時(shí)使用百分?jǐn)?shù)。；

——熱水供應(yīng)系統(tǒng)的熱損失系數(shù)，；

宿舍熱水設(shè)計(jì)參數(shù)見下表：

熱水設(shè)計(jì)參數(shù)表（一）

根據(jù)以上公式和設(shè)計(jì)參數(shù)表可計(jì)算得設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量

空氣源熱泵的設(shè)計(jì)小時(shí)供熱量應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：——空氣源熱泵設(shè)計(jì)小時(shí)供熱量（kJ/h）；

——熱水用水定額（由上述分析得該項(xiàng)目取40L/人*d）；

——用水計(jì)算單位數(shù)（該項(xiàng)目為1170人）（人數(shù)或床數(shù)）；

——熱水設(shè)計(jì)溫度，=60（℃）；

——熱水密度（kg/L），60（℃）熱水密度=0.983（kg/L）；

——熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)工作時(shí)間（h/d),取8h~16h，該項(xiàng)目取14h；

由上式可得該項(xiàng)目設(shè)計(jì)小時(shí)供熱量：

根據(jù)熱泵的特性，在年最低氣溫，最不利情況下，設(shè)備每天工作時(shí)間取8-16h比較合理，熱泵機(jī)組每天的工作時(shí)間與環(huán)境溫度高低有關(guān)，溫度越高，機(jī)組的制熱量就越高，同時(shí)冷水溫度也越高。通過對宿舍用水集中時(shí)間段和晝夜溫差對能耗影響的綜合考慮（見下圖表），該項(xiàng)目熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)工作時(shí)間取14h。

跟據(jù)以上算得的設(shè)計(jì)小時(shí)供熱量，可進(jìn)行空氣源熱泵的選型（注意：應(yīng)按項(xiàng)目所在地最低月平均環(huán)境溫度所對應(yīng)的熱泵制熱量進(jìn)行熱泵選型；按項(xiàng)目所在地最高環(huán)境溫度所對應(yīng)的熱泵輸入功率進(jìn)行配電）。

熱泵設(shè)備布置時(shí)需注意：應(yīng)安裝于露天室外，如因安裝限制，通風(fēng)條件差，則需安裝導(dǎo)風(fēng)管；應(yīng)盡量避開條件惡劣（如油煙重、風(fēng)沙大）的區(qū)域；設(shè)備安裝區(qū)域下方盡量為非辦公區(qū)或生活區(qū)；設(shè)備底部需安裝彈簧減震器，要求較高的情況下，設(shè)備安裝基礎(chǔ)可做浮筑減震平臺。據(jù)熱泵廠家測試，熱泵水垢厚度每增加1mm，能效損失約增加8%，故設(shè)備進(jìn)、出口處建議安裝反沖洗閥，便于后期除垢處理。

（四）保溫水箱的選型

定時(shí)熱水供應(yīng)系統(tǒng)的貯熱水箱的有效容積宜為定時(shí)供應(yīng)熱水的全部熱水量。

設(shè)計(jì)小時(shí)熱水量由以下公式計(jì)算確定：

式中：——設(shè)計(jì)小時(shí)熱水量（L）；

——設(shè)計(jì)熱水溫度（℃）；

熱泵貯熱水箱由以下公式計(jì)算確定：

式中：——貯熱水箱（罐）總?cè)莘e（L）；

——設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量持續(xù)時(shí)間（h）；全日集中熱水供應(yīng)時(shí)T1取2~4h；定時(shí)供應(yīng)系統(tǒng)T1為定時(shí)供水的時(shí)間（本項(xiàng)目為2h）。

由上式計(jì)算得熱泵貯熱水箱容積為46.8m3，本項(xiàng)目在天面設(shè)置5個(gè)有效容積為10立方的承壓保溫水箱。

（五）熱泵循環(huán)泵的選型

熱泵與貯熱水箱連接間的循環(huán)水泵的流量和揚(yáng)程應(yīng)按下列公式計(jì)算：

式中：——熱泵循環(huán)水泵流量（L/s）；

——考慮水溫差因素的附加系數(shù)，K2=1.2~1.5（取1.2）；

——熱媒進(jìn)、出水溫差，=5℃~10℃（取5℃）；

——熱泵循環(huán)水泵揚(yáng)程（kPa）；

——循環(huán)流量通過循環(huán)管道的沿程與局部阻力損失（kPa）；

——循環(huán)流量通過熱泵冷凝器的阻力損失（kPa）；

——附加阻力（kPa）；

跟據(jù)以上公式算得的熱泵循環(huán)泵流量和揚(yáng)程可對熱泵循環(huán)泵進(jìn)行選型。需要注意的是熱泵與熱泵循環(huán)泵需一對一布置，這樣才能確保配水均勻，保證熱泵在最佳工況下運(yùn)行，同時(shí)熱媒系統(tǒng)可靈活控制，可靠性更高。

（六）熱水循環(huán)泵的選型

定時(shí)集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的熱水循環(huán)流量可按循環(huán)管網(wǎng)總?cè)莘e的2倍~4倍計(jì)算（即1小時(shí)循環(huán)2~4次）。循環(huán)管網(wǎng)總水容積包括配水管、回水管的總?cè)莘e，不包括不循環(huán)管網(wǎng)、水加熱器或貯熱水設(shè)施的容積。本項(xiàng)目熱水管網(wǎng)容積約為4m3,循環(huán)流量按3倍計(jì)算，則熱水循環(huán)流量為：

式中：——熱水循環(huán)流量(m3/h)；

V——熱水管網(wǎng)水容積（m3）；

熱水循環(huán)水泵的流量按下式計(jì)算：

式中：——熱水循環(huán)水泵流量(m3/h)；

——相應(yīng)循環(huán)措施的附加系數(shù)，Kx=1.5~2.5，該項(xiàng)目取1.5；

熱水循環(huán)水泵的揚(yáng)程按下式計(jì)算：

式中：——循環(huán)水泵的揚(yáng)程(KPa)；

——循環(huán)流量通過配水管網(wǎng)的水頭損失(KPa)，本項(xiàng)目計(jì)得50Kpa；

——循環(huán)流量通過回水管網(wǎng)的水頭損失(KPa),本項(xiàng)目計(jì)得80Kpa；

跟據(jù)以上公式算得的熱水循環(huán)泵流量和揚(yáng)程可對熱水循環(huán)泵進(jìn)行選型。

設(shè)置回水管目的是及時(shí)得到熱水，減少浪費(fèi)。但是設(shè)置回水管路也會(huì)有一定的熱量損耗，所以定時(shí)供水僅在用水之前作循環(huán)回水即可，進(jìn)入正常供水時(shí)段可不再設(shè)置回水。

結(jié)語：

集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)備選型直接影響到能耗的大小，所以在設(shè)計(jì)過程中需要重視設(shè)計(jì)參數(shù)的取值和計(jì)算過程。在設(shè)計(jì)過程中需結(jié)合項(xiàng)目特點(diǎn)和實(shí)際情況進(jìn)行具體分