重慶某中學空氣源熱泵熱水系統簡介

賀小晚，程少飛

（機械工業第三設計研究院，重慶 400039）

1 項目熱水概況

重慶市某中學新校區4～7號樓為新建6層宿舍樓，其宿舍人員住宿情況如下：4號樓249個4人間、12個5人間；6號樓154個，5、7號樓各130個，均為4人間；定時提供熱水（基本為相對集中3h），按照III類宿舍熱水標準：50L/人·d。設計采用空氣源熱泵直接提供高溫熱水至用水點，冷水供應直接取自市政給水。

2 熱水系統示意圖（圖1）

圖1 熱水系統示意圖

3 熱水設計簡要步驟

3.1 耗熱量計算

依據 《建筑給水排水設計規范》（以下簡稱 《建水規》）GB50015-2003(09版)5.3.1.第3條：定時供應熱水的宿舍（III、IV類）等建筑的集中熱水供應系統的設計小時耗熱量按下式計算：

計算結果分別為：

式中：Qh—設計小時耗熱量(kJ/h)；

qh—衛生器具熱水的小時用水定額 (L/h)，按本規范表5.1.1-2采用240；

C—水的比熱，C=4.187(kJ/kg·℃)；

tr—熱水溫度(℃)，按本規范表5.1.1-2采用:40℃；

tl—冷水溫度(℃)，按本規范表5.1.4采用:7℃；

ρr—熱水密度 (kg/L)，設計取0.983 kg/L；

no—同類型衛生器具數：（5#、7#130個、6#:154個、4#：249個）；

b—衛生器具的同時使用百分數：定時連續供水時間應大于等于2h。學校等的浴室內的淋浴器和洗臉盆均按100%計。但依照《建水規》3.6.6及其條文解釋：設有單獨衛生間Ⅲ類宿舍，101～250個衛生器具數同時使用系數可取：25%～35%，設計取50%（注：考慮學校反應淋浴的定時供應集中性時間時而延長的因素，故適當增大參數取值）。

3.2 設計小時熱水量計算(40℃)

式中：qrh—設計小時熱水量(L/h)；

Qh—設計小時耗熱量(kJ/h)；

tr—設計熱水溫度(℃)同上：40℃；

tl—設計冷水溫度(℃)同上：7℃。

計算結果分別為：

4#宿 舍 ：29.88m3/h；5#、7#宿 舍 ：15.60m3/h； 6#宿 舍 ：18.48m3/h。

3.3 空氣源熱泵選型及熱水箱確定

根據以上耗熱量、熱水量數據便于熱水方案的確定，熱水系統形式往往有多種選擇，但建設方經考察后直接提議采用空氣源熱泵供熱水方案，所以在此也不再對其它熱水方案加以比較，以下直接介紹空氣源熱泵系統的選型等相關數據的確定。

3.3.1 空氣源熱泵工作原理

利用壓縮機驅動制冷工質進行逆卡諾循環，從室外空氣中吸收熱量產生高品質的熱水，滿足人們生活、生產的需要。

3.3.2 熱泵供熱量計算

式中：Qg—熱泵設計小時供熱量 (kJ/h)；

qr—熱水用水定額（L/人·d 或 L/床·d ），按不高于本規范表5.1.1-1和表5.1.1-2中用水定額中下限取值，該工程取:50L/人·d；

m—用水計算單位數(人數或床位數 )，設計取80%；該工程（4#：845床、5#、7#：416床、6#：493床）；

tr—熱水溫度，tr=55(℃)；

tl—冷水溫度，按本規范表5.1.4選用：7℃；

T1—熱泵機組設計工作時間（h/d），取12～20h；該工程取15.5h。

k1-安全系數，k1=1.05～1.10。 該工程取1.05。

根據以上公式計算結果，同時也參考廠家某工程設備運行統計整理后數據計算結果，列如表1。

表1 熱泵供熱量計算結果

以上結果會出現一定偏差，為安全起見，且考慮到廠家產品長期運行的狀態變化，對設備進行以下選型和校核。

3.3.3 熱泵選型確定

選擇美的高溫直熱循環系列熱泵機組，型號為：RSJ-380/S-820-C、RSJ-200/S-540V-C兩種。

（1）冬季按照在環境溫度5℃下，機組熱量輸出為標準工況的80%，匯總如表2。

綜上所述：4#宿舍選擇 “RSJ-380/S-820-C”機組5臺，“RSJ-200/S-540V-C”1臺，配6組電輔熱（極端天氣下使用）；

6#宿舍選擇“RSJ-380/S-820-C”機組3臺；配3組電輔熱（極端天氣下使用）；

5#、7#宿舍選擇“RSJ-380/S-820-C”機組2臺，配3組電輔熱（極端天氣使用）；

則可以滿足冬季極端天氣下的用水需求。

（2）夏季熱泵工作時間校核

表2 機組選型一覽表

夏季氣溫28℃，進水溫度20℃時機組運行情況如下。

根據重慶氣候條件設定宿舍每人每天都淋浴，即同時使用系數為1時機組運行情況：

4#樓熱水系統：Q4=CM△T=1Kcal/kg.℃×(1056x50)L×(55-20)℃=1848000Kcal；

6#樓熱水系統：Q5=CM△T=1Kcal/kg.℃×(616x50)L×(55-20)℃=1078000Kcal；

5#、7#熱水系統：Q5、7=CM△T=1Kcal/kg.℃×(520x50)L×(55-20)℃=910000Kcal。

機組工作時間：

W（RSJ-380/S-820-C機組制熱量），式中：N-機組臺數，滿足機組運行條件。

3.3.4 貯熱水箱計算

依據《建水規》5.4.2.B第1條第6小項：定時熱水供應系統的貯熱水箱（罐）的有效容積宜為定時供應最大時段的全部熱水量；該工程按80%使用系數計算。

式中：qr參照規范表5.1.1-1III類宿舍取50(L/人·d)。

根據以上公式計算結果，同時也參考廠家數據，對比如表3。

表3 貯熱水箱計算結果

3.4 熱水系統及管網

3.4.1 第一（熱泵機組）循環泵流量

按照國標圖集06SS127/8公式：

Qg—熱泵設計小時供熱量 (kW/h)；

△t-熱泵機組的進出口溫差℃，一般取5℃；

K4—安全系數，可取k4=1.10；

根據以上公式計算結果，同時參考廠家計算結果，列如表4。

表4 第一（熱泵機組）循環泵流量

3.4.2 第一（熱泵機組）循環泵揚程

依據《建水規》5.5.12公式

式中：Hxr—第一循環管的自然壓力值（Pa）；

△h—鍋爐或水加熱器中心與貯水器中心的標高差（m）；

ρ1—貯水器回水的密度（kg/m3）；

ρ2—鍋爐或水加熱器出水的熱水密度（kg/m3）。

由公式6得5#、7#宿舍：Hxr=10x[(1.8-1.5)/2]x(986-983)=4.5（Pa）；

6#、4#宿舍因設備高度變化不大，故第一循環管的自然壓力值均參照以上結果，但根據產品要求，且客服機組內部阻力：確定揚程H≥10m。

3.4.3 增壓（第二循環）泵流量

（1）依據《建水規》3.6.6，宿舍（III、IV 類 ）生活給水管道的設計秒流量應按下式計算：

式中：qg—計算管段的給水設計秒流量（L/s）；

qo—同類型的一個衛生器具給水額定流量（L/s），該工程淋浴器：0.1 L/s；

No— 同類型衛生器具數，5#、7#宿舍為130；

b—衛生器具的同時給水百分數，按本規范表 3.6.6-1～表3.6.6-3采用，并根據條文解釋確定為35%。

由（公式7）得5#、7#宿舍qg=4.55(L/S)=16.38m3/h。

（2）校核定時管網循環流量：依照《建水規》5.5.6，定時熱水供應系統的熱水循環流量可按循環管網中的水每小時循環2～4次計算。

式中：V—具有循環作用的管網水容積（L），包括配水管網和回水管網的容積，不包括無回水管道的各管段和貯水器、加熱設備的容積。

計算得：V≌1.20m3，Qb≧1.2x4=4.8m3/h， 綜上得定時管網循環流量小于熱水增壓泵流量，故只要在水泵揚程滿足的情況下，增壓泵可同時起循環和變頻供熱水的作用。

3.4.4 增壓（第二循環）泵揚程

參照《技術措施》2009版：

式中：R—單位長度的水頭損失 （kPa/m）按照0.1～0.15 kPa/m估算；

L—自水加熱器至最不利點的供水管長（m）；

L’—自最不利點至水加熱器至回水管長（m）；

H2—水加熱器設備水頭損失（kPa），該工程考慮為80kPa。

4 結論

（1）通過以上參數的確定，基本上解決了宿舍熱水系統重要參數的確定，從熱水系統示意圖看，本次設計基本上采用同程循環，熱水使用更穩定。

（2）進一步加深了熱水設計體會。對規范的理解：冷、熱水規范對Ⅲ類宿舍衛生器具同時使用百分數前后有點不一致。熱水系統內容很豐富及熱水新產品、新技術在不斷的產生，以后還需要花大量時間去學習。

[1]中華人民共和國住房和城鄉建設部.GB50015－2003（2009）建筑給水排水設計規范[S].北京：人民出版社，2010.

[2]中國建筑設計研究院.節能系列圖集（合訂本）[S].北京：中國計劃出版社，2007.

[3]中國建筑設計研究院.建筑給水排水設計手冊 （第2版）：上冊[S].北京：中國計劃出版社，2008.