熱水改造工程設計

摘 要：隨著經濟的發展，目前很多校區、廠區、賓館等都存在集中熱供水總量不足的現象；文章以某電子廠職工宿舍熱供水工程改造項目為例，在保留原有設備的基礎上，增加熱水機組，整合新老設備，擴充熱供水總量，保證了職工宿舍有充足的熱水供應，同時又最大限度減少設備投入及運行成本。

關鍵詞：熱水工程改造；兼容性；節能環保；空氣源熱泵

引言

隨著節能減排政策的不斷推廣，經濟的發展和人民生活水平的不斷提高，太陽能集熱器、空氣源熱泵等第三、四代節能熱水器使用率會不斷提高[1][2]。目前很多學校、廠區等生活區都采用太陽能集熱器空氣能熱泵等節能方式加熱，集中供應熱水。但隨著廠區、學校的發展，熱水容量不足就凸現出來，普遍存在熱供水改造問題，如果廢掉原有的設備，這樣會加大設備投入。在此以河源市高新區某電子公司職工宿舍的熱水改造工程為例，說明如何保留原有的設備基礎上，改造很好兼容原有設備，達到增大熱供水容量，最大限度減少設備投入及運行成本[3]。

1 工程概況

1.1 工程建設氣候特點

河源市位于中國廣東省東北部，東經114℃30～114℃40'，北緯23℃10'～23℃40'，屬熱帶季風氣候，年平均氣溫20℃-21℃，年平均相對濕度77%，年平均日照2051.1小時。結合本地區氣候特點，熱水機組選用方案一：太陽能平板集熱器+空氣源熱泵機組輔助加熱，這種組合方案的特點是一次性設備投入大，運行成本最低；方案二：空氣源熱泵機組加熱，特點是一次性設備投入適中，運行成本適中。

1.2 電子廠區職工A棟宿舍人員及熱水使用情況

宿舍共七層，二～七樓宿舍，有56間宿舍，每個宿舍標準住4人，合計224人，采用集中供熱水、用桶提水方式，熱水供應時間：18：00-00：00，原有10P空氣源熱泵機組一臺、保溫水箱10m3，安裝在天面，在冬季每到晚上9點后熱供水嚴重不足，直接影響員工的穩定性。

1.3 改造工程廠家要求

采用空氣源熱泵加熱，加10P空氣源熱泵機組一臺、保溫水箱10m3，不安裝電輔助加熱，預留太陽能集熱器接口，安裝太陽能集熱器為后續工程，預留B棟職工宿舍熱水、回水管接口。改造后總熱供水量為20m3，保證職工宿舍有充足的沖涼用的熱水供應。

2 原有熱供水系統存在的問題

圖1改造前熱水機組

（1）供熱水管沒有采用循環回水，在間歇熱供水過程中因熱水管自然冷卻，熱水浪費大；（2）供熱水管沒采取保溫措施，熱量損失大（見圖1）；（3）補水控制在50%，且在熱水供應期間不設置溫度控制補水，水溫下降快；（4）熱水總量不足，只有10m3（實際能用9m3，考慮水箱底存水及上面留空）；（5）每一樓層10多個宿舍采用一個固定點提桶取熱水，終端水龍頭安裝距離地面0.8米，位置太高，造成取水時熱量散失大；（6）水管及線路布局凌亂；存在上述不合理的因素，在冬季熱供水時70%的職工可以使用46度以上的熱水，剩余的只能用溫水甚至是冷水，且在高層供水端在用水高峰期存在水壓嚴重不足的現象。

3 改造方案總體設計要求

50L/每人每天計（標準桶容積約為20L），224人計，預計每天需要55℃熱水總計：11.2m3（以冬季熱水高峰期為準，夏天熱水使用量少），考慮熱水余容及B棟宿舍二期熱供水建設，設計總容量為20m3，并且新舊設備兼容。

（1）加10P空氣能熱水機組、10m3保溫水箱一套（5m32個，考慮樓面承重問題），保證在下午5點前儲備55℃的熱水20m3（平面圖見圖2）；（2）18：00-00：00定時供水、加壓、熱供水末端循環回水水箱，在末端并通過閥門控制流速，保證熱供水管線有足夠的水壓（平面圖見圖3）；（3）熱水供應時間設定水箱溫度低于43度停止補水，非供水時間水位不足隨時加水；（4）整合兩套空氣能熱水機組供電、供水、補水、加壓、溫度控制；（5）預留B棟宿舍熱供水及回水熱水管接口；（6）預留太陽能熱水集熱器冷熱水管接口；（7）預留水箱三個電輔助加熱安裝孔。

圖2改造后設備布局平面示意圖

圖3供水回水示意圖

4 設備的選擇

原有機組10m3水箱、10P機組加熱基礎上，改造后增加保溫水箱10m3、10P空氣源熱泵機組一臺。

4.1 機組選擇

考慮在樓頂天面露天安裝（如圖4），機組選用不銹鋼外殼，考慮08年南方雪災那樣的惡劣天氣，選用廣東長菱空調冷氣機制造有限公司生產的熱泵，型號CL-H-90K，工作環境溫度：-10～43℃，氣候類型：普通型/低溫型，名義產水量600L/h（環境干球溫度20℃，濕球溫度15℃下，進水溫度15℃）。預計加熱55℃、10m3的熱水，在冬天平均氣溫5℃時，每臺熱泵機組需要工作20小時，間歇時間為4小時；在夏天平均氣溫30℃時，每臺熱泵機組需要工作14小時，間歇時間為10個小時。

4.2 水箱選擇

10m3保溫水箱一套（5m3的水箱2個，分開放置，考慮樓面承重問題），考慮在樓頂天面露天安裝（如圖4），水箱選用不銹鋼外殼，結合緊密，表面光滑，外形美觀且材料本身強度大，耐老化。采用厚度為4mm的SUS304食品級不銹鋼內膽，亞弧焊接而成，中間保溫層為聚氨酯一次性發泡成型，厚度為80mm，保溫效果好。

4.3 供熱水管的保溫

所有熱水管均采用聯塑PPR熱水管，外包PEF保溫棉，最外層包扎鋁板（如圖4）。

圖4 主機、水箱、水管安裝示意圖

4.4 控制方式

兩臺機組主機采用獨立控制，進出水既采用可以同時使用、也可以各自獨立使用的控制方式（采用閥門手動控制），定時供水、回水加壓采用一套管路統一管理，目的是在夏天熱水使用兩小時，可以機組輪換使用，節能環保。

使用水溫檢測、時控器、交流接觸器等按要求在供水時間溫控補水、加壓等功能（見圖5、圖6）。M2為水箱補水加壓水泵，熱水供應時段時間控制器2斷開，冷水進水受溫度控制器控制，熱水水箱溫度高于45℃并水位低于進水水位時水箱補水，低于45℃或處于高水位時停止補水，非供水時段時間控制器2接通，水箱補水不受溫度控制器控制。通過時間控制器1定時控制熱水加壓水泵M1在供水時段（18：00-00：00）加壓、循環回水，供熱主管的熱水跟水箱循環起來，保證供水點隨時放出的都是熱水，減少熱水的損失。在回管的末端通過閥門控制流速，保證在高層宿舍熱供水點有足夠的水壓。

4.5 循環水泵的選擇

循環熱水溫度在40-55℃之間，泵的工作介質長時間高溫狀態，要求考慮水泵的壽命，在此選擇杭州某公司生產的高性能熱水泵。

5 改造后達到的效果

改造后總熱水容量為20m3、溫度設定為55℃，考慮補水、水箱底存水原因，實際能用水量在18m3。以冬天熱水使用量最大來計算。

5.1 按提桶用水計算，每人30L（相當于1.5桶、標準桶為20L），可同時提供550人洗澡熱用水。

5.2 按安裝花灑用水計算，每人40L，可同時提供412人洗澡熱用水。

6 結束語

通過工程完工運行半年后回訪，達到總體設計效果。在保留原有的設備基礎上，工程改造方案很好兼容原有設備，達到增大熱供水容量，保證了職工宿舍有充足的熱水供應，同時采用多機聯動的控制方式，最大限度減少設備投入及運行成本。

參考文獻

[1]鄭勇輝.揭陽市衛生學校學生公寓熱水工程方案設計[J].企業技術開發，2011（2）：66-69.

[2]關健，蔡聲鎮，蘇偉達，等.面向集群應用的太陽能中央熱水工程控制器的設計與實現[J].福建師范大學學報（自然科學版），2011（2）：66-69.

[3]盧長魁，曹靜，許全寶等.太陽能熱水系統用水箱的多種形式[J].中國住宅設施，2009（11）：46-48.

[4]羅存金.大連港某酒店太陽能集中供熱水工程的設計[J].才智，2009（18）：54-55.

作者簡介：李春來（1968-），男，廣東河源市人，電氣工程副教授，學士，研究方向為電力儀表及應用電子技術。