電蓄熱生活熱水供應(yīng)系統(tǒng)

羅衛(wèi)東 劉晶茹 王 晶 劉恒明

(1.大連海洋大學(xué)海洋與土木工程學(xué)院，遼寧 大連 116023;2.大連海洋大學(xué)海洋科技與環(huán)境學(xué)院，遼寧 大連 116023)

在熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，熱源的選擇至關(guān)重要，它直接影響到設(shè)計(jì)和施工的復(fù)雜程度、建設(shè)投資乃至運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用。特別是對(duì)于全天(24 h)保證熱水供應(yīng)的建筑，設(shè)計(jì)時(shí)考慮初投資與運(yùn)行費(fèi)用同等重要。下面就某賓館的熱水供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析介紹。

1 熱源選擇的思考

該賓館熱水供應(yīng)與地?zé)嵯到y(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)，可供選擇的熱源有:外網(wǎng)蒸汽(不回收冷凝水)、燃油(氣)鍋爐和電鍋爐。外網(wǎng)蒸汽運(yùn)行費(fèi)用高且壓力隨季節(jié)變化大;燃油(氣)鍋爐雖然運(yùn)行費(fèi)用低，但涉及到環(huán)保、消防主管部門的審批等一系列復(fù)雜手續(xù)和費(fèi)用，并且運(yùn)行管理復(fù)雜;而電鍋爐既清潔又環(huán)保且無(wú)復(fù)雜的審批及消防等方面的問(wèn)題。雖然全天運(yùn)行費(fèi)用也很高，但是改變其運(yùn)行模式(利用低谷電運(yùn)行制備熱水(即所謂的電蓄熱)正常使用時(shí)供出)仍可取得意想不到的經(jīng)濟(jì)效果。經(jīng)過(guò)對(duì)初投資、運(yùn)行費(fèi)用以及設(shè)計(jì)施工復(fù)雜程度等多方面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，最后決定以外網(wǎng)蒸汽作為地?zé)釤嵩醇盁崴到y(tǒng)的輔助熱源，采用常壓電熱水鍋爐為熱水系統(tǒng)的主要熱源，采用經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式運(yùn)行的設(shè)計(jì)方案。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)與分析

系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要設(shè)備表見(jiàn)表1。系統(tǒng)工藝流程與原理見(jiàn)圖1。

首先，作為主熱源的常壓電熱水鍋爐其容量必須滿足低谷電時(shí)段(大連為:22:00～5:00，7 h)內(nèi)制備全天(24 h)所需的熱水，因此，其容量計(jì)算如下:

其中，Wd為最大日耗熱量，kcal/d;m 為用水單位數(shù)(人或床位等);qr為熱水用水定額，L/(人·d)或L/(床·d);c 為水的比熱，1 kcal/(L·℃);tl為冷水計(jì)算溫度，℃;tr為熱水計(jì)算溫度，℃;Wg為鍋爐的容量，kcal/h;T低為低谷電時(shí)段(大連為:22:00～5:00，7 h)。

通常按最大小時(shí)耗熱量選鍋爐，則其容量選擇計(jì)算如下:

其中，Kh為熱水小時(shí)變化系數(shù)，通常Kh≥4;其余同上。

由于24/Kh≤6，所以W'g＞W(wǎng)g。由此可見(jiàn)，按低谷時(shí)段選鍋爐，一般情況下小于按最大時(shí)耗熱量選鍋爐的容量。

其次，貯熱水箱作為電蓄熱熱水系統(tǒng)的重要組成部分，對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性有著重要影響。既要保證蓄熱保溫效果好，又要保證水質(zhì)安全，同時(shí)維護(hù)管理方便，經(jīng)過(guò)多方面比較和嚴(yán)格篩選，采用不銹鋼裝配式水箱，采用50 mm 厚歐文斯克寧保溫膏外包鋁薄和保護(hù)層的保溫結(jié)構(gòu)。由于保溫材料無(wú)接縫，且與箱體之間無(wú)安裝縫隙，再加上材料自身良好的保溫隔熱性能，經(jīng)過(guò)3年多的運(yùn)行實(shí)踐證明，保溫效果十分理想。經(jīng)測(cè)定24 h 箱內(nèi)水溫降不大于2 ℃。

表1 主要設(shè)備表

當(dāng)然，若箱內(nèi)貯水長(zhǎng)時(shí)間不用或得不到熱量補(bǔ)充，將無(wú)法保證設(shè)計(jì)供水溫度。為此，增設(shè)一套以蒸汽為熱源的板式換熱器輔助加熱循環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)箱內(nèi)(距箱底400 mm)處水溫降到58 ℃，由小循環(huán)泵從水箱吸水經(jīng)輔助加熱循環(huán)系統(tǒng)加熱后返回?zé)崴洌羲鋬?nèi)水溫未降到58 ℃，則二次循環(huán)系統(tǒng)主要用于熱水回水系統(tǒng)的循環(huán)加熱，熱水箱貯存容量按全天24 h(不扣除低谷段內(nèi)用水量)，總熱水量以60 ℃計(jì)算。二次循環(huán)加熱系統(tǒng)按滿箱水一日(24 h)循環(huán)兩次計(jì)算，再按加上熱水系統(tǒng)回水量循環(huán)加熱次數(shù)不小于一次進(jìn)行校核，從而以少量的蒸汽損耗來(lái)補(bǔ)充蓄熱水箱及熱水系統(tǒng)的熱量損失。其蒸汽損耗量為:

其中，Gm為蒸汽耗量，kg/d;Wd為最大日耗熱量，kcal/d;im為蒸汽的熱焓，kJ/kg，0.6 Pma 2 757 kJ/kg;in為蒸汽凝結(jié)水的熱焓，kJ/kg，0.6 Pma 667 kJ/kg;其中10%Wd為熱水系統(tǒng)的熱損失，kcal/d。

圖1 電蓄熱熱水系統(tǒng)原理圖

第三，熱水供水系統(tǒng)采用開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng)。微機(jī)變頻水泵組從蓄熱水箱吸水，供給熱水管網(wǎng)系統(tǒng)，同時(shí)循環(huán)回水管末端設(shè)置電動(dòng)調(diào)節(jié)閥，調(diào)節(jié)閥根據(jù)系統(tǒng)用水情況，依回水管末端水壓力來(lái)自動(dòng)調(diào)節(jié)控制循環(huán)水量。當(dāng)系統(tǒng)無(wú)用水時(shí)調(diào)節(jié)閥全開(kāi)，通過(guò)調(diào)節(jié)閥的循環(huán)回水量約為設(shè)計(jì)最大小時(shí)用水量的30%;當(dāng)系統(tǒng)用水達(dá)到設(shè)計(jì)秒流量時(shí)，調(diào)節(jié)閥關(guān)閉，無(wú)循環(huán)回水。循環(huán)水經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)閥后，泄流進(jìn)回水箱，再由二次循環(huán)加熱系統(tǒng)加熱后回到蓄熱水箱。回水箱的有效容積按30 min 最大回水量確定。供水泵組的選擇按設(shè)計(jì)秒流量確定。

3 經(jīng)濟(jì)效果分析

要分析運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效果，首先必須了解不同時(shí)段的電費(fèi)價(jià)格。大連的電價(jià)如表2 所示。

表2 大連各時(shí)段電費(fèi)表

按常識(shí)，東北地區(qū)熱水的使用時(shí)間基本上都分布于5:00～22:00 之間，但保守地假設(shè)低谷電價(jià)時(shí)段用水量占全天用水量的20%，其余用水量按時(shí)間均勻分配，則高峰電價(jià)時(shí)段用水量占全天用水量的比例為:8/17×(1 -20%)=37.65%;平價(jià)電時(shí)段用水量比例為9/17×(1-20%)=42.35%;而鍋爐的功率N=120×10-4Wg。

其中，N 為鍋爐電功率，kW;Wg為鍋爐的容量，kcal/h。

于是，若鍋爐按全天常態(tài)24 h 運(yùn)行(相當(dāng)于滿負(fù)荷運(yùn)行T低小時(shí))，其每天制備熱水消耗電的平均電價(jià)為:

若采用低谷電蓄熱的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行模式，則其每天制備熱水耗電的電價(jià)為:

同時(shí)用于補(bǔ)充熱損耗的輔助熱源蒸汽費(fèi)用為:

于是，每天運(yùn)行費(fèi)用的比值為:

可見(jiàn)，其經(jīng)濟(jì)效果十分明顯，而實(shí)際運(yùn)行結(jié)果經(jīng)用戶證實(shí)節(jié)電超過(guò)30%，值得大力推廣。