綜合樓生活熱水供水方案設(shè)計

倪流軍

(中衡設(shè)計集團股份有限公司， 江蘇 蘇州 215000)

隨著經(jīng)濟社會的飛速發(fā)展，不但對建筑的外形和構(gòu)造有很高的要求，而且對建筑機電尤其是熱水供給方面提出了更高要求。業(yè)主對熱水供水的安全性、舒適度和熱源的選擇也要求節(jié)能環(huán)保。

1 項目概況

一幢2層綜合樓位于揚州市某住宅小區(qū)內(nèi)，供居民健身及物業(yè)辦公使用。根據(jù)2015年1月1日起實施的《江蘇省綠色建筑設(shè)計標準》9.6.1條和9.6.4條規(guī)定，該綜合樓屬于有熱水需求的公建，應設(shè)計并安裝符合相關(guān)標準的太陽能熱水系統(tǒng)，且不宜采用電輔助加熱設(shè)備。揚州市屬于亞熱帶季風性濕潤氣候向溫帶季風氣候的過渡區(qū)，氣候主要特點是四季分明，日照充足，雨量豐沛，盛行風向隨季節(jié)有明顯變化，冬季盛行干冷的偏北風，以東北風和西北風居多。揚州城區(qū)的年平均氣溫為15.8 ℃, 極端最低氣溫為-7.2 ℃。根據(jù)氣候條件和能源清潔環(huán)保方面的要求，經(jīng)方案比對后選擇空氣源熱泵作為生活熱水。

綜合樓內(nèi)的熱水系統(tǒng)主要有2套，均為機械循環(huán)的集中供熱系統(tǒng)。其中1套為泳池的恒溫、采暖和初次加熱系統(tǒng)，采用空氣源熱泵機組為熱源；另1套為熱水淋浴系統(tǒng)，采用太陽能集中供熱系統(tǒng)，并設(shè)空氣源熱泵機組為輔助熱源。

2 游泳池熱水計算與恒溫機組選型

2.1 泳池加熱系統(tǒng)計算

游泳池的池水加熱包括初次加熱和恒溫加熱。初次加熱時加熱速度不宜過快，以避免破壞游泳池的結(jié)構(gòu)。初次加熱時，所需熱量包括：①游泳池水表面蒸發(fā)損失的熱量；②游泳池的池壁和池底傳導損失的熱量；③管道和凈化水設(shè)備傳導損失的熱量；④游泳池新鮮水加熱所需的熱量。

恒溫加熱時，所需熱量包括：①游泳池水表面蒸發(fā)損失的熱量；②游泳池的池壁和池底傳導損失的熱量；③管道和凈化水設(shè)備傳導損失的熱量；④游泳池補充新鮮水加熱所需的熱量。

現(xiàn)有游泳池的基本參數(shù)如下：池水表面積AS，160 m2；主池水容積VP，250 m3；每日補水量Vf(以泳池容積的10%計算)，25 m3/d；平均每小時的補水量，1.04 m3/h；水處理循環(huán)周期TP，4 h；泳池的循環(huán)流量，62.5 m3/h；設(shè)計水溫Td，27 ℃；初次加熱時間th，48 h。

采用式(1)，計算得到游泳池水表面每小時蒸發(fā)損失的熱量QS=120 276 kJ。

QS=α·γ·(0.017 4·VW+0.022 9)·(Pb-Pq)·AS·(760/B)

(1)

式中QS——游泳池的水表面蒸發(fā)損失的熱量，kJ；

α——熱量換算系數(shù)，取4.187；

γ——與池水溫度相等時水的蒸發(fā)汽化潛熱，kcal/kg；

VW——游泳池水表面上的風速，室內(nèi)游泳池取0.5 m/s；

Pb——與池水溫度相等時的飽和空氣的水蒸汽分壓力，mmHg；

Pq——游泳池的環(huán)境空氣的水蒸汽分壓力，mmHg；

AS——游泳池的水表面面積，m2；

B——當?shù)氐拇髿鈮毫Γ琺mHg。

游泳池水面、池壁、池底、管道和設(shè)備等傳導每小時損失的熱量Qt=0.2·QS=24 048 kJ。

根據(jù)式(2)，計算得到初次加熱時，游泳池新鮮水加熱每小時所需的熱量Qf=479 520 kJ。

Qf=α·ρ·VP·(Td-Tf)/th

(2)

式中ρ——水的密度，kg/L；

VP——游泳池的池水容積，L；

Td——游泳池的池水設(shè)計溫度，℃；

Tf——游泳池補充新鮮水的水溫，℃；

th——加熱時間，h。

恒溫加熱時，游泳池補充新鮮水加熱每小時所需的熱量：

Qf0=α·ρ·Vf·(Td-Tf)/th

(3)

式中Vf——游泳池每日補充的新鮮水量，L；

Td——游泳池的池水設(shè)計溫度，℃；

Tf——游泳池補充新鮮水的水溫，℃；

th——每天設(shè)備運行時間，h。

計算得到泳池Qf0= 95 760 kJ。

因此，泳池初次加熱時，池水小時耗熱量為623 844 kJ；泳池恒溫加熱時，池水小時耗熱量為240 084 kJ。

2.2 泳池恒溫機組選型

2.2.1 熱水主機設(shè)備選型

泳池維持恒溫每小時所需要的熱量為240 084 kJ。普通空氣源熱泵最低工作溫度為-15 ℃，而揚州市的歷年最低氣溫為-7.2 ℃，故不必采用低溫型空氣源熱泵。揚州市最冷月的平均氣溫為-2 ℃，參照某品牌樣本，選用2臺RSJ-800/MS-820 普通空氣源熱泵機組，工況曲線見圖1。其標準工況：小時制熱量288 000 kJ，額定功率20.25 kW，額定的熱水產(chǎn)水率約 15.5 m3/h。

圖1 空氣源熱泵機組的工況曲線Fig.1 Performance condition curve of air-source heat pump

在-2 ℃時，所選取的空氣源熱泵單臺小時制熱量約為126 000 kJ,選用2臺便可以滿足泳池恒溫條件及符合設(shè)計要求。

根據(jù)泳池的除濕采暖要求，配置1臺型號為LRSJ-900/SY-820的空氣源熱泵機組，該單臺機組在標準工況下的小時制熱量為324 000 kJ，額定功率為30.0 kW，(27 ℃)熱水產(chǎn)水量約為70.3 m3/h，滿足泳池采暖條件并符合設(shè)計要求。

泳池初次加熱小時耗熱量為623 844 kJ，為減少加熱時間，淋浴空氣源熱泵機組設(shè)管道與泳池空氣源熱泵機組連通，通過閥門控制，所有空氣源熱泵機組均對泳池進行初次加熱。

2.2.2 主機水泵選型配置

游泳池的水溫按照2 ℃溫差進行加熱，泳池循環(huán)泵參數(shù)：Q=35 m3/h，L=32 m，N= 5.5 kW，設(shè)3臺，2用1備。

3 淋浴熱水計算與主機設(shè)備選型

3.1 淋浴熱水耗熱量

綜合樓熱水生活使用主要為淋浴(共6個)，熱水(40 ℃)用水標準為250 L/h，則總用水量為1500 L/h，計算得到每小時耗熱量Qh=219 600 kJ。

3.2 淋浴熱水主機設(shè)備選型

淋浴的熱源采用空氣源熱水機組+太陽能熱水系統(tǒng)。

3.2.1 綜合樓淋浴間設(shè)集中供熱系統(tǒng)

淋浴按照熱水(55 ℃)標準，最高日所有淋浴全天按照使用3 h計，則淋浴的日用水量為250×35/50×6×3=3 150 L/d。現(xiàn)有屋面經(jīng)排布后，太陽能可滿足40%的熱水供應量，即1 260 L(55 ℃)或1 145 L(60 ℃)。

經(jīng)過計算，綜合樓的太陽能集熱器面積取24 m2，選用2.0 m2的集熱板，共12塊；熱水箱存儲全天的熱水，即選用有效容積為3.5 m3的容積式熱交換器設(shè)于屋頂，儲藏全天的生活熱水；另設(shè)熱媒循環(huán)泵及控制系統(tǒng)，其余熱水部分由空氣源熱泵加熱提供，并按平均時熱水用量配置熱泵機組。

計算得出淋浴的全天耗熱量為659 452.5 kJ，空氣源熱泵機組加熱時間按6 h計算，即小時制熱量為109 910 kJ。

普通空氣源熱泵最低工作溫度為-15 ℃，而揚州市的歷年最低氣溫為-7.2 ℃，故不必采用低溫型空氣源熱泵。根據(jù)最冷月的平均氣溫，參照某品牌樣本，選用1臺與熱水主機相同型號的普通空氣源熱泵機組。所選取空氣源熱泵，在-2 ℃時的單臺小時制熱量約為126 000 kJ，可以滿足淋浴的設(shè)計要求。出現(xiàn)極端低溫天氣時，建議首先通過提前開啟空氣源熱泵機組，延長加熱時間，滿足熱水制備量。

3.2.2 熱水供給循環(huán)水泵的選型太陽能熱媒循環(huán)水泵：2臺，1用1備，Q=1.8 m3/h，H=20 m，N=0.75 kW；淋浴熱水循環(huán)水泵：2臺，1用1備，Q=4.0 m3/h，H=15 m，N=1.1 kW；熱水機組循環(huán)泵：2臺，1用1備，Q=5.5 m3/h，H=25 m，N=1.5 kW。

4 結(jié)語

① 太陽能和空氣源熱泵機組都是清潔能源，尤其是太陽能還屬于可再生能源。工程中熱水系統(tǒng)的熱源既未采用傳統(tǒng)的燃氣鍋爐或市政熱源，也沒有采用電加熱設(shè)備直接進行加熱，而是充分利用太陽能熱源，在太陽能熱源無法保證建筑物內(nèi)熱水使用的條件下，再啟動空氣源熱泵進行相應的輔助加熱。

② 在空氣源熱泵選型時，只有按照其在最不利氣候的工況點下進行相應校核，才能保證熱源的供給安全可靠。該系統(tǒng)既不受氣候條件的影響，也不受市政配套資源的約束，廣泛適用于有熱水需求的建筑物。