青島某賓館熱水系統改造項目設計與經濟性分析

楊玥 王偉東

摘 要：以青島市某賓館項目為例，詳細探討了空氣源熱水系統的設計思路及項目方對空氣源熱水機組的功能要求，闡述了空氣源熱水機組系統設計時的注意事項，并對供熱系統的經濟性進行了分析。

關鍵詞：空氣源熱水機組;供熱系統改造;清潔能源;設計要點;經濟性

0? ? 引言

空氣源熱水機組產品是以空氣為冷卻介質的空調設備，其直接與空氣換熱，屬于清潔能源產品，可替代燃煤、燃氣鍋爐等傳統供熱設備。在環保方面，該機組不使用煤炭及燃氣，無污染廢氣產生;在能效方面，空氣源熱水機組性能系數可達4左右，可有效節省運行費用;在舒適度方面，該機組具有全自動穩壓系統，使用時不會出現忽冷忽熱的現象。此外，該機組安裝形式簡單，可放置于屋頂或室外庭院，與水源熱泵機組相比，其不需要專用機房和冷卻塔，節省初投資，可廣泛應用于供熱系統改造項目。因此，積極推廣空氣源熱水機組對于實現環境、能源、經濟的平衡發展具有十分重要的意義。

1? 工程概況

青島市某賓館熱水系統改造項目，原熱水系統采用燃煤鍋爐作為熱源，現改造為空氣源熱水機組系統。基于空氣源熱水機組在冬季會出現制熱量衰減的情況，該項目在冬季采用市政管網與容積式換熱器相結合的方式制取熱水，而在夏季和春秋季則采用空氣源熱水機組制取熱水，并配置蓄熱水箱，熱水機組每天的運行時間為14 h。

經與客戶溝通，該項目確定設計負荷采用全日制集中供應熱水的形式，供應熱水床位按300個計算。

2? 方案設計

2.1? 熱水設計參數

該項目熱水設計參數如表1所示。

2.2? ?設計計算

2.2.1? ?實際熱水用量

根據《全國民用建筑工程設計技術措施》，用水定額的設計溫度為60 ℃，但是實際空氣源熱水機組提供的熱水溫度最高為55 ℃，需進行熱水量的換算，計算公式如下：

q1=K·q2·m·（t2-tl）/（t1-t冷）

式中：q1為設計熱水量（L）;q2為用水定額熱水量（L）;t1為設計熱水溫度（℃）;m為用水計量單位數;t2為定額熱水溫度（60 ℃）;t冷為設計冷水溫度（℃）;K為熱水使用率（按建筑用途，或與業主溝通、協商，取0.5～1，該項目夏季、春秋季取0.8，冬季考慮賓館和廚房取0.9）。

t冷的溫度，根據該項目當地夏季、春秋季及冬季的自來水平均溫度確定，夏季t冷為15 ℃，春秋季t冷為10 ℃，冬季t冷為5 ℃。夏季每天使用熱水量：q夏= 37 800 L，春秋季每天使用熱水量：q春秋= 37 333 L，冬季每天使用熱水量：q冬= 53 460 L。

2.2.2? ?熱水負荷計算

根據熱水用水量和被加熱水的溫升，熱水負荷按下式計算：

Q=C·M·△T·Kh= C·（q1·ρ）·（t1-t冷）·Kh

式中：Q為每天的熱水負荷（kJ）;△T為冷熱水溫差（℃）;M為每天用水量（kg）;ρ為水的密度（kg/L）;C為水的比熱容，為4.186 8 kJ/（kg·℃）;Kh為設計小時變化系數，根據經驗，取夏季、春秋季為1.6，冬季為2.5。

計算結果：

Q夏季=4.186 8×（37 800×1）×（55-15）×1.6≈10 128 707 kJ

Q春秋季=4.186 8×（37 333×1）×（55-10）×1.6 ≈11 254 018 kJ

Q冬季=4.186 8×（53 460×1）×（55-5）×2.5=27 978 291 kJ

2.2.3? ?空氣源熱水機組選型

因該項目采用空氣源熱水機組為客戶提供熱水，根據2.2.2熱水負荷的計算結果及空氣源熱水機組每天的工作時間進行設備選型，按如下公式計算：

W=Q/（H·3 600）

式中：W為空氣源熱水機組制熱量（kW）;Q為每天熱水負荷（kJ）;H為空氣源熱水機組每天工作的時間（一般按照每天工作10～14 h計算，考慮經濟性取14 h）。

計算結果：

W夏季=10 128 707÷（14×3 600）≈201 kW

W春秋季=11 254 018÷（14×3 600）≈223 kW

綜上，在夏季及春秋季熱水負荷全部由空氣源熱水機組提供的情況下，擬選某品牌制熱量為110 kW的空氣源熱水機組CA100，數量為2臺。

2.2.4? ?水箱選型（根據實際熱水用量計算）

儲熱水箱（罐）選型：

V水箱=（q/h1）·h2·A·K1

式中：V水箱為儲水箱容積（m3）;q為每天使用的熱水量（m3），取夏季q夏;h1為熱水使用時間，考慮賓館實際使用情況，取24 h;h2為保證高峰用水時間，一般取2～5 h，該項目取3 h;A為最高日最高時熱水量與該日平均小時熱水量的比值，根據改造前實際使用情況取3.33;K1為設計安全系數值，一般為1.1～1.3，該項目取1.3。

計算結果：

V水箱=（37 800÷24）×3×3.33×1.3≈20 455 L =20.455 m3

綜上，選取某品牌不銹鋼保溫水箱1臺，標準容量為21 m3。

2.2.5? ?水泵選型

循環水泵循環水流量確定：循環水泵循環水流量=設備額定水流量×臺數×余量系數（余量系數取1.05～1.2），即18.9×2×1.1=41.58 m3/h，根據該項目水泵實際安裝位置情況，揚程初步核算設計為20 m。

綜上，取水泵流量為42 m3/h，揚程為20 m。

2.2.6? ?冬季采用市政管網

采用2臺不銹鋼材質的容積式熱水器，該熱水器功率為323 kW，體積為2 m3。管網側進出水溫度為90/75 ℃，用戶側出水溫度為55 ℃。

3? 空氣源熱水機組系統

空氣源熱水機組系統主要由空氣源熱水機、水泵、水箱、循環水管道等設備組成，該系統流程圖如圖1所示。

4? 供熱系統經濟性分析

4.1? ?初投資概算

根據具體選型結果對初投資進行概算，具體如表2所示。

4.2? ?運行費用概算

根據夏季90天，春秋季150天，冬季120天計算運行費用，具體如表3所示。