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(tǒng)的設(shè)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(tǒng)設(shè)計時的注意事項,并對供熱系統(tǒng)的經(jīng)濟性進行了分析。
關(guān)鍵詞:空氣源熱水機組;供熱系統(tǒng)改造;清潔能源;設(shè)計要點;經(jīng)濟性
0? ? 引言
空氣源熱水機組產(chǎn)品是以空氣為冷卻介質(zhì)的空調(diào)設(shè)備,其直接與空氣換熱,屬于清潔能源產(chǎn)品,可替代燃煤、燃氣鍋爐等傳統(tǒng)供熱設(shè)備。在環(huán)保方面,該機組不使用煤炭及燃氣,無污染廢氣產(chǎn)生;在能效方面,空氣源熱水機組性能系數(shù)可達4左右,可有效節(jié)省運行費用;在舒適度方面,該機組具有全自動穩(wěn)壓系統(tǒng),使用時不會出現(xiàn)忽冷忽熱的現(xiàn)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(jié)省初投資,可廣泛應(yīng)用于供熱系統(tǒng)改造項目。因此,積極推廣空氣源熱水機組對于實現(xiàn)環(huán)境、能源、經(jīng)濟的平衡發(fā)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(tǒng)改造項目,原熱水系統(tǒng)采用燃煤鍋爐作為熱源,現(xiàn)改造為空氣源熱水機組系統(tǒng)?;诳諝庠礋崴畽C組在冬季會出現(xiàn)制熱量衰減的情況,該項目在冬季采用市政管網(wǎng)與容積式換熱器相結(jié)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(jīng)與客戶溝通,該項目確定設(shè)計負荷采用全日制集中供應(yīng)熱水的形式,供應(yīng)熱水床位按300個計算。
2? 方案設(shè)計
2.1? 熱水設(shè)計參數(shù)
該項目熱水設(shè)計參數(shù)如表1所示。
2.2? ?設(shè)計計算
2.2.1? ?實際熱水用量
根據(jù)《全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施》,用水定額的設(shè)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(shè)計熱水量(L);q2為用水定額熱水量(L);t1為設(shè)計熱水溫度(℃);m為用水計量單位數(shù);t2為定額熱水溫度(60 ℃);t冷為設(shè)計冷水溫度(℃);K為熱水使用率(按建筑用途,或與業(yè)主溝通、協(xié)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(jù)該項目當?shù)叵募尽⒋呵锛炯岸镜淖詠硭骄鶞囟却_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(jù)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(shè)計小時變化系數(shù),根據(jù)經(jīng)驗,取夏季、春秋季為1.6,冬季為2.5。
計算結(jié)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(jù)2.2.2熱水負荷的計算結(jié)果及空氣源熱水機組每天的工作時間進行設(shè)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(jīng)濟性取14 h)。
計算結(jié)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(shù)量為2臺。
2.2.4? ?水箱選型(根據(jù)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(jù)改造前實際使用情況取3.33;K1為設(shè)計安全系數(shù)值,一般為1.1~1.3,該項目取1.3。
計算結(jié)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(huán)水泵循環(huán)水流量確定:循環(huán)水泵循環(huán)水流量=設(shè)備額定水流量×臺數(shù)×余量系數(shù)(余量系數(shù)取1.05~1.2),即18.9×2×1.1=41.58 m3/h,根據(jù)該項目水泵實際安裝位置情況,揚程初步核算設(shè)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(wǎng)
采用2臺不銹鋼材質(zhì)的容積式熱水器,該熱水器功率為323 kW,體積為2 m3。管網(wǎng)側(cè)進出水溫度為90/75 ℃,用戶側(cè)出水溫度為55 ℃。
3? 空氣源熱水機組系統(tǒng)
空氣源熱水機組系統(tǒng)主要由空氣源熱水機、水泵、水箱、循環(huán)水管道等設(shè)備組成,該系統(tǒng)流程圖如圖1所示。
4? 供熱系統(tǒng)經(jīng)濟性分析
4.1? ?初投資概算
根據(jù)具體選型結(jié)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(jù)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。