采用空气源热泵的学校集中热水供应系统|资料

摘要：以厦门某中学学生宿舍楼为例，对采用空气源热泵为热源的集中热水供应系统的设计进行了研究，分析了利用空气源热泵制备热水的优点。比较了空气源热泵、燃油热水锅炉、燃气热水锅炉、电热水锅炉及太阳能热水器的技术经济性，利用空气源热泵制备热水的技术经济性最优。
关键词：空气源热泵；集中热水供应系统；学校
Centralized Hot Water Supply System Using Air Source Heat
Pump in Schools
YANG Xiu-mei
(Xiamen Eastern District Construction Supervision Co．，Ltd．，Xiamen 361009，China)
Abstract：Taking the student dormitory buildings of a middle school in Xiamen for example，the design of centralized hot water supply system using air source heat pump as heat source is studied，and the advantages of using air source heat pump to prepare hot water are analyzed．The technical economy of air source heat pump，oil-fired hot water boiler，gas-fired hot water boiler，electric hot water boiler and solar water heater is compared，and the technical economy of using air source heat pump to prepare hot water is optimal．
Key words：air source heat pump；centralized hot water supply system；school
厦门某中学高中部新建4栋5～6层的学生宿舍楼、共约450间宿舍、可容纳学生2700人、采用集中热水供应系统，考虑到该校学生全部为寄宿制且用水时间较集中，采用定时供水方式，每天定时供水1h。厦门冬季最低气温为2℃，且最低气温出现在学校寒假期间。本文对集中热水供应系统设计进行研究。
1 集中热水供应系统的设计
①设计依据的规范标准
设计中依据的规范及标准为：GB 50015—2003《建筑给水排水设计规范》、GBJ 16—87《建筑设计防火规范》、GB 50316—2000《工业金属管道设计规范》、GB 50050—95《工业循环冷却水处理设计规范》、GB 3096—82《城市区域环境噪声标准》。
②热源的确定
目前，以空气源热泵为热源的集中热水供应系统得到了 应用，具有以下优点：a． 。利用空气源热泵制备热水，避免了电热水器、燃气热水器使用中存在的易触电、易燃、易爆、易中毒等安全问题，是较为 的加热设备。b．高效省电。空气源热泵的制热性能系数可达4.0[1]，其用电量仅是传统的电热水器的1/4，可节省大量电能。c．使用寿命长。空气源热泵的使用寿命长达10a以上，且维护费用低。d．可全天候使用。空气源热泵可全天使用，弥补了一般太阳能热水器受天气影响，不能保证随时供应热水的缺陷。因此，该工程采用空气源热泵制备热水。
③空气源热泵及蓄热水箱的选型
每栋宿舍楼单独设置集中热水供应系统。空气源热泵及蓄热水箱安装于宿舍楼顶，热水管道连接至已安装好的进水接驳口。空气源热泵间接加热蓄热水箱中冷水至55℃，根据设定水温自动控制运行状态，当蓄热水箱水温下降5℃时空气源热泵自动启动，确保蓄热水箱水温处于设定状态。
对某栋宿舍楼的空气源热泵进行设备选型，空气源热泵设计热负荷计算式为[2]：

式中Φ——空气源热泵设计热负荷，kW
qv——单台淋浴器的设计体积流量，m3/h，取0.21m3/h
Th——热水温度，K，取328K
Tc——自来水温度，K，取288K
ρ——水的密度，kg/m3
cp——水的比定压热容，kJ/(kg·K)
n——同类型淋浴器数量，按112台计算
b——淋浴器的同时使用率，取1
t——空气源热泵加热时间，h
空气源热泵的工作时间一般设定在白天能效比较大的时段，设定工作时间为10h。由式(1)计算可得，空气源热泵的设计热负荷Φ=109.42kW。每栋宿舍楼的设计热水体积流量为23.52m3/h，每天定时供水1h，确定蓄热水箱的容积为23.52m3。
考虑空气源热泵外形尺寸及价格，每栋宿舍楼选用制热能力为70kw、额定热水体积流量为1.5m3/h的空气源热泵2台，配置2台容积为12m3的蓄热水箱。
④集中热水供应系统的布置
集中热水供应系统的布置见图1。

Fig．1 Centralized hot water supply system
⑤系统调试
设备及管道安装完毕并经试压、冲洗后，即可进入调试阶段。首先，按比例调整热水供应系统的水量分配，并记录平衡阀的相对开度。水量调整好后，锁定所有平衡阀，并在调节手柄上用油漆做好标志。然后，按设计工况进行试运行，测定并调整蓄热水箱中热水温度，使之符合设计要求。保持集中热水供应系统连续运行不少于16h，并对其进行全面检查、调整并考核各项指标，以全部达到设计要求为合格。
2 技术经济性分析
在相同条件下，分别利用空气源热泵、燃油热水锅炉、燃气热水锅炉及电热水锅炉，将1m3温度为0℃的水加热至35℃消耗的电量或燃料及费用见表1。电价为0.55元/(kW·h)，柴油价格为3.90元/kg，液化石油气价格为10元/m3。柴油低热值为42.7MJ/kg，液化石油气低热值为100.5MJ/m3。
表1 不同热源制备热水消耗的电量或燃料及费用
Tab．1 Power or fuel consumed by different heat sources for preparing hot water and cost
热源 空气源热泵 燃油热水锅炉 燃气热水锅炉 电热水锅炉
热效率 3.50 O.80 0.80 0.95
消耗的电量或燃料 11.63kW·h 4.29kg 1.82m3 42.84kW·h
费用/元 6.40 16.73 18.20 23.56

利用空气源热泵制备热水的费用最低，而且不存在漏油、漏气进而发生火灾、爆炸的危险。与太阳能热水器相比，虽然两种集中热水供应系统的造价相差不大，但太阳能热水器的出水温度受天气影响较大，每年有部分时间要利用辅助热源加热。因此，利用空气源热泵制备热水的技术经济性最优。
3 结语
该热水供应系统已全面投入使用，运行情况良好，实践证明采用空气源热泵制备热水为学校带来了良好的经济效益及社会效益。
参考文献：
[1]张享国．气源热泵在建筑热水供应中的应用[J]．给水排水，2006，(1)：82—84．
[2]GB 50015—2003，建筑给水排水设计规范[S]．