推荐产品
学习分享：学校空气源热泵热水器方案如何设计？
该案例为福建省莆田市某中学的洗浴热水项目，于2017年6月启动施工安装，7月全部完成系统安装与调试并正常运行。
1.项目概况
1.1项目介绍
本项目为福建省某中学洗浴热水项目，共有2个热水需求点：宿舍楼一栋共129间宿舍，学术交流中心一栋共80间客房，共配置3台20匹循环式空气源热泵热水器，10匹和5匹直热式空气源热水器各1台。
该工程于2017年6月施工，2017年7月全部完成系统安装与调试并正常运行。
1.2甲方要求
学生宿舍楼一栋，129间6人间宿舍，学术交流中心一栋，80个客房共125个床位，分别满足学生宿舍、学术交流中心热水需求；此外，学术交流中心要直补热水；热水供水温度：不低于50℃；供水采用变频增压供水，循环水泵应与学校热水系统相匹配。
2.设计依据(略)
3. 设计参数
3.1冷水补充温度
冷水的计算温度，应以当地最冷月份平均水温资料确定，当无水温资料时，可采用下表进行取值。本项目冷水计算水温取10℃。
表1：我国各地区最冷月平均水温数据（部分）
|
区域 |
省、市、自治区、行政区 |
地面水℃ |
地下水℃ |
|
|
东南 |
江苏 |
偏北 |
4 |
10-15 |
|
大部 |
5 |
15-20 |
||
|
江西大部 |
5 |
15-20 |
||
|
安徽大部 |
5 |
15-20 |
||
|
福建 |
北部 |
5 |
15-20 |
|
|
南部 |
10-15 |
20 |
||
|
台湾 |
10-15 |
20 |
||
3.2室外气象参数
通过查设计规范知，莆田附近的福州地区室外设计计算参数如下表：
|
城市名称 |
计算温度（℃) |
|||||
|
年平均 |
冬季采暖 |
冬季通风 |
冬季空调 |
极端最高 |
极端最低 |
|
|
福州 |
19.8 |
6.3 |
10.9 |
4.4 |
39.9 |
-1.7 |
4.系统选型
4.1用水量确定
查集体宿舍及其他公共建筑生活用水规范，并结合校方用水意见，最终确定学生宿舍每日用水量54.18吨、学术交流中心每日用水量15吨，热水供应温度50℃。
4.2空气源热泵主机选型
考虑到本系统的实际热水需求与供水形式，同时考虑到当地环境温度，宿舍楼选用的空气源热泵热水器，可在-15℃环境正常运行；学术交流中心选用的空气源热泵热水器，可定温补水。
热泵安装处计算环境温度：10.9℃；冷水计算水温：10℃。
所需机组总制热能力根据如下公式进行计算：Qr＝C•M•△t/3600
其中：Qr——日耗热量，kW•h；C——水的比热，取C＝4.187kJ/(kg•℃)；M——被加热水的质量，L/天；△t——水终温与水初温的温差，℃；
经计算得：
学生宿舍Qr=4.187×54180×(50-10)÷3600=2520.57kWh；
学术交流中心Qr=4.187×15000×(50-10)÷3600=697.83kWh；
①学生宿舍用热泵选型
宿舍用空气源热泵热水器，其制热量修正曲线如下图：
冬季环境工况计算：室外环境温度10.9℃时，此时热泵机组制热量为：53kW，选取3台，则热泵机组冬季工作时间为：2520.57kWh÷53kW/台÷3台=15.85h，满足冬季运行小于18小时的需求。
辅助能源功率：4.4℃时热泵制热量为21kW，热泵工作时间2520.57kWh÷44kW/台÷3台=19.10h＜24h，无需电辅。
②学术交流中心用热泵选型
学术交流中心的两台空气源热泵热水器产水量修正曲线如下图：
冬季环境工况计算：室外环境温度10.9℃时，此时热泵机组产热水量分别为340L/h、590L/h，则选用1台5匹和1台10匹的产热水量为340+590=930L/h，热泵工作时间为15000L÷930L/h=16.13h，满足冬季运行小于18小时的需求。
辅助能源功率：4.4℃时热泵产水量为290+490=780L/h，热泵工作时间15000L÷780L/h =19.23h＜24h，无需电辅。
4.3空气源热泵机组循环泵的选型
当机组安装低于水箱时，水箱与机组之间的高度差不应大于8m，超过8m时应安装中间过渡水箱；当机组安装高于水箱时，则要注意循环水泵的选型，在克服高落差的情况下务必保证单机循环流量不低于循环保温水流量规定值。
①循环泵流量
按照如下公式进行计算：Φ循环=1.05~1.1Φ1*N
其中：Φ1——单台机组循环保温水流量，m3/h；N——所安装机组台数，3台。
则学生宿舍热泵循环泵流量为：1.05×13m3/h/台×3台=40.95m3/h。
②循环泵扬程
H＝1.1～1.2×（Z1＋Z2＋Z3＋0.05L）
其中：Z1——系统最高点与水泵吸水口高度差，取2m；Z2——管道局部阻力损失，单位m，估算时可按3m取值；Z3——并联热泵机组最大阻力，70kPa折合7m；L——水管长度，单位m，估算为20m；
则：本系统热泵循环泵扬程为：1.1×（2+3+7+0.05×20）=14.3m。
根据计算，学生宿舍热泵循环水泵选用两台IPL80/110-4/2，1用1备。
同理计算出学术交流中心5匹热泵循环泵采用两台MHI202，1用1备；10匹热泵循环泵采用两台MHI802，1用1备。
5.系统控制及说明
5.1 控制系统
机组自带微电脑智控系统，并配置线控式手操器，最远距离可可根据回水温度、进水温度、水箱温度控制机组压缩机的启停，来达到节能的目的。另外，热泵机组自带低水温保护、缺水保护、高低压保护等功能。当热泵主机缺水运行时，会开启水流故障报警，关闭压缩机及水泵的运行。
5.2其他说明
A.系统直热补水，温度调节: 35～60℃
B.系统采用循环保温加热，温度20～60℃可调节
C.定时开/关机：时间随意设定，满足错峰用电需求，进一步降低运行费用。
D.定时回水功能：用户可根据实际用水情况设定最多10段定时回水时段，达到节能的作用。
E.防冻功能：机组侧和用户侧自动防冻设计，有效保护机组侧运行及用户侧用水需求
F.机组其他功能：掉电记忆功能；运行状态显示：加热、循环保温、除霜、清洗；故障自动检测与显示；系统各温度点的查看；自动化霜；清洗功能等等。
6.系统图
|
|
燃气锅炉 |
燃煤锅炉 |
电锅炉 |
空气源热泵 |
||||
|
能源种类 |
天然气 |
单位 |
煤炭 |
单位 |
电 |
单位 |
电 |
单位 |
|
热值 |
35982.40 |
kJ/m3 |
16736.00 |
kJ/Kg |
3598.24 |
kJ/度 |
3598.24 |
kJ/度 |
|
能效比 |
0.90 |
0.60 |
0.95 |
4.50 （19.8℃） |
||||
|
燃料价格 |
3.00 |
元/m3 |
0.65 |
元/Kg |
0.75 |
元/度 |
0.75 |
元/度 |
|
年供水天数 |
300.00 |
天 |
300.00 |
天 |
300.00 |
天 |
300.00 |
天 |
|
日供热水量 |
69180.00 |
Kg |
69180.00 |
Kg |
69180.00 |
Kg |
69180.00 |
Kg |
|
每日耗热量 |
11586266.4 |
kJ |
11586266.4 |
kJ |
11586266.4 |
kJ |
11586266.4 |
kJ |
|
日均消耗燃料 |
357.78 |
m3 |
1153.83 |
Kg |
3389.45 |
kWh |
715.55 |
kWh |
|
年消耗燃料 |
10.73 |
万m3 |
346.15 |
吨 |
101.68 |
万kWh |
21.47 |
万kWh |
|
日均运行费用 |
1073.34 |
元/天 |
749.99 |
元/天 |
2542.09 |
元/天 |
536.66 |
元/天 |
|
人工维护费用 |
4000.00 |
元/年 |
20000.00 |
元/年 |
4000.00 |
元/年 |
4000.00 |
元/年 |
|
年运行总费用 |
32.60 |
万元/年 |
24.50 |
万元/年 |
76.66 |
万元/年 |
16.50 |
万元/年 |
|
空气源热泵相对节省 |
16.10 |
万元/年 |
8.00 |
万元/年 |
60.16 |
万元/年 |
—— |
万元/年 |
7.系统图
8.结论
该中学洗浴热水项目在2017年7月份正式投入使用后，甲方学校对热水使用情况表示非常满意，热水量能够完全满足全校师生的日常用水需求，即使是在学生洗浴的高峰时段热水供应也不会短缺。