前沿拓展：

在做學(xué)校熱水項(xiàng)目時(shí)，如何解決短時(shí)、集中、水量大的問題就成為項(xiàng)目成功與否的關(guān)鍵。尤其是在短時(shí)且集中的問題上，雖然學(xué)校洗浴時(shí)間一般是采用14小時(shí)供應(yīng)制，但是學(xué)生們普遍洗浴都是集中在19:30-22:30之間，因此如何解決用水“晚高峰”就成為核心。

日前，湖北某學(xué)院因?qū)W校擴(kuò)招，且原熱水設(shè)備老化嚴(yán)重，制熱效果已經(jīng)不能滿足當(dāng)前學(xué)生用水需求，亟需熱水系統(tǒng)的全面改造。

項(xiàng)目介紹

湖北某學(xué)院熱水工程總計(jì)需要熱水320噸，涉及16棟學(xué)生公寓宿舍樓的樓層淋浴間，洗浴熱水供應(yīng)到每層的小集中浴室。學(xué)生公寓樓設(shè)計(jì)在原每層公共淋浴間改造，采用熱水淋浴供給系統(tǒng)設(shè)計(jì)，管網(wǎng)系統(tǒng)采用恒壓變頻供水一拖多技術(shù)，淋浴頭出水量不低于8升/min。

項(xiàng)目為BOT模式，學(xué)校只提供場(chǎng)地、水源、電源及施工配合，校方不作任何投資，對(duì)使用的水電按照目前學(xué)校電費(fèi)、自來水費(fèi)居民收費(fèi)的價(jià)格核算，其余所有內(nèi)容全部由投資運(yùn)營(yíng)單位負(fù)責(zé)，包括項(xiàng)目融資、工程設(shè)計(jì)、工程建設(shè)、設(shè)備及附屬設(shè)施安裝（包括設(shè)備采購(gòu)、設(shè)備安裝施工與維護(hù)、水、電表及熱水管道工程等系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、制作、安裝和調(diào)試等的施工安裝與水源、電源連接等附屬設(shè)施、運(yùn)營(yíng)養(yǎng)護(hù)事宜等。

熱水需求量計(jì)算

依據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB 50015-2010第五章第一節(jié)<熱水用水定額、水溫和水質(zhì)> 中的熱水用水定額國(guó)家標(biāo)準(zhǔn),我方設(shè)計(jì)學(xué)生日用熱水量為40L/人。供水具體時(shí)間為：10:00～24:00，總共供水時(shí)間為14小時(shí)。

學(xué)生洗澡時(shí)間均是不統(tǒng)一的且用水時(shí)間按14小時(shí)計(jì), 另外學(xué)生的用水時(shí)間在19：30到22：30出現(xiàn)一個(gè)高峰，結(jié)合熱泵熱水機(jī)組出水的特點(diǎn)，學(xué)校熱水系統(tǒng)應(yīng)配置較大容積的保溫水箱以儲(chǔ)備足夠的熱水保證學(xué)生用熱水高峰時(shí)段的熱水負(fù)荷需求。

根據(jù)入住學(xué)生的人數(shù)及實(shí)際使用情況，本項(xiàng)目按以下數(shù)據(jù)設(shè)計(jì)和配置：

注：因?yàn)樗溆袑?shí)際利用容積率，所以水箱配置要比計(jì)算用水量大。

空氣源熱泵熱水機(jī)組選型

依據(jù)空氣能熱水機(jī)壽命等因素，工作時(shí)間應(yīng)≤14小時(shí)。綜合考慮空氣能熱水機(jī)年均運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性及系統(tǒng)的安全性和保障終端供水水溫的原則，對(duì)今后學(xué)生使用過程中的水溫保障等綜合考慮下，對(duì)供熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)為：

湖北某學(xué)院系統(tǒng)選用海爾天浴循環(huán)式熱泵熱水機(jī)組KF1660-X制取生活熱水，額定制熱量為：75kW；產(chǎn)水量1660L/h。

學(xué)生宿舍1#熱水區(qū)域用水量200噸。由每升水溫度升高一度所需能量4.2kJ可得：（換算單位說明：1kWh=3600 kJ）。

根據(jù)前面中確定的參數(shù)，機(jī)組選型按照環(huán)境溫度按最不利天氣條件下-4℃計(jì)算；自來水溫度按冬季自來水溫度5℃，熱水出水溫度按50℃計(jì)算。則熱水系統(tǒng)每天需要的需熱量為：

Q1=CM△T

= 4.2kJ/kg*℃×200T×1000kg/T×(50-5)℃

=37800000 kJ

=37800000 kJ÷3600kJ/kW·h

=10500kW·h。

在冬天每天工作低于13小時(shí)即能滿足整天的熱水需求根據(jù)“海爾”工作曲線在冬天熱效為70%可得：75kW×70%=52.5kW。

選用單臺(tái)制熱量75kW的空氣能熱水機(jī)，則所需空氣能熱水機(jī)為10500kW·h÷52.5kW÷13h=15.4。因此選用16臺(tái)KF1660-X熱泵熱水機(jī)組制取生活熱水。

學(xué)生宿舍2#熱水區(qū)域用水量120噸。由每升水溫度升高一度所需能量4.2kJ可得：（換算單位說明：1 kW·h=3600 kJ）。

根據(jù)前面中確定的參數(shù)，機(jī)組選型按照環(huán)境溫度按最不利天氣條件下-4℃計(jì)算；自來水溫度按冬季自來水溫度5℃，熱水出水溫度按50℃計(jì)算。則熱水系統(tǒng)每天需要的需熱量為：

Q1=CM△T

= 4.2kJ/kg*℃×120T×1000kg/T×(50-5)℃

=22680000 kJ

=22680000 kJ÷3600kJ/kW·h

=6300kW·h。

在冬天每天工作低于13小時(shí)即能滿足整天的熱水需求根據(jù)“海爾”工作曲線在冬天熱效為70%可得：75kW×70%=52.5kKW。

選用單臺(tái)制熱量75kW的空氣能熱水機(jī)，則所需空氣能熱水機(jī)為6300kW·h÷52.5kW÷13h=9.2

因此選用10臺(tái)KF1660-X熱泵熱水機(jī)組制取生活熱水。

注：熱泵熱水機(jī)組KF1660-X在學(xué)生使用時(shí)也可補(bǔ)充50℃熱水，確保在水時(shí)間段最大限度的滿足學(xué)生的熱水使用需求。

根據(jù)招標(biāo)文件主機(jī)水箱配比大于1.5:1的要求：

1#熱水系統(tǒng)16臺(tái)20P主機(jī)=320P/200=1.6＞1.5，滿足招標(biāo)文件要求；

2#熱水系統(tǒng)10臺(tái)20P主機(jī)=200P/120=1.67＞1.5，滿足招標(biāo)文件要求。

保溫水箱的內(nèi)膽和外殼采用進(jìn)口SUS304-2B食品級(jí)不銹鋼制成，內(nèi)膽頂部厚度1.2mm；底部厚度2.5mm；側(cè)面厚度，2.0mm。外殼304厚度0.8mm。保溫層：中間為聚氨酯發(fā)泡保溫，厚度80mm。水箱焊縫用氬弧焊焊接，焊接處經(jīng)過鈍化處理。

水泵選型

1#熱水系統(tǒng)機(jī)組加熱循環(huán)泵的選用。根據(jù)空氣源熱泵機(jī)組的循環(huán)水流量，單臺(tái)KF1660-X型機(jī)組的循環(huán)水流量為13m3/h，水側(cè)壓力損失為60kPa。4臺(tái)主機(jī)共用一臺(tái)循環(huán)泵。13×4=52 m3/h，揚(yáng)程不低于15m。

據(jù)上述數(shù)據(jù)，循環(huán)水泵采用額定流量50m3/h，額定揚(yáng)程18m。四臺(tái)主機(jī)共用循環(huán)泵。循環(huán)泵一用一備。四組主機(jī)共需8臺(tái)循環(huán)泵。

2#熱水系統(tǒng)機(jī)組加熱循環(huán)泵的選用。根據(jù)空氣源熱泵機(jī)組的循環(huán)水流量，單臺(tái)KF1660-X型機(jī)組的循環(huán)水流量為13m3/h，水側(cè)壓力損失為60kPa。5臺(tái)主機(jī)共用一臺(tái)循環(huán)泵。13×5=65m3/h，揚(yáng)程不低于15m。

據(jù)上述數(shù)據(jù)，循環(huán)水泵采用額定流量80m3/h，額定揚(yáng)程17m。五臺(tái)主機(jī)共用循環(huán)泵。循環(huán)泵一用一備。二組主機(jī)共需4臺(tái)循環(huán)泵滿足需求。

水泵的流量應(yīng)為額定流量的1.1～1.2倍(單臺(tái)取1.1，兩臺(tái)并聯(lián)取1.2)。按估算可大致取每100米管長(zhǎng)的沿程損失為5mH2O，水泵揚(yáng)程計(jì)算公式(mH2O)：

Hmax=△P1+△P2+0.05L(1+K)。△P1為水壓降。△P2為該環(huán)中并聯(lián)的各末端裝置的水壓損失最大的水壓降。L為該最不利環(huán)路的管長(zhǎng)，K為最不利環(huán)路中局部阻力當(dāng)量長(zhǎng)度總和與直管總長(zhǎng)的比值，當(dāng)最不利環(huán)路較長(zhǎng)時(shí)K值取0.2～0.3，最不利環(huán)路較短時(shí)K值取0.4～0.6。其中最遠(yuǎn)端管道約200米，樓高6層，總高19.8米。

Hmax=△P1+△P2+0.05L(1+K)=19.8+10+0.05×200×1.3=42.8m

1#系統(tǒng)：增壓泵的揚(yáng)程計(jì)算，約為42.8m。流量為高峰用水時(shí)系統(tǒng)水流量的1.3倍，結(jié)合《建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》GB50015-2010中的高峰水流量計(jì)算公式，得到最大流量約為140m3/h。采用CDM32-40流量32m3/h，額定揚(yáng)程53m，四臺(tái)并聯(lián)。通過恒壓控制器，根據(jù)用水量的大小自動(dòng)切換投入水泵的多少。

2#系統(tǒng)：類同1#系統(tǒng)。揚(yáng)程為42.8m，系統(tǒng)計(jì)算最大流量為96m3/h。熱水增壓泵采用南方水泵CDM32-40，流量32m3/h，額定揚(yáng)程53m。選擇三臺(tái)泵通過恒壓控制器，根據(jù)用水量的大小自動(dòng)切換投入水泵的多少。充分滿足學(xué)生浴室六層同時(shí)使用，熱水水壓不低于0.10MPa供水需求。

水泵配置表:

費(fèi)用分析

空氣源熱泵熱水受環(huán)境影響比較明顯，溫度比較高的夏秋季節(jié)能效比高，而冬天環(huán)境溫度低的時(shí)候能效比則相對(duì)要低。所以以春季、夏秋季、冬季三個(gè)時(shí)間段分開進(jìn)行計(jì)算，最后再把數(shù)據(jù)匯總。以加熱320噸50℃的熱水為例，數(shù)據(jù)以湖北武漢氣候條件進(jìn)行測(cè)算。

春季熱水負(fù)荷：Q1=CM（T1-T2）×90天=1×320×1000×（50-15）×90=100800萬千卡；

夏秋季熱水負(fù)荷：Q2=CM（T1-T2）×180天=1×320×1000×（50-20）×180=172800萬千卡；

冬季熱水負(fù)荷：Q3=CM（T1-T2）×90天=1×320×1000×（50-5）×90=129600萬千卡；

總熱水負(fù)荷Q=Q1+Q2+Q3=403200萬千卡。

由于空氣源熱泵不同季節(jié)的效率是不一樣的，所以分開計(jì)算。

春季：每度電產(chǎn)生的熱量=860千卡×3.5=3010千卡，則春季用電量=1008000000÷3010≈334883.72度。所需費(fèi)用=334883.72度×0.6元/度=20.09萬元。（空氣源熱泵春季在武漢的能效在3.0～3.8之間，計(jì)算取3.5。）

夏秋季：每度電產(chǎn)生的熱量=860千卡×4=3440千卡，則夏秋季用電量=1728000000÷3870≈446511.63度。所需費(fèi)用=446511.63度×0.6元/度=26.79萬元。（武漢地區(qū)夏秋季空氣源熱泵能效在4.0～4.5之間，計(jì)算取4。）

冬季：每度電產(chǎn)生的熱量=860千卡×2.5=2150千卡，則冬季用電量=1296000000÷2150≈602790.7度。所需費(fèi)用=602790.7度×0.6元/度=36.17萬元。（武漢地區(qū)冬季空氣源熱泵能效在2.2～3.0之間，計(jì)算取2.5。）

綜合：則全年總費(fèi)用=20.09萬+26.79萬+36.17萬=83.05萬元。

海爾天浴系列：10段定時(shí)回水，即開即熱

海爾空氣能熱泵天浴系列擁有智能回水技術(shù)，可設(shè)置10段定時(shí)回水，實(shí)時(shí)水溫監(jiān)測(cè)，真正做到即開即熱，再也無需漫長(zhǎng)等待。

產(chǎn)品采用專用熱泵壓縮機(jī)、知名品牌電子膨脹閥，在保證高效制熱的同時(shí)可比普通的制熱方式節(jié)能78%，每噸水的制熱成本與燃煤鍋爐相當(dāng)，高效節(jié)能二者兼具，在提供更多熱水的同時(shí)縮減支出。

此次學(xué)校項(xiàng)目的用水供給，需要多臺(tái)設(shè)備同時(shí)運(yùn)作才能滿足用水需求，如何統(tǒng)一操控就成了令人頭疼的問題。而海爾天浴循環(huán)式熱泵配備了一機(jī)多聯(lián)的功能，采用先進(jìn)微電腦技術(shù)，自由多聯(lián)的同時(shí)還可集中控制管理。

拓展知識(shí)：