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空氣源熱泵講堂
學(xué)習(xí)分享:學(xué)?諝庠礋岜脽崴桨溉绾卧O(shè)計(jì)?
作者: 發(fā)布于:2018-10-2 9:58:37

學(xué)習(xí)分享:學(xué)校空氣源熱泵熱水器方案如何設(shè)計(jì)?


該案例為福建省莆田市某中學(xué)的洗浴熱水項(xiàng)目,于2017年6月啟動(dòng)施工安裝,7月全部完成系統(tǒng)安裝與調(diào)試并正常運(yùn)行。

1.項(xiàng)目概況

1.1項(xiàng)目介紹

本項(xiàng)目為福建省某中學(xué)洗浴熱水項(xiàng)目,共有2個(gè)熱水需求點(diǎn):宿舍樓一棟共129間宿舍,學(xué)術(shù)交流中心一棟共80間客房,共配置3臺(tái)20匹循環(huán)式空氣源熱泵熱水器,10匹和5匹直熱式空氣源熱水器各1臺(tái)。

該工程于2017年6月施工,2017年7月全部完成系統(tǒng)安裝與調(diào)試并正常運(yùn)行。

1.2甲方要求

學(xué)生宿舍樓一棟,129間6人間宿舍,學(xué)術(shù)交流中心一棟,80個(gè)客房共125個(gè)床位,分別滿足學(xué)生宿舍、學(xué)術(shù)交流中心熱水需求;此外,學(xué)術(shù)交流中心要直補(bǔ)熱水;熱水供水溫度:不低于50℃;供水采用變頻增壓供水,循環(huán)水泵應(yīng)與學(xué)校熱水系統(tǒng)相匹配。

2.設(shè)計(jì)依據(jù)(略)

3. 設(shè)計(jì)參數(shù)

3.1冷水補(bǔ)充溫度

冷水的計(jì)算溫度,應(yīng)以當(dāng)?shù)刈罾湓路萜骄疁刭Y料確定,當(dāng)無水溫資料時(shí),可采用下表進(jìn)行取值。本項(xiàng)目冷水計(jì)算水溫取10℃。

表1:我國(guó)各地區(qū)最冷月平均水溫?cái)?shù)據(jù)(部分)

區(qū)域

省、市、自治區(qū)、行政區(qū)

地面水℃

地下水℃

東南

江蘇

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

臺(tái)灣

10-15

20

3.2室外氣象參數(shù)

通過查設(shè)計(jì)規(guī)范知,莆田附近的福州地區(qū)室外設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)如下表:

城市名稱

計(jì)算溫度(℃)

年平均

冬季采暖

冬季通風(fēng)

冬季空調(diào)

極端最高

極端最低

福州

19.8

6.3

10.9

4.4

39.9

-1.7

4.系統(tǒng)選型

4.1用水量確定

查集體宿舍及其他公共建筑生活用水規(guī)范,并結(jié)合校方用水意見,最終確定學(xué)生宿舍每日用水量54.18噸、學(xué)術(shù)交流中心每日用水量15噸,熱水供應(yīng)溫度50℃。

4.2空氣源熱泵主機(jī)選型

考慮到本系統(tǒng)的實(shí)際熱水需求與供水形式,同時(shí)考慮到當(dāng)?shù)丨h(huán)境溫度,宿舍樓選用的空氣源熱泵熱水器,可在-15℃環(huán)境正常運(yùn)行;學(xué)術(shù)交流中心選用的空氣源熱泵熱水器,可定溫補(bǔ)水。

熱泵安裝處計(jì)算環(huán)境溫度:10.9℃;冷水計(jì)算水溫:10℃。

所需機(jī)組總制熱能力根據(jù)如下公式進(jìn)行計(jì)算:Qr=C•M•△t/3600

其中:Qr——日耗熱量,kW•h;C——水的比熱,取C=4.187kJ/(kg•℃);M——被加熱水的質(zhì)量,L/天;△t——水終溫與水初溫的溫差,℃;

經(jīng)計(jì)算得:

學(xué)生宿舍Qr=4.187×54180×(50-10)÷3600=2520.57kWh;

學(xué)術(shù)交流中心Qr=4.187×15000×(50-10)÷3600=697.83kWh;

學(xué)生宿舍用熱泵選型

宿舍用空氣源熱泵熱水器,其制熱量修正曲線如下圖:


冬季環(huán)境工況計(jì)算:室外環(huán)境溫度10.9℃時(shí),此時(shí)熱泵機(jī)組制熱量為:53kW,選取3臺(tái),則熱泵機(jī)組冬季工作時(shí)間為:2520.57kWh÷53kW/臺(tái)÷3臺(tái)=15.85h,滿足冬季運(yùn)行小于18小時(shí)的需求。

輔助能源功率:4.4℃時(shí)熱泵制熱量為21kW,熱泵工作時(shí)間2520.57kWh÷44kW/臺(tái)÷3臺(tái)=19.10h<24h,無需電輔。

學(xué)術(shù)交流中心用熱泵選型

學(xué)術(shù)交流中心的兩臺(tái)空氣源熱泵熱水器產(chǎn)水量修正曲線如下圖:


冬季環(huán)境工況計(jì)算:室外環(huán)境溫度10.9℃時(shí),此時(shí)熱泵機(jī)組產(chǎn)熱水量分別為340L/h、590L/h,則選用1臺(tái)5匹和1臺(tái)10匹的產(chǎn)熱水量為340+590=930L/h,熱泵工作時(shí)間為15000L÷930L/h=16.13h,滿足冬季運(yùn)行小于18小時(shí)的需求。

輔助能源功率:4.4℃時(shí)熱泵產(chǎn)水量為290+490=780L/h,熱泵工作時(shí)間15000L÷780L/h =19.23h<24h,無需電輔。

4.3空氣源熱泵機(jī)組循環(huán)泵的選型

當(dāng)機(jī)組安裝低于水箱時(shí),水箱與機(jī)組之間的高度差不應(yīng)大于8m,超過8m時(shí)應(yīng)安裝中間過渡水箱;當(dāng)機(jī)組安裝高于水箱時(shí),則要注意循環(huán)水泵的選型,在克服高落差的情況下務(wù)必保證單機(jī)循環(huán)流量不低于循環(huán)保溫水流量規(guī)定值。

①循環(huán)泵流量

按照如下公式進(jìn)行計(jì)算:Φ循環(huán)=1.05~1.1Φ1*N

其中:Φ1——單臺(tái)機(jī)組循環(huán)保溫水流量,m3/h;N——所安裝機(jī)組臺(tái)數(shù),3臺(tái)。

則學(xué)生宿舍熱泵循環(huán)泵流量為:1.05×13m3/h/臺(tái)×3臺(tái)=40.95m3/h。

②循環(huán)泵揚(yáng)程

H=1.1~1.2×(Z1+Z2+Z3+0.05L)

其中:Z1——系統(tǒng)最高點(diǎn)與水泵吸水口高度差,取2m;Z2——管道局部阻力損失,單位m,估算時(shí)可按3m取值;Z3——并聯(lián)熱泵機(jī)組最大阻力,70kPa折合7m;L——水管長(zhǎng)度,單位m,估算為20m;

則:本系統(tǒng)熱泵循環(huán)泵揚(yáng)程為:1.1×(2+3+7+0.05×20)=14.3m。

根據(jù)計(jì)算,學(xué)生宿舍熱泵循環(huán)水泵選用兩臺(tái)IPL80/110-4/2,1用1備。

同理計(jì)算出學(xué)術(shù)交流中心5匹熱泵循環(huán)泵采用兩臺(tái)MHI202,1用1備;10匹熱泵循環(huán)泵采用兩臺(tái)MHI802,1用1備。

5.系統(tǒng)控制及說明

5.1 控制系統(tǒng)

機(jī)組自帶微電腦智控系統(tǒng),并配置線控式手操器,最遠(yuǎn)距離可可根據(jù)回水溫度、進(jìn)水溫度、水箱溫度控制機(jī)組壓縮機(jī)的啟停,來達(dá)到節(jié)能的目的。另外,熱泵機(jī)組自帶低水溫保護(hù)、缺水保護(hù)、高低壓保護(hù)等功能。當(dāng)熱泵主機(jī)缺水運(yùn)行時(shí),會(huì)開啟水流故障報(bào)警,關(guān)閉壓縮機(jī)及水泵的運(yùn)行。

5.2其他說明

A.系統(tǒng)直熱補(bǔ)水,溫度調(diào)節(jié): 35~60℃

B.系統(tǒng)采用循環(huán)保溫加熱,溫度20~60℃可調(diào)節(jié)

C.定時(shí)開/關(guān)機(jī):時(shí)間隨意設(shè)定,滿足錯(cuò)峰用電需求,進(jìn)一步降低運(yùn)行費(fèi)用。

D.定時(shí)回水功能:用戶可根據(jù)實(shí)際用水情況設(shè)定最多10段定時(shí)回水時(shí)段,達(dá)到節(jié)能的作用。

E.防凍功能:機(jī)組側(cè)和用戶側(cè)自動(dòng)防凍設(shè)計(jì),有效保護(hù)機(jī)組側(cè)運(yùn)行及用戶側(cè)用水需求

F.機(jī)組其他功能:掉電記憶功能;運(yùn)行狀態(tài)顯示:加熱、循環(huán)保溫、除霜、清洗;故障自動(dòng)檢測(cè)與顯示;系統(tǒng)各溫度點(diǎn)的查看;自動(dòng)化霜;清洗功能等等。

6.系統(tǒng)圖


燃?xì)忮仩t

燃煤鍋爐

電鍋爐

空氣源熱泵

能源種類

天然氣

單位

煤炭

單位

單位

單位

熱值

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℃)

燃料價(jià)格

3.00

元/m3

0.65

元/Kg

0.75

元/度

0.75

元/度

年供水天數(shù)

300.00

300.00

300.00

300.00

日供熱水量

69180.00

Kg

69180.00

Kg

69180.00

Kg

69180.00

Kg

每日耗熱量

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

萬m3

346.15

101.68

萬kWh

21.47

萬kWh

日均運(yùn)行費(fèi)用

1073.34

元/天

749.99

元/天

2542.09

元/天

536.66

元/天

人工維護(hù)費(fèi)用

4000.00

元/年

20000.00

元/年

4000.00

元/年

4000.00

元/年

年運(yùn)行總費(fèi)用

32.60

萬元/年

24.50

萬元/年

76.66

萬元/年

16.50

萬元/年

空氣源熱泵相對(duì)節(jié)省

16.10

萬元/年

8.00

萬元/年

60.16

萬元/年

——

萬元/年

7.系統(tǒng)圖

8.結(jié)論

該中學(xué)洗浴熱水項(xiàng)目在2017年7月份正式投入使用后,甲方學(xué)校對(duì)熱水使用情況表示非常滿意,熱水量能夠完全滿足全校師生的日常用水需求,即使是在學(xué)生洗浴的高峰時(shí)段熱水供應(yīng)也不會(huì)短缺。