复旦大学校区空气源热泵热水系统工程

一、工程项目概况

1、 复旦大学江湾校区新建公共浴室，对浴室的生活热水供热设备和男女更衣室取暖设施等进行项目设计。

2、 公共浴室生活热水部分具体情况如下：

建筑总面积：1116㎡；

一层为男浴室，二层为女浴室。共设淋浴器160只；

设计小时耗热量为3517kw,小时最大热水量55m3/h,热水温度60℃；

热水系统要求：保证全天3小时集中洗浴时160只淋浴器同时正常使用；

热水供水方式：定时供水(全天4小时)。

3、 公共浴室采暖部分具体情况如下：

采暖面积：男、女更衣室面积均为165㎡，总面积330㎡；

更衣室层高2.7m；

采暖方式：由设备供应商建议，并提供具体设计。必须满足采暖的具体要求。

4、 热源部分采用目前市场上比较流行的节能型加热设备——空气源热泵热水机组作为加热系统的主要加热设备。为以后运行节约大量的能源。

二、总体设计思路：

1、根据工程实际情况，我公司拟采用空气源热泵热水机组制备热水和提供采暖，按照“在确保满足全天热水用量的前提下，尽可能优化系统，节约初期的投资费用”的原则，在系统设计的时候充分考虑学校的使用要求和使用特征、上海的气候特征因素、热泵系统本身的特性相结合，优化配置、去除不必要的费用做到即保障了使用功能即用水的安全性，又做到了投资的经济合理性；

2、在保障热水系统的供水前提下，我公司结合本公司的产品特性与以往的成熟经验，在热泵热水系统中增加采暖与空调制冷功能。在冬季利用热泵制热采暖,水系统与生活热水独立,公共浴室的更衣室内采用地面辐射方式进行采暖，起到增加舒适性和节能的效果,在夏季利用热泵产生的冷气对公共浴室的更衣室进行制冷，提供免费的冷量；

3、采用两套运行独立，又可以联合使用的热泵加热系统，一方面提高系统运行的可靠性，另一方面，大大提高了部分负荷的性能，即当生活热水使用量较少时只须启用一套加热系统；

4、在使用量较少时，一方面可以通过启用一套加热系统来减少制热水量，另外还可以通过液位设置，控制制热水量，尽可能保证水箱内热水当天使用完，防止军团菌产生。

5、在以上的设计思路下，我公司同时听取学校及设计院专家的意见结合公共浴室的使用特征和上海地区的环境工况、我公司热泵产品的特性进行以下的设计。

三、地理位置及气侯

1、上海属北亚热带季风气候，四季分明，日照充分，雨量充沛。上海气候温和湿润，春秋较短，冬夏较长，年平均气温16℃左右。7、8月份气温最高，月平均约28℃；1月份最低，月平均约4℃。 全年无霜期约230天，年平均降雨量在1200毫米左右，但一年中60%的雨量集中在5至9月的汛期，汛期有春雨、梅雨、秋雨三个雨期。

2、以下是上海地区(1971-2000年)气候资料表：

四、工程设计依据

1、甲方提供的工程项目概述及要求。

2、《建筑给水排水设计手册》。

3、《建筑给水排水设计规范》。

4、《简明建筑设备手册》。

5、《给水排水常用数据手册》。

6、《地面辐射供暖技术规程》JGJ142-2004

7、《采暖通风及空气调节设计规范》GB50019

8、江苏天舒电器有限公司产品样本。

9、全国民用建筑工程设计技术措施---给水排水。

四、设计参数

1、 冬季上海冷水的计算温度5℃。

2、 热水出水温度为60℃。

3、 全年平均冷水温度为15℃。

4、 每天需要60℃热水量计算： 55吨×3小时＝165吨。

五、热水系统及采暖负荷的设计计算

1、根据《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003

热水负荷计算：

②春秋季季全天耗热量计算：

③夏季全天耗热量计算：

④冬季极端气候(-5℃)全天耗热量计算：

采暖负荷计算：

④冬季采暖负荷设计计算：

根据《地面辐射供暖技术规程》JGJ142-2004及《采暖通风及空气调节设计规范》GB50019的有关规定：计算全面地面辐射供暖系统的热负荷时，可以取对流采暖系统计算总热负荷的90%~95%。

考虑更衣室采暖设计余量，局部辐射供暖系统的热负荷就按照全面地面辐射供暖系统的热负荷计算。

根据全天洗浴时间为3小时，全天采暖时间设计为4小时。

因为采暖系统与热水系统热源采用同一设备，均为蓄热系统，采暖热负荷可平均分配在全天工作小时内。

小时耗热量计算：

热泵在冬季每天运行最长时间不超过20小时，从节约投资和经济运行最合理考虑，在冬季天气下，我们计算按照每天最长20小时计算。

因此每小时耗热量为：(10552 KW＋158.4KW)÷20h=536 KW/h

2、天舒KRS-1700/G-B01(24匹)型空气源热泵热水机组技术参数表。

额定工况：空气干球温度为25℃，湿球温度19.5℃。

3. 根据“天舒”KRS-1700/G-B01型空气源热泵热水机组在国家首家模拟环境实验室的模拟检测。

确定使用机组数量

4、根据空气源热泵热水机组在环境温度5℃条件的不利工况下，满足热水工程要求

热泵热水机组全天运行时间为20小时。采用10台“天舒”KRS-1700/G-B01型空气源热泵热水机组，极端气温下采用电辅助加热可以满足机组检修(备用)和超负荷补充用。

5、 综合平衡上海地区的环境气候，-5℃的环境气候并不多。根据1970~2000年的气候资料最长的全年合计为23天的时间，而近5年来最长不超过9天。考虑学校在冬季有寒假，投资金额的巨大等因素，如果多增加4台热泵设备，从投资角度讲不是很合理。

6、 采用辅助电加热考虑的因素：

① 辅助电加热可作为系统的后备应急系统。保障系统运行的安全性，在系统设计上是必须的。

② 在最不利工况和最大用水量情况下，辅助电加热可以起到热量的补充。避免了用设备补充而增加初始投资费用。

结论：

在环境温度5℃及以上的气候条件下，10台热泵(24匹)即可满足全天165吨热水的制热和更衣室的地板采暖。

但在环境温度-5℃的条件下，需要13.7台(24匹)的设备才能满足165吨热水的加热要求和更衣室的地板采暖要求。

综合平衡上海地区的环境气候，-5℃的环境气候并不多。根据1970~2000年的气候资料最长的全年合计为23天的时间，而近5年来最长不超过9天。考虑学校在冬季有寒假，投资金额的巨大等因素，如果多增加4台热泵设备，从投资角度讲不是很合理。

从实际使用和节约投资的角度出发，选用10台(24匹)的设备比较合理。在极端冬季的气候条件下，通过系统配置的应急电加热作为辅助即可满足全天用水。

在系统的能源综合利用上，夏天更衣室可以利用天舒空气源热泵热水综合冷量回收系统提供免费的冷量。达到空气调节的作用。

综上，本系统与传统的热水设备相比，可以达到多项领先。在能源利用上：本系统比传统锅炉设备更节能和环保。在综合利用上：可以提供冬季采暖和夏天免费的空调。

六、保温储热水箱的选型

本系统采用了两套运行独立，又可以联合使用的热泵加热系统，所以蓄热水箱也需采用两套运行独立又可以联合供水的蓄热水箱，每套蓄热水箱内均加装导流板，本热水系统的给水方式为：定时给水(即全天固定时段供水)。系统蓄热水箱的容积按照全天用水总量选择，保温水箱有效容量需达到165吨，综合考虑热泵加热的特性、模块式矩形保温水箱的加工特征、水箱的有效容积等因素，保温水箱的选择2×12.5×3.5=87.5吨2只。

七、系统运行技术措施

空气源热泵热水机组的运行控制

空气源热泵热水机组的运行根据水温和水流双重控制，当温感器判定循环管路或储热水箱的水温低于设定温度时，并且循环管道中有水流经过，启动运行，达到60OC时或水流停止时停止运行。

空气源热泵热水机组的运行控制优点：

保证机组不会因为水流过小，换热不充分而导致机组压缩机进气温度过高，机组过热保护。

控制机组不频繁的启停，保护机组的寿命。

控制系统的特点

空气源热泵热水机组的运行实现无人值守，全自动运行。

热水系统的水泵和阀门，实现联动，达到系统全自动运行。

减少系统的管理难度。

热水系统达到节能运行的目的。

供水系统的特点

热水供水系统采用变频恒压定时供水。

回水系统的特点

热水回水系统采用定时回水。

采暖系统的特点

采暖系统采用定时、定温变流量自动调节，达到室内恒温。

空调系统的特点

空调系统采用天舒综合冷量回收系统提供免费的冷量，智能控制。

八、运行成本估算：

1、设定估算工况：

①根据上海地区(1971-2000年)气候资料如下表：

②根据上表，设计估算环境：

环境温度 -5℃ 30天

环境温度 05℃ 60天

环境温度 15℃ 183天

环境温度 30℃ 92天

2、运行成本估算：

3、结论：

①不加辅助电加热的系统，只有在系统负荷匹配得当的情况下才能不加辅助电加热。所谓匹配得当，即热泵在-5℃的环境工况下，它的制热量必须达到水的需热量。这里14台24匹的设备在-5℃的工况下每小时产出548.24kw的制热量，19.25小时即可满足全天耗热量10552kw的需求。所以选择14台24匹主机则不需要辅助电加热。

②因为考虑到学校公共浴室的使用要求和使用特征、上海地区的气候特征因素、热泵系统本身的特性，我们提出在确保使用功能安全性的前提下，去除不必要的投资，花该花的费用。我们对“10台24匹的热泵设备，极限工况配置部分电辅助加热”系统的合理性和运行费用的节能性做了计算和校核。结果如下：

从初期投资角度比较：10台24匹的系统在投资上比14台24匹系统少4台主机和相应的辅助设备如水泵管材等。

从运行费用的角度比较：10台24匹的系统加辅助电加热年运行费用约96.97万。而14台24匹的系统年运行费用约为95.81万。相差1.2万元左右。14台的节能效果与10台比较相差并不是很多。这主要是受上海地区的环境气候影响的。

③综上，从系统的合理性与经济性等方面考虑，采用10台24匹热泵设备供应165吨60度生活热水系统比较合理。

来源：江苏天舒电器有限公司