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�水溫資料確定，當(dāng)無(wú)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）

3.2室外氣象參數(shù)

通過(guò)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：

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(jiàn)，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；

①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(wú)需電輔。

②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(wú)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(guò)8m時(shí)應(yīng)安裝中間過(guò)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(shuō)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(lái)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(kāi)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(shuō)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(kāi)/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

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。