多熱源熱水系統(tǒng)設計探討

王 珅廣東省建筑設計研究院 廣東 廣州 510010

正文：

1 引言

在過去，高層酒店熱水系統(tǒng)設計基本上采用的都是用單一的熱源，即蒸汽鍋爐或者熱水鍋爐。近年來，伴隨著住建部連續(xù)出臺的相關綠色建筑的政策與通知，在酒店建設項目中越來越多的增加了太陽能、空氣源或水源熱泵、空調熱回收等環(huán)保型熱源。熱水系統(tǒng)的設計從單一熱源發(fā)展為多熱源。如何做到合理、高效、合理運行復雜的供熱系統(tǒng)，是給設計帶來的新挑戰(zhàn)。

2 熱源的選擇

目前使用最廣泛的有太陽能集熱器、空氣源熱泵或水源熱泵、空調余熱回收，熱水鍋爐或蒸汽鍋爐等。

從運行能耗成本上考慮，太陽能最低，空氣源或水源熱泵次之，鍋爐最高 。然而，從可靠性來看恰好相反 。下表對不同熱源的運行成本做了清楚的比較。

從上表可以看出：從運行成本來看，熱泵輔助加熱的太陽能熱水系統(tǒng)的加熱成本最低，僅為4.32元/噸；熱泵系統(tǒng)次之，為11元/噸。

從可靠性來看，太陽能熱源的工作狀況和時間、天氣、季節(jié)密切相關，并且還與所在地區(qū)的太陽能豐富程度有關，夏季陽光充足、用量很少時可以達到90℃以上，而冬季很難超過50℃，因此是一個不可靠、不穩(wěn)定熱源。在全國大部分地區(qū)，除去夜晚、陰雨天等因素，太陽能正常工作時間不超過30%，即除了具有運行成本較低的優(yōu)點之外，其缺點是既不可靠又不穩(wěn)定；空氣源熱泵相對太陽能來說要可靠得多；空調余熱回收好處是節(jié)能效果最好，綜合能效比較高，在使用空調制冷的同時，零費用享用潔凈的衛(wèi)生熱水。問題在于冬季如果空調制冷系統(tǒng)不使用，就沒有了熱源，因此適用于設置了中央空調系統(tǒng)且全年絕大部分時間都要制冷的南方地區(qū)。

五星級酒店用水存在用水舒適性、安全性、可靠性要求高的特點，為兼顧節(jié)水節(jié)能的要求。綜合以上各熱源特點分析以及《建筑給水排水設計規(guī)范》GB50015-2003（2009年版）5.2章規(guī)定：熱源的選擇順序為（1）利用工業(yè)余廢熱；（2）太陽能;（3）熱泵;（4）熱力管網(wǎng);（5）區(qū)域性鍋爐房;（6）熱水機組。

3 設計實例舉例

酒店客房用水時間為24h，本單體設置的空調專業(yè)螺桿式冷水機組配置熱回收功能，生活熱水負荷約為2600KW，冬季空調冷負荷約為5800KW；且該地區(qū)冬季供熱時間較短，全年大部分供熱以生活熱水需求為主，因此酒店客房空調與生活熱水共用鍋爐，根據(jù)用水溫度，鍋爐采用雙出口鍋爐，節(jié)省機房占地的同時可以高效節(jié)能。故酒店客房熱水采用空調熱回收為主，鍋爐供熱為輔的供熱方式。

娛樂休閑區(qū)域熱水使用時間為早7：30至晚9：00。供熱主要為恒溫泳池及淋浴熱水，用水量變化小，為獨立單體，為避免熱水循環(huán)管路過長而導致不節(jié)能熱水系統(tǒng)單獨設置，采用以太陽能為主，空氣源熱泵加熱為輔的制熱系統(tǒng)。

3.1 酒店客房熱水系統(tǒng)設計：

系統(tǒng)通過調節(jié)電動三通閥容積式換熱器側的出水流量，保證三通閥容積式換熱器側出水溫度不低于設定值（如53℃）。根據(jù)氣候條件做出進行運行邏輯。

（1）3-11月份熱水系統(tǒng)運行說明：

酒店客房的生活熱水在3～11月份采用空調熱回收供熱，鍋爐供應熱水作為備用熱源（熱媒熱水供回水溫度為85/60℃），經(jīng)過水-水換熱器進行換熱制取熱水?？照{熱回收的供熱量基本上能滿足該時段的客房生活熱水用水量。

用水高峰期時：熱回水管一部分和冷水匯合，一部分進入換熱器，和冷水管匯合后的水經(jīng)過板換加熱。 當板換出水溫度達到設定溫度時（比如大于53度）三通閥向右放行，熱水進入交換器出水，此時基本沒有內部循環(huán)，因為是用水高峰期。此時，當冷水用量（亦為熱水用量）大于循環(huán)泵流量時，冷水一部分進板換進行熱交換加熱，一部分直接進入儲水罐和熱回水管匯合后進入交換器，運行如圖A。

圖A

當板換出水溫度未達到設定溫度時（比如小于53度）此時三通閥不向右放行，水向下走進行再次板換加熱，直到加熱到設定溫度三通閥放行右走，一般情況再次循環(huán)板換即能加熱到設定溫度，如果多次循環(huán)仍達不到設定溫度，是空調余熱溫度在下降，那么下降到儲水罐內溫度低于50度時關閉板換系統(tǒng)，開鍋爐加熱，運行如 圖B。達到出水溫度后路由和 圖A類似。

我院是一所三級甲等醫(yī)院,手術室有床位16張,護士75人,其中女性72人,男性3人,年齡在20歲-48歲,平均年齡(27.6±3.1)歲;大專學歷35人,本科學歷40人;護士40人,護師24人,主管護師10人,副主任護師1人。

圖B

用水低峰期時：此時冷水用量（亦為熱水用量）小于循環(huán)泵流量時，冷水全部進板換進行熱交換加熱，一部分熱回水也會從儲水罐下來和冷水匯合進行板換：板換將多余的水進行內部循環(huán)，以保證水溫的穩(wěn)定：

圖C

（2）冬季及事故時：

板換系統(tǒng)關閉，采用鍋爐作為熱水第一循環(huán)熱源。供回水溫度：供回水溫度為60/50℃。鍋爐供回水溫度95/70℃，系統(tǒng)運行路由如下圖：

圖D

事故和板換、儲水罐檢修時，此時開鍋爐維持熱水供應，運行同上圖。

3.2 娛樂休閑區(qū)域的淋浴及泳池熱水系統(tǒng)設計：

（1）空氣源熱泵系統(tǒng)如何實現(xiàn)高效節(jié)能

對于空氣源熱泵為主，電輔助為輔的制熱系統(tǒng)，如何設計才能實現(xiàn)高效是關鍵。能效比越高，即越節(jié)能越省電。通常影響熱泵能效比的因素有以下4個：

A.根據(jù)空氣源熱泵工作曲線：空氣源熱泵的工作環(huán)境溫度和能效比直接相關，見圖一。即使環(huán)境溫度只增加5℃，在同樣的耗電量情況下，產(chǎn)熱水量也能增加10%-20%。

圖一

B.一般來說，初始水溫越低整體性能系數(shù)越高，如圖二所示，由15℃加熱到55℃整體性能系數(shù)為4.07，由35℃加熱到55℃整體能效比就降到3. 30，如果由45℃加熱到55℃，機組的能效比降到3.00，所以直接把冷水補進熱水水箱中混合成溫水后加熱，會降低機器能效，增加機組的電耗。

C.目標水溫：目標水溫設得低一些可以省電。無論是一次加熱式還是循環(huán)加熱式，一般來說，目標水溫越高，熱泵的能效比 越低，耗電量也越大。如右下圖所示，水溫由15℃加熱到35℃整體性能系數(shù)可以達到5.25，由15℃加熱到55℃整體性能系數(shù)就降到3.5。

D.設備的性能和品質和能效比有密切關系，因此要采用質量可靠的品牌和產(chǎn)品。

（2）系統(tǒng)的設置及運行控制

運行控制：

系統(tǒng)采用定時溫差強制循環(huán)。系統(tǒng)工作時間設定在7：30～19：00（可調），在工作時間內，當集熱器出水溫度T1比集熱器進水溫度T2高出7度時，太陽能循環(huán)泵啟動循環(huán)。當T1減T2＜2度時，太陽能循環(huán)泵停止工作；當恒溫水箱水溫T3低于42度時,熱泵啟動加熱,當恒溫水箱水溫T3達到55度時,熱泵停止加熱；當回水管水溫T4≤38度時，回水循環(huán)泵啟動；當T4＞42度時，回水循環(huán)泵關閉。制熱系統(tǒng)如下圖所示：

4 結語

多熱源聯(lián)合供熱就是在一個供熱系統(tǒng)中同時存在多個熱源共用一個管網(wǎng)，而且聯(lián)合運行時又不相互隔斷的供熱形式。在節(jié)能、環(huán)保、提高系統(tǒng)的供熱效率質量和運行安全可靠性等多個方面都充分發(fā)揮了其獨特的作用，正在日益受到大家的關注。只有合理的設計才能實現(xiàn)真正高效節(jié)能的目標，根據(jù)以上贅述，可得以下結論：

（1）利用太陽能及熱泵技術的多熱源熱水系統(tǒng)比傳統(tǒng)的單熱源熱水系統(tǒng)能耗成本可降低60%-70%;

（2）多熱源熱水系統(tǒng)設計比單熱源系統(tǒng)復雜的多，合理的邏輯控制設計是保

證系統(tǒng)工作效率的關鍵;

（3）空氣源熱泵的工作效率取決于工況設計，只有合理的設計才能實現(xiàn)高效節(jié)能的目標，否則會造成其工作效率低下。

（4）在進行熱水系統(tǒng)設計時，要根據(jù)實際情況（地區(qū)氣候、經(jīng)濟型、節(jié)能要求、用水性質、熱源使用條件）的差異來選擇相應適合的熱源。