空气源热泵、太阳能、锅炉热水系统在某酒店项目中结合使用的探讨

吕铁明

【摘要】现代酒店设计对热水系统的节能、稳定、供水可靠性非常重视，而空气源热泵、太阳能、锅炉热水系统的结合使用不仅节能、运行稳定而且保证了热水供水可靠性，为酒店提供高效、节能、稳定的不间断热水供应。

【关键词】酒店热水系统 空气源热泵 太阳能锅炉节能

1项目背景与热水需求

1.1项目背景

该项目位于海南省陵水县土福湾，年平均气温24.7℃，最高平均温度28.5℃，最低平均气温20.6℃，全年无霜日，日照充足，太阳辐射强。本项目酒店面积约24000 m2，内设有260间标准客房。

1.2项目热水需求

热水系统設计为项目客房提供充足稳定的热水供应，每日提供88m3的热水。

2.工程技术方案

2.1根据海南省人民政府令《海南省太阳能热水系统建筑应用管理办法》酒店应当统一配建太阳能热水系统。而酒店管理公司要求，为保证不间断热水供应必须设置锅炉热水系统。为此项目设计提出两个方案，方案一：太阳能结合热水锅炉热水供水系统；方案二：太阳能结合空气源热泵，蒸汽锅炉作为备用（同时作为洗衣机房备用蒸汽锅炉）热水供水系统。

2.2系统对比

2.2.1空气源热泵、太阳能、锅炉热水系统三种供热水系统在独立运行时的能耗（标准工况下生产1吨60℃热水所需的能耗，热水初温为20℃）对比：

使用空气源热泵的加热能耗： E1=11.67度电（cop=4.0）；使用太阳能热水器所需能耗：在太阳充足的时间基本没耗能；使用燃油炉加热所需油耗：柴油所需油耗E2=4.625kg

2.2.2按每日提供88m3热水的全年运行能耗对比：

2.2.3方案选择：方案二

项目位于海南省陵水县，一年中晴天天气约有200天，热量基本上由太阳能系统免费提供，空气源热泵为辅；阴雨天时高效、环保的热泵设备提供热量，太阳能为辅；在空气源热泵、承压热水水箱出现故障时采用锅炉进行加热，而锅炉也作为洗衣机房蒸汽锅炉的备用锅炉，减少了初次投资，实现了系统热水供应的高效、安全、节能。

3. 加热设备与储热水箱的计算选型

3.1最高日需提供60℃热水88000L，太阳能集热面积按Ajz=qrmCρr（tr –tl）f /Jtηj（1-ηl）公式计算，水比热：C=4.187Kj/（Kg ℃），太阳能热水保证率：f=55%，太阳总辐照量： JT=15Mj/m2，热水温度：tr=60 ℃， 进水初温：：tl=20 ℃，集热器年平均集热效率：ηj=50%，管路及水箱热损失率：ηl=20% 。经计算集热器面积为1350m2.因受屋面面积限制，实际集热器面积为700m2。

3.2热泵机组选型原则及小时热负荷计算

辅助加热是在太阳能提供热量不足或不起作用时启动的，所以热泵仍需按最不利情况选型。热泵的设计小时供热量应按公式Qg= K1mqrC（tr –tl）ρr / T1

计算，水比热：C=4.187Kj/（Kg ℃），安全系数：K1=1.10，T1=12.经计算热泵小时供热量为375KW，选取5台制热量为80KW的空气源热泵。

3.3锅炉选取

选取1T蒸汽锅炉，满足热水需求。

3.4热水日用水箱容积量计算及选型

3.4.1太阳能热水系统贮热水箱有效容积可按Vrx=qrjd ·Aj计算，集热器面积：Aj =700m2集热器采光面积每日产水量qrjd =65L/（m2.d），经计算太阳能热水系统贮热水箱有效容积为45.5m3.

3.4.2空气能热水系统贮热水箱有效容积可按Vr= K2（Qh-Qg）T /η（tr - tl）Cρr计算，设计小时耗热量Qh=1853577kj/h ，设计小时供热量Qg=1440000kj/h ，安全系数：K2=1.10，设计小时耗热量持续时间：T=3 ，有效贮热容积系数 η=0.8，经计算空气能热水系统贮热水箱有效容积为9.26m3。

3.4.3结合太阳能、空气能贮热水箱有效容积计算结果，选择5个10m3立式贮热水罐，总有效容积为50m3。

3.4.4容积式换热器计算及选型

水加热器的加热面积按公式Fjr= CrQg / εK△tj计算，设计小时供热量Qg=1853577kj/h，传热系数：K=3240 kj /m2.℃.h，热水供应的热损失系数：Cr=1.15，传热效率的系数ε=0.7，△tj=65.5℃经计算水加热器的加热面积为14.35m2。水加热器的容积按1小时贮热量计算得出容积为11.1m3，选择两个容积为6.5m3、传热面积为9m2的容积式换热器。

4. 系统方案

系统采用闭式系统，其优点：1）保证系统供水水压的稳定性，采用闭式承压水箱，冷热水供水同源，能充分保证冷热水供水压力相等，杜绝出水点忽冷忽热的现象。2）节省运行费用，系统只需设置回水循环泵即可，其回水循环泵的功率很小。

5. 系统原理图及运行说明

5.1系统原理图

5.2系统运行说明

太阳能及热泵系统在正常情况下已经可以满足项目热水要求，蒸汽锅炉及换热器只在极端情况下，作为备用热源启动，因此太阳能及热泵系统采用温差循环控制，而蒸汽锅炉及换热器采用人工手动控制，其控制原理：当T1-T2=5℃时循环泵4启动，当T1-T2=1℃时循环泵4关闭，当T2≥60℃时循环泵4关闭，当T3≤50℃时，空气源热泵开启，当T3≥60时，空气源热泵关闭；当空气源热泵、承压热水水罐出现故障，温度不能达到要求时，开启容积式换热器阀门F2及蒸汽锅炉，关闭阀门F1，热水经过容积式换热器加热后提供给酒店使用，保证酒店热水供应。

6. 结语

空气源热泵、太阳能、锅炉热水系统的结合使用，整个系统运行稳定可靠，是一个安全、可靠、节约能源同时为酒店提供充足热水供应的系统。

参考文献

建筑给水排水设计规范 GB 50015-2003（2009年版）

太阳能集中热水系统选用与安装 图集号06SS128

热泵热水系统选用与安装 图集号06SS127