高校分散式浴室热水设备对比与分析

季 炜



高校分散式浴室热水设备对比与分析

季 炜

[作者单位：苏州卫生职业技术学院]

本文结合我校书院校区浴室改造需求，重新比选供水设备的实际情况，调研了常用的几种满足宿舍供水的热水设备，对各类设备的特点进行了对比，分析其适用场合，认为空气源热泵装置较为实用，具备良好的工程可行性，是高校宿舍浴室供热的良好解决方案。

高校浴室改造；分散式热水设备；综合性能比

一、引言

高校学生浴室，受传统观念影响和现有设备热水供应方式的限制，洗浴条件和供水设备相对落后。随着经济发展和生活条件的改善，学生对浴室的综合条件和供水时间有了新的要求。目前很多高校是集中大型公共浴室洗浴，定时供应热水，学生洗浴便捷性差，特别是雨天或冬天时，学生投诉意见较多。苏州卫生职业技术学院书院校区原浴室建造时间较早，热源采用市政蒸汽换热后供水，设备相对落后陈旧，水温波动大，时冷时热，难以调节。针对这些问题，学校决定对浴室进行改造，考虑新型供热设备。

经过初步调研，考察兄弟院校，发现我国的热水使用处于起步阶段，热水用量以及热水设备方面的投资，远低于发达国家水平。国内相关的参考资料较少，各院校在热水设备的选型时，缺乏对设备安全性，前期投入、后期维护，以及便捷程度等方面综合考虑，没有充足的工程建设资料可供参考。我们认为选择热水器设备不能仅从价格方面考虑，要兼顾热水器（设备）的使用效果、供水容量、可靠性、安全性等方面衡量热水设备系统是否能能满足供水需求，在热水设备选择上需兼顾投资成本、运行、维护费用、安全性、使用寿命等方面综合考虑与评价。

二、案件设定

书院校区的浴室改造建设规模供2000人/天，浴室在宿舍楼内的辅助用房里。本文主要探讨热水设备选型，因此浴室内其它参数不作讨论。根据卫生和储水方面的相关要求，供水蓄水箱的设计温度为55℃，依据供水规范每人每天以60L计算，则整个浴室需供热水120吨／天。由于条件限制，同时考虑到书院校区住宿的学生许多在医院实习，这些学生基本在医院洗浴，因此本次改造仅按40吨/天的建设要求考虑。

设备选型时涉及到空气源热水器和太阳能热水器等设备，这类设备与当地气候条件息息相关，苏州地区属夏热冬寒气候区，冬季寒冷潮湿，全市年平均气温在20℃之间，夏季干球温度为34℃，湿球温度为28℃，冬季湿球温度为－4℃，相对湿度为75％。冬季气温平均在0℃左右，最低温度在－8℃左右。热水设备选型冬季室外湿球温度－4℃；冬季室外相对湿度75％，热水温度55℃，补水温度冬季5℃，全年平均20℃。

三、热水设备比较

校书院校区采用管网蒸汽为热源加热水，调研中遇到的常用设备有电锅炉（电热水器）、燃油锅炉、燃气锅炉等，节能环保型热水设备有太阳能热水器（辅助电加热）、普通空气源热泵热水器设备等，也有部分院校采用购买热水（汽车运输）的服务供水。关于购买热水，一方面，书院校区处于市区，交通不便；另一方面热源都是工厂废热或废水，虽然国家没有相关规定，但水中盐份或其他残留物较多，故本文在此不做讨论。结合我校改造调研和改造经验，对常用的几类热水设备做出比较。

（一）电锅炉

电锅炉用电加热，无污染，热效率比较高，但总体运行成本高。电是高品位能源，我国整体上电力紧缺，从节能方面要求，也不允许直接用电加热热水，故新建工程项目一般不推荐使用电锅炉。

根据目前市场情况，120T热水用电锅炉的造价约为40万元左右，电加热的效率为90％，每吨热水的耗电量为：

40000÷860÷90%＝51.7kWh

每吨水消耗的电费为：

51.7kWh×0.5元＝25.85元

年消电费用为：

25.85元×120吨×270天＝83.75万元。

电力增容及电力配套设备费用较大，并且需要专门的设备用房和人员操作和维护。

（二）燃油锅炉

燃油锅炉用燃油加热，初始投资不高，但会产生严重污染，且安全要求高，需要有专职人员负责和维护，保养难度大且复杂，需考虑建设专门的锅炉房和燃料运输管道等配套设施。燃油价格较高，从成本和环保角度出发，不推荐使用。

根据市场情况，120T热水用油锅炉的造价约为40万元左右，燃油锅炉的效率为85％，燃油的发热量一般计为10200kcal／kg。则每吨水需要的燃油量为4.6kg，年燃料费用为89.42万元（计算方法与电锅炉相同，下文其他设备的计算也相同），相关配套的储油设备建设费用未考虑。

（三）燃气锅炉

燃气锅炉用天然气或液化气加热，初始投资费用比燃油锅炉高，会有一定污染物排放，并有失火爆炸危险，需要有专人负责看护，维护和保养工作量大，此外也需要专门的锅炉房，锅炉系统维护费用大，燃气锅炉跟燃油锅炉均为高耗能环境污染类产品，但其污染比燃油锅炉略小。

120T热水用液化气锅炉的造价约为40万元左右。燃气锅炉的效率为70％，燃气的发热量为：8492kcal/m3，则每吨水需要的燃气量为6.73 m3，天然气的价格以2.5元/ m3计，年燃料费用为89.42万元。

（四）太阳能热水器

太阳能热水器通过采集太阳光照的能量，平时维护量少，但受气候影响大，在没有阳光照射时需要其它辅助加热装置作为后备。高校学生比较密集，安装的太阳集热管面积需求大，一般很难有充足的空间安装，同时考虑到无光照情况下，备用热源必须能保证正常供水，因此需投资两套热力设备，故设备投资较高，工程实施起来有一定的难度。

根据全国太阳能资源划分区域，苏州处于3类地区，属于资源一般地带，云多雨多，加梅雨期，一年无太阳光照的时间较长。从1971年到2000年30年的气象资料看，苏州平均年日照小时数在1817小时，一年内接受的太阳辐射总量约为420～460千焦／平方厘米，全年平均日照为3～4个小时。

根据某品牌热管式真空管太阳能集热器厂家提供（太阳能资源4类地区）使用测算的数据，在晴天，单位集热面积在该管的产热量加热80升水(温升50℃)，取安全系数为50％，则单位面积太阳能集热器可产生50升热水（设计惯例），则整个系统需太阳能集热面积2400m2，设备初投资费用约为267.6万元。

由于太阳能热水系统对太阳依赖很强，一般配置电加热为辅助热源，该类地区每年有160天左右无法使用太阳能，由于学校有寒暑假期，全年实际用水天数约为270天，占全年64％左右，如根据此比例推算，需使用其它热源的天数约为118天。无阳光照时耗电量可参照电锅炉耗电，则太阳能热水系统的年电能耗费用为：36.60万元。

太阳能板占地面积较大，通常没有足够的面积安装，屋顶承载问题需校验。

（五）空气源热水器

空气源热泵热水器是当前较为先进的热水设备之一，可替代热水锅炉和太阳能热水器，在原理和技术上与空调类似，通过吸收空气中的能量，制取热水。目前普遍的观点认为，热泵每消耗1kW电能，从环境中吸取3kW的热量，向水提供4kW的热量。其环保影响与电热水器一样，完全没有污染，优势是比电热水器节能75%左右。由于空气源热水器的最低工作温度为－8℃，在江、浙地区使用时。空气源热泵热水器的运行费用约为电热水器的四分之一，年运行费用约为18.79万元，比电热水器具有更好的经济性和节能性。

四、各类热水设备的综合对比较

根据前文对各类热水设备的初投资、运行费用，以及其它问题的关注，综合比较如表1所示。根据它们的特点，可以将这些热水设备分成三类，第一类是直接燃烧能源的锅炉设备；第二类是电加热锅炉，无污染物排放，但能耗较大；第三类是太阳能和空气源热泵热水器新能源类热水设备，无污染物排放且能耗最小。

表1 各类热水设备比较（以年运行270天计算）

1、以上费用未考虑管道及其它热量损失。

2、锅炉房建设费用、占地费用等未考虑。电力增容费用及相应配电设施建设费用未考虑。

第一类是最为传统的集中供水设备，需要专门的设备房和专业人员运行、维护。燃油和燃气锅炉，相对于燃煤锅炉比较环保，但尾气仍存在氧化物、碳化物、硫化物等有害物质。锅炉属于压力容器，有一定的安全隐患，需安检和专业人员维护。

第二类，电锅炉、电热水器是较为常见的热水设备，该类设备使用比较方便，但存在的触电、易燃、易爆、易烫伤等安全问题。因大面积应用，只要正确安装和维护使用，该类产品还是安全的。缺点是能耗大，运行费用大，优点是使用方便。

第三类，太阳能和空气源热泵热水器等热水设备。太阳能对太阳依赖较大，在太阳能资源贫乏地区使用的经济性较差，优势不是十分明显。空气源热泵热水器是较为先进、安全、可靠的供水设备，并且十分节能。但空气源热泵热水器会随着室外温度的下降，性能衰减，故不太适宜在寒冷地区使用或需选用能低温时工作的机组设备。太阳能系统大面积在学生公寓中使用时，楼顶面积基本无法满足安装所需太阳能板面积。空气源热水器年能耗费用相当于电热水器（燃油锅炉）的1/4，燃气热水器的1/3，太阳能热水器的1/2，且空气能的安装尺寸也比较小，一般建筑能满足安装场所需要。

五、结论

我们认为燃油锅炉和燃气锅炉，国家虽然没有明令淘汰，排放污染物是不争的事实，并且安全方面要求较高，建造时需要专门的独立用房和专业维护人员，故一般用户不选用，本文观点是在新建项目中不推荐。电锅炉或电热水器，建设成本与前两类相似，但使用和维护方便，并且安全方面的问题较小，虽然能耗费用较大，但对于使用量较小，或短期使用而言，是一个不错的选择。如果采用谷电或协议电价（部分调研单位的协议价为0.18元/度），则经济性比较可观，基本与太阳能热水器的运行费用相当，但必须有专门的机房和维护人员。

太阳能热水器和空气能热水器初始投资较大，但运行费用相对较低。太阳能热水器的经济性与该地区的太阳能资源关系密切，故建议在太阳能资源丰富的地区，人员不是比较集中，且供水量较大的场所使用比较合适。空气能热水器，从其初始投资和运行费用上看，比太阳能热水器有优势，且所占用的场地较小，无特殊要求，故笔者认为是高校浴室供水设备良好的选择。

参考文献：

[1] GB 50015－2010, 建筑给水排水设计规范[S]

[2] GB 50176－2010, 民用建筑热工设计规范[S]

[3]GB/T 23137-2008, 家用和类似用途热泵热水器[S].

[4]江亿. 我国供热节能中的问题和解决途径[J]. 暖通空调, 2006, 36(3):37-41.

[5]孟哲、 刘应宗,、金宇澄. 我国集中供热的现状与对策[J]. 华东交通大学学报, 2004, 21(3):66-69.

[6]杨昭、赵义、李丽新等. 五种供热空调系统的技术经济分析及建议[J]. 制冷学报, 2000, (4):43-48.

（责任编辑：张宝岭）