综合楼生活热水供水方案设计

倪流军

(中衡设计集团股份有限公司， 江苏 苏州 215000)

随着经济社会的飞速发展，不但对建筑的外形和构造有很高的要求，而且对建筑机电尤其是热水供给方面提出了更高要求。业主对热水供水的安全性、舒适度和热源的选择也要求节能环保。

1 项目概况

一幢2层综合楼位于扬州市某住宅小区内，供居民健身及物业办公使用。根据2015年1月1日起实施的《江苏省绿色建筑设计标准》9.6.1条和9.6.4条规定，该综合楼属于有热水需求的公建，应设计并安装符合相关标准的太阳能热水系统，且不宜采用电辅助加热设备。扬州市属于亚热带季风性湿润气候向温带季风气候的过渡区，气候主要特点是四季分明，日照充足，雨量丰沛，盛行风向随季节有明显变化，冬季盛行干冷的偏北风，以东北风和西北风居多。扬州城区的年平均气温为15.8 ℃, 极端最低气温为-7.2 ℃。根据气候条件和能源清洁环保方面的要求，经方案比对后选择空气源热泵作为生活热水。

综合楼内的热水系统主要有2套，均为机械循环的集中供热系统。其中1套为泳池的恒温、采暖和初次加热系统，采用空气源热泵机组为热源；另1套为热水淋浴系统，采用太阳能集中供热系统，并设空气源热泵机组为辅助热源。

2 游泳池热水计算与恒温机组选型

2.1 泳池加热系统计算

游泳池的池水加热包括初次加热和恒温加热。初次加热时加热速度不宜过快，以避免破坏游泳池的结构。初次加热时，所需热量包括：①游泳池水表面蒸发损失的热量；②游泳池的池壁和池底传导损失的热量；③管道和净化水设备传导损失的热量；④游泳池新鲜水加热所需的热量。

恒温加热时，所需热量包括：①游泳池水表面蒸发损失的热量；②游泳池的池壁和池底传导损失的热量；③管道和净化水设备传导损失的热量；④游泳池补充新鲜水加热所需的热量。

现有游泳池的基本参数如下：池水表面积AS，160 m2；主池水容积VP，250 m3；每日补水量Vf(以泳池容积的10%计算)，25 m3/d；平均每小时的补水量，1.04 m3/h；水处理循环周期TP，4 h；泳池的循环流量，62.5 m3/h；设计水温Td，27 ℃；初次加热时间th，48 h。

采用式(1)，计算得到游泳池水表面每小时蒸发损失的热量QS=120 276 kJ。

QS=α·γ·(0.017 4·VW+0.022 9)·(Pb-Pq)·AS·(760/B)

(1)

式中QS——游泳池的水表面蒸发损失的热量，kJ；

α——热量换算系数，取4.187；

γ——与池水温度相等时水的蒸发汽化潜热，kcal/kg；

VW——游泳池水表面上的风速，室内游泳池取0.5 m/s；

Pb——与池水温度相等时的饱和空气的水蒸汽分压力，mmHg；

Pq——游泳池的环境空气的水蒸汽分压力，mmHg；

AS——游泳池的水表面面积，m2；

B——当地的大气压力，mmHg。

游泳池水面、池壁、池底、管道和设备等传导每小时损失的热量Qt=0.2·QS=24 048 kJ。

根据式(2)，计算得到初次加热时，游泳池新鲜水加热每小时所需的热量Qf=479 520 kJ。

Qf=α·ρ·VP·(Td-Tf)/th

(2)

式中ρ——水的密度，kg/L；

VP——游泳池的池水容积，L；

Td——游泳池的池水设计温度，℃；

Tf——游泳池补充新鲜水的水温，℃；

th——加热时间，h。

恒温加热时，游泳池补充新鲜水加热每小时所需的热量：

Qf0=α·ρ·Vf·(Td-Tf)/th

(3)

式中Vf——游泳池每日补充的新鲜水量，L；

Td——游泳池的池水设计温度，℃；

Tf——游泳池补充新鲜水的水温，℃；

th——每天设备运行时间，h。

计算得到泳池Qf0= 95 760 kJ。

因此，泳池初次加热时，池水小时耗热量为623 844 kJ；泳池恒温加热时，池水小时耗热量为240 084 kJ。

2.2 泳池恒温机组选型

2.2.1 热水主机设备选型

泳池维持恒温每小时所需要的热量为240 084 kJ。普通空气源热泵最低工作温度为-15 ℃，而扬州市的历年最低气温为-7.2 ℃，故不必采用低温型空气源热泵。扬州市最冷月的平均气温为-2 ℃，参照某品牌样本，选用2台RSJ-800/MS-820 普通空气源热泵机组，工况曲线见图1。其标准工况：小时制热量288 000 kJ，额定功率20.25 kW，额定的热水产水率约 15.5 m3/h。

图1 空气源热泵机组的工况曲线Fig.1 Performance condition curve of air-source heat pump

在-2 ℃时，所选取的空气源热泵单台小时制热量约为126 000 kJ,选用2台便可以满足泳池恒温条件及符合设计要求。

根据泳池的除湿采暖要求，配置1台型号为LRSJ-900/SY-820的空气源热泵机组，该单台机组在标准工况下的小时制热量为324 000 kJ，额定功率为30.0 kW，(27 ℃)热水产水量约为70.3 m3/h，满足泳池采暖条件并符合设计要求。

泳池初次加热小时耗热量为623 844 kJ，为减少加热时间，淋浴空气源热泵机组设管道与泳池空气源热泵机组连通，通过阀门控制，所有空气源热泵机组均对泳池进行初次加热。

2.2.2 主机水泵选型配置

游泳池的水温按照2 ℃温差进行加热，泳池循环泵参数：Q=35 m3/h，L=32 m，N= 5.5 kW，设3台，2用1备。

3 淋浴热水计算与主机设备选型

3.1 淋浴热水耗热量

综合楼热水生活使用主要为淋浴(共6个)，热水(40 ℃)用水标准为250 L/h，则总用水量为1500 L/h，计算得到每小时耗热量Qh=219 600 kJ。

3.2 淋浴热水主机设备选型

淋浴的热源采用空气源热水机组+太阳能热水系统。

3.2.1 综合楼淋浴间设集中供热系统

淋浴按照热水(55 ℃)标准，最高日所有淋浴全天按照使用3 h计，则淋浴的日用水量为250×35/50×6×3=3 150 L/d。现有屋面经排布后，太阳能可满足40%的热水供应量，即1 260 L(55 ℃)或1 145 L(60 ℃)。

经过计算，综合楼的太阳能集热器面积取24 m2，选用2.0 m2的集热板，共12块；热水箱存储全天的热水，即选用有效容积为3.5 m3的容积式热交换器设于屋顶，储藏全天的生活热水；另设热媒循环泵及控制系统，其余热水部分由空气源热泵加热提供，并按平均时热水用量配置热泵机组。

计算得出淋浴的全天耗热量为659 452.5 kJ，空气源热泵机组加热时间按6 h计算，即小时制热量为109 910 kJ。

普通空气源热泵最低工作温度为-15 ℃，而扬州市的历年最低气温为-7.2 ℃，故不必采用低温型空气源热泵。根据最冷月的平均气温，参照某品牌样本，选用1台与热水主机相同型号的普通空气源热泵机组。所选取空气源热泵，在-2 ℃时的单台小时制热量约为126 000 kJ，可以满足淋浴的设计要求。出现极端低温天气时，建议首先通过提前开启空气源热泵机组，延长加热时间，满足热水制备量。

3.2.2 热水供给循环水泵的选型太阳能热媒循环水泵：2台，1用1备，Q=1.8 m3/h，H=20 m，N=0.75 kW；淋浴热水循环水泵：2台，1用1备，Q=4.0 m3/h，H=15 m，N=1.1 kW；热水机组循环泵：2台，1用1备，Q=5.5 m3/h，H=25 m，N=1.5 kW。

4 结语

① 太阳能和空气源热泵机组都是清洁能源，尤其是太阳能还属于可再生能源。工程中热水系统的热源既未采用传统的燃气锅炉或市政热源，也没有采用电加热设备直接进行加热，而是充分利用太阳能热源，在太阳能热源无法保证建筑物内热水使用的条件下，再启动空气源热泵进行相应的辅助加热。

② 在空气源热泵选型时，只有按照其在最不利气候的工况点下进行相应校核，才能保证热源的供给安全可靠。该系统既不受气候条件的影响，也不受市政配套资源的约束，广泛适用于有热水需求的建筑物。