高校生活热水系统的选择和设计

·76·制冷与空调2009年文章编号：1671-6612（2009）03-076-04高校生活热水系统的选择和设计龚伟申（南京铁道职业技术学院苏州校区苏州215137）【摘要】以往我国高校热水系统所采用热源主要以煤炭、煤气、天然气、柴油、电力等为主,随着高校教育大众化进程的逐步加快，高校无论在规模、占地，还是学生人数都呈现高速的发展，同时学校的能源耗损、经营成本也在逐年上涨，其中学校学生生活热水的耗能是重要之一，本文就学校生活热水系统的选择设计运用作其论述。【关键词】高校生活热水；土壤源热泵；直埋管；节能中图分类号TU832.1文献标识码ACollegeLivinghotwatersystemselectionanddesignGongWeishen（SuzhoucampusofNanjinginstituteofRailwayTechnology,Suzhou,215137）【Abstract】Thepast,China'sUniversitiesheathotwatersystemusedmainlyincoal,gas,naturalgas,diesel,electricityandothermainlyWiththepopularizationofhighereducationtospeedupthestep-by-stepprocess,institutionsofhigherlearningbothinscale,covering,orthenumberofstudentshaveshownthedevelopmentofhigh-speed,Schoolofenergydepletionatthesametime,operatingcostsarerisingyearafteryear,oneofhotwaterLivingSchoolstudentsareimportantenergy-consumingone,ThisarticleontheLivingSchoolChoicehotwatersystemdesigntouseforitsexposition.【Keywords】CollegeLivingwater；GroundSourceHeatPump；Direct-buriedpipe；EnergySaving作者简介：龚伟申（1961-），男，副教授，主要从事空调与制冷教学研究。收稿日期：2009-02-060引言随着我国高校教育大众化进程的逐步加快，高校无论在规模、占地，还是学生人数都呈现高速的发展，同时学校的能源耗损、经营成本也在逐年上涨，其中学校学生生活热水的耗能是重要之一。1我国高校生活热水供应方式目前我国高校生活热水供水方式可分为整个宿舍群集中式热水供应、每幢宿舍楼的分散式热水供应和每间宿舍为单位的单元宿舍热水供应。集中式热水系统：整个宿舍群建立以热源和大型开式或闭式蓄热水箱为主的中央热水供应站，通过室外热水管道，将热水送到每幢楼，再由室内输配管路送到每宿舍。分散式热水系统：每一幢楼屋顶或室外空地安装一套热水机组为热源的中央热水供应系统。此系统配用开式或闭式储热水箱，由管路送至各处。单元宿舍热水系统：每一室内或室外空间安装一套热水机组为热源的热水供应系统。此系统一般配用闭式储热水箱或采用即热式热水器，由管路送至用水处，一般直接用自来水压力供热水。2高校生活热水热源的比较2.1热水系统各类热源特点一般集中式热水系统都以煤、燃油、天然气或城市管道煤气为燃料，分散式热水系统都以燃油、天然气或城市管道煤气、热泵为燃料。单元宿舍以太阳能、电热以储热式为主。各热源特点如表1所示。第23卷第3期2009年6月制冷与空调RefrigerationandAirConditioningVol.23No.3Jun.2009.76～79第23卷第3期龚伟申：高校生活热水系统的选择和设计·77·表1热水系统各类热源的特点热源特点热泵热水系统太阳能电热水系统燃气热水系统电加热热水系统所用能源环境热、电太阳光、电燃气电安全性安全较安全有中毒、失火、爆炸等危险有触电、短路等危险舒适方便实用热水供应量大，多处同时使用，即开即有、即用恒温热水热水量小，受气候影响大，热水温度低，需要电热补充。热水量小，只能区域性用水，可连续供热水，操作简单。热水量受电功率限制，间断性供水，需预先加热，才有热水美观性室内无设备室内无设备室内有设备室内有设备环保性无污染无污染有污染无污染投资投资费用为1.2投资费用为1投资费用为0.5投资费用为0.5使用寿命20年以上10~20年4~6年5~6年2.2学校热水常用热源经济性比较以往我国高校热水系统所采用热源主要以煤炭、煤气、天然气、柴油等为主，煤炭因污染严重，在城市内基本淘汰，而节能型热泵热水系统及太阳能热水设备也是目前学校优先选用的设施，它们的经济性如表2所示，计算以苏州地区冬季为例，由冷水温度为5℃加热至60℃，苏州地区的商用电价格为0.61元/KWh，城市管道煤气的价格为600m3/年以内为1.02元/m3，600m3/年以外为0.90元/m3。城市管道天然气的价格为2.1元/m3，0#柴油的价格为2.82元/m3。表2制取1m3热水所需的电费序号热源热效率热值单价制取1m3热水（60℃）1电热90%3559kJ/kW.h0.61元/kW.h43.846元2柴油60%41868km/kg2.82元/kg25.85元3管道煤气70%15072kJ/m30.9元/m319.64元4天然气70%33494kJ/m32.1元/m320.62元5风冷热泵220%~300%3559kJ/kw.h0.61元/kW.h13.15元2.3各类热泵的特征热泵又可分为空气源热泵、水源热泵、土壤源热泵与废热热泵，它们的特点与效能如表3所示，热泵热水机组具有节能环保、安全可靠等优点。表3热泵的特点与效能热源特征优点缺点COP空气源环境空气1无限制使用；2投资低1寒冷冬季性能系数低；2需要辅助加热2.2~3水源湖河、海洋等浅表水及工业、生活废水1可无限制使用；2具有合适的循环与流动的水温1冬季浅水温度低需加防冻液；2需要水利部门许可；3水质需要处理2.2~4土壤源浅层土壤（垂直与水平采集器）1潜在的无限制使用；2全年水温相对稳定，性能系数高1相对投资高；2占有小量的土地面积；3出力依赖土壤的物性与采集器面积4以上3土壤源热泵生活热水的设计与运用土壤源热泵系统具有制冷性能系数高、节能效果好、利用可再生能源、环保效果好、系统简单、维护方便等优点，已被欧美国家广泛地应用。我国各地在政府的积极支持推动下，也在注重土壤源热泵的应用。我校在新校建设中，经学校多方考查论证，决定采用土壤源热泵系统的制冷机组为学生宿舍提供生活热水（8000人、平均每人每天提供25L左右60℃的热水），同时还用于学校图书馆空调；使土壤源热泵系统一年四季为学生提供生活用水，无需专用热水锅炉等设施，节约了初投资，降低了日常费用。3.1土壤源热泵生活热水系统设计本工程设计是与学校图文信息中心共用一个土壤源地下换热器，使土壤源热泵系统能够夏季为图文信息中心降温、冬季采暖、一年四季为学生提供生活用水。热水系统设计参数的选取：取热水加热至60℃，夏季冷水温度为25℃，春秋季冷水温度为15℃，冬季冷水温度为5℃，由热量计算公式：Q=cm(t1-t2)(1)式中：Q为水的加热量、c为水的比热容、m·78·制冷与空调2009年为水箱容积，取200m3，t1为水箱出水温度、t2为水箱进水温度；则每天加热生活热水所需理论制热量及时间的计算结果如表4所示。表4加热生活用水所需理论制热量及时间工作季节工作负荷工作时间夏季8166.67kmh9.8h冬季12833.33kmh15.4h春秋季10500kmh12.6h水冷式制冷机组选择：选用双螺杆式压缩机的制冷机组、制冷剂为R134a、当制热工况50~60℃时、其制热量为833kW，机组功率为220.4kW,蒸发器侧水泵为二备一用，其运行功率为45kW,冷凝器侧水泵为二备一用，其运行功率为30kW。其机房与热水箱布置如图1所示。图1机房布置图3.2热水管输送设计从专业的角度出发，一个好的热水系统，能让使用者在用水点可随时使用温度适宜、压力稳定的热水，这是评价系统好坏的两个重要标准。系统供水压力的平衡是压力稳定的关键基础，是热水供应系统首先要考虑的问题。热水管道的布置形式主要有枝状、星状、环装。其优缺点如表5所示：表5热水管道的布置形式特点枝状放射状环状优点管路最短，节约管材只需放掉使用的支管中的冷水，两个用水点同时使用相互影响较小随时有热水供应，两个用水点同时使用相互影响小缺点末段用水需放掉管中所有的冷水，两个用水点同时使用相互影响大。需要分水器等配水件相连接管路最长，浪费管材，能耗高本工程热水管路由机房热水箱输送至学生宿舍,管道选用高密度聚乙烯外护层的聚氨酯镀锌钢管的直埋管，由于热水管道直埋技术在国内已有丰富的使用经验，《城镇直埋供热管道工程技术规程》(CJJ/T81-98)也已于1999年6月1日起实施。直埋敷设与地沟敷设相比，可以节省用地、加快施工速度、减少工程投资第23卷第3期龚伟申：高校生活热水系统的选择和设计·79·(DN≤500，管径越小越明显)、减少维护工作量，因直埋管采用导热系数极小的聚氨酯硬质泡沫塑料保温，热损失小于地沟敷设，还能避免地沟管道长期运行导致保温层开裂、损坏以及地沟浸水造成热损失增加等问题。学校热水管道以环状系统布置，总的循环管长度约有四千多米，热水管路设计布置如图2所示。图2生活热水管路图3.3热水机组及输送管道进行测试热水机组于2008年10月10日调试运行，基本上能满足学生洗澡的要求，热水机组工作状况如表6所示：水箱的注水量为185m3，其送水温度为49.8℃，回水箱温度为46.9℃，采用土壤源热泵制取1m3水，所需电费为4.87元，低于其它制热水的热源(见表7)。表62008.10.21的热水机组运行记录蒸发器侧水温度℃冷凝器侧水温度℃压缩机工作台数时间进出进出212:0018.0412.6528.433.5213:0015.610.9932.8837.47214:0015.110.437.241.7215:0014.610.341.746.1216:0014.510.445.950.0217:0014.610.549.853.52表7学校热水系统实际运行比较：序号热源热效率1m3热水的费用差值（元）1电热90%17.117（元）12.252柴油60%10.09（元）5.223管道煤气70%7.667（元）2.7974天然气70%8.05（元）3.185风冷热泵260%5.925（元）1.056土壤源热泵300%4.87（元）04结束语土壤源热泵生活热水系统的运行费用是所有热源系统中费用最低的，虽然风冷（空气源）热泵热水系统的费用最接近土壤源热泵系统，但在寒冷的冬季，风冷热泵在冬季使用时，有冲霜问题，对于热泵的冲霜，需要专门的控制设施，即在冲霜过程中，主机要进行逆向循环，制热就要受到限制。所以土壤源热水系统作为学校生活热水系统是合适的，也是最经济的，能符合国家节能减排的要求。参考文献：[1]刁乃仁,方肇洪.地埋管地源热泵技术[M].北京:中国高等教育出版社,2006,10.[2]蒋能照,刘道平.水源地源水环热泵空调技术及应用[M].北京:中国机械工业出版社,2007.[3]卢继龙,彭建国,杨光.土壤源热泵的研究与现状[J].制冷与空调,2007,(3).