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同目 校 学生宿舍 生活 热水 系统 的设计 与分析

时间:2020-09-27    点击: 次    来源:网络    作者:佚名 - 小 + 大


校 学生宿舍 生活 热水 系统 的设计 与分析
冯 春红
(泰 州 职业技 术学 院 后勤 与资 产管 理处 ,江 苏 泰 州 225300)
摘 要 :生活 热水 能耗 已成 为能 源 消耗 的重 要 方 面.高校 作 为较 大 的 热水 消耗 单 位 ,在 能 源 紧 张
以及 环境 问题 突出的今 天 ,应 当对 生活 热 水 系统进 行 优 化 设 计.以泰 州 职 业技 术 学 院新校 区学 生
宿舍 生 活热 水 系统 为例 ,探讨 了该项 目的 生 活 热 水 系统 ,结合 本 项 目的 具体 需 求和 本 地 区的 气 象
条件 ,进行 了参数 确定 、设计 计算 、主要 设 备选 型及 运行 控 制 分析 ,提 出 了以 太 阳能 为主 、空气 源 热
泵为 辅 的加 热 方 式 ,为 类似 项 目提 供 参考 .
关键 词 :高校 学生宿舍 ;生活热 水 系统 ;太 阳能 ; 空气源 热泵 ;能 源 消耗
中图 分类 号 :TU 995.1
文献 标志 码 :A
文章 编 号 :2095—3550(2018)02—0031一O4
On design ofresidentialhotwatersystem forcollegestudents
FEN G Chunhong
(Logisticaland AssetM anagem entOffice,Taizhou Polytechnic
College,Taizhou,Jiangsu 225300,China)
Abstract: Theconsumption ofliving hotwaterhas become an im portantaspect ofenergy con—
sumption.Asa larger hotwaterconsumption unit,every college should focuson optem ization
design ofthe living hotwatersystem aroundenergyand environm entalproblem sin today’ SSO—
ciety.Taking thelivinghotwatersystem in thedorm itorieson thenew cam pusofTaizhouPoly—
technicCollegeasanexample,itprobesintotheprocessofthedesigninthisproject,in combi—
nation with itsspecificrequirem ents,m eteorologicaIconditionsin theregion. Theparam eterde—
term ination, calculation onthedesign,selectionofm ainequipm entandtheoperatingcontrolare
analyzed.Theheating m odeisputforward centered with solar heatpump and supplem ented by
airsource,whichprovidesareferenceforsimilarprojects.
Keywords: collegestudents dormitories;dom estichotwater system ;solarenergy; heatpum p
with solarand airsource;energy consumption
随着 社会 的进 步 、人 们 生 活水 平 的提 高 和生 活
收稿 日期
基金 项 目
作者 简 介
E — mail
20l8—04—20
中国教育后勤协会能源管理 专业委员会 2016年度教育
节能课 题研 究项 目 (YB201629);泰州 职业 技术 学 院
2016年 度 科 研 项 目 (TZYKY 一16—12)
冯 春红 ,男 ,江苏 泰州人 。工程师 ,硕士 ,研 究方 向
为建筑工 程管理及设备节能管理.
41419237@qq.cor
n
方 式 的改变 ,生 活热水 能 耗 成 为 能源 消 耗 的重 要 方
面.根据 统计 ,民用 建 筑 热 水 能耗 占建 筑 总 能 耗 的
15 ~2O ,商 业 建 筑 热 水 能 耗 占 建 筑 总 能 耗 的
20 ~ 40 口]
高 校 作 为 较 大 的热 水 消 耗 单 位 ,在
能 源紧 张 以及 环境 问题 突 出 的今 天 ,如何 进行 生 活
热 水系 统 的优化设 计 .
我 国高校 众 多 ,规模 大 .根 据 教 育 部 官 网公 布 ,
截 至 2017年 5月 31日,我 国高等 学校共计 2914所.江 苏 建 筑 职 业 技 术 学 院 学 报
第 18卷
其 中 ,普 通 高 等 学 校 为 2631所 (含 独 立 学 院 为
265所 ),成 人 高 等 学 校 为 283所 .在 校 大 学 生 为
2695.8万人 L2].高校在 改 善 学 生 的住 宿环 境 、洗 浴
条 件 时 ,如何 选 择 合 适 的生 活 热 水 制 备 方 式 ,节 约
能 源 消耗 ,减 少 环境 污染 ,合 理利 用 可 再生 能 源 ,降
低 运行 成本 ,成 为 高 校 校 园建 设 关 注 的 问题 .本 文
以泰州 职业 技 术 学 院新 校 区学 生 宿 舍 生 活 热 水 系
统为 例 ,结 合本 项 目的具 体需 求 和本 地 区 的气象 条
件 ,从 参数 确定 、设计 计 算 、主要 设备 选 型 及 运行 控
制 方 法等方 面 ,探 讨 了该 项 目的设 计 过程 ,为 类 似
项 目提供参 考 .
1 项 目概 况
1.1 项 目要 求
泰州 职业 技术 学 院 中 国医药 城 新 校 区 ,共 有 学
生公 寓楼 18栋 ,均为 5层 ,分 为 8个管 理单 元.每个
房 间人住 学 生数 为 4人 ,内设 独 立 卫 生 间 (有 淋 浴
器 1个 ).卫 生 间 按 Ⅲ类 学 生 宿 舍 设 置 ,分 中、晚 两
个 时 段供 应热 水 ,供 应热 水 时间合 计 为 9h.
1.2 气 象条件
项 目地处 泰 州 医药 高新 区 ,位 于 江 苏 中 部 .夏
季高 温多 雨 ,冬 季 温和少 雨 ,年平 均气 温 为 14.9C,
历 史 最 暖年年 平 均 气 温 为 15.9℃ ,最 冷 年 年 平 均
气 温 为 14.3℃ ,常 年 最 冷 月 为 1月 ,平 均 气 温 为
2℃ ,历 史极 端最 低 气 温 为 零 下 12.5℃ ,平 均 每 年
低于 等 于零下 1O℃的严 寒 天 气 为 0.2d.全 年 平 均
稳定 通 过0。C的为 326d,平 均 稳 定 通 过 l2℃ 的 为
202d.年 日照 时间 ,根据 日出 日没推 算 约 4000h左
右 ,年 平均 Et太 阳辐照 量 为 13026KJ/m ·d,年太
阳 辐 射 量 最 低 值 为 4 584 MUm ,最 高 值 为
4914MJ/m ,平 均值 为 4736MJ/m ,属 于 我 国 太
阳能 资源 中等 类 型地 区 ].
1.3 总体 设计
根据 《建 筑 给 水 排 水 设 计 规 范 》(GB5O015—
2003)(2009年 版 )(以 下 简称 规 范 )中规 定 ,热水 供
应 系 统选 择 ,应 根 据 使 用 要 求 ,耗 热 量 及 用 水 点 分
布情 况 。结 合 热 源 条 件 确 定 .本 项 目气 候 条 件 和气
象 资 料 ,优 先采 用太 阳能作 为热水 供应 热源 ].
2 设计计算与设备选型
2.1 设计 小 时耗 热量计 算及 供水 泵选 型
2.1.1 设 计 小时耗 热量 计 算 按 规 范公 式 5.3.】
2计算 集 中热 水供 应 系统 的设 计小 时耗 热量 ]:
Q^一 > g^(t一t) 。bC,
(1)
式 中 :
为 设 计 小 时 耗 热 量 ,kJ/h;q 为 卫生 器 具
热 水小 时用水 定 额 ,L/h,按 规 范表 5.1.1—2采 用 ,
为 210~ 300L/h,取 210L/h;。为 同类 型卫 生 器
具 数 ,以入住 学 生 数 较 多 的 楼 字 为 具 体 设 计 对 象 ,
为 89z/4—98;b为同类 型卫生 器具 的同时 给水百 分
数 ,按规 范取 值 为 7O ~ 100 ,按最 小 值 7O% 取
值 ;t为热 水使 用温度 ,按 规范 表 5.1.1—2采 用 ,为
37~ 4O℃ ,取 4O℃ ;t为 冷 水 温度 ,℃ ,按 规 范 表
5.1.4采 用 ,取 5℃ 为热 水 的密度 ,0.985kg/L,
近似 取 1kg/L;C 为 水 的 比热 ,kJ/(kg ·℃),取
4.187kJ/(kg·℃).
经 计算 ,热水 供应 系统 的设 计小 时耗 热量 为
Q^一210× (40— 5)× 0.985×98×70 ×
4.187—2079460.36kJ/h.
2.1.2 供 水泵 选 型 按 规 范公 式 3.6.6计 算 生 活
给水管 道 的设计 秒流 量为 _4]:
q 一
qo 。6,
(2)
式 中 :q 为给水 设计 秒 流 量 ,L/s;q。为 一 个卫 生 器
具 给 水额定 流 量 ,L/s,按 表 3.1.14取 值 为 0.15;n。
为 同类 型卫 生器 具数 ,为 89z/4—98个 ;b为 同类 型
卫生 器具 的 同时 给水 百分 数 ,按 表 3.6.6一l取 值 ,
为 5% ~ 80%,取 8O9/6.经计算 ,设 计秒 流量 为 :
% 一
q。nob一 0.15×98×8O = 11.76L/s×
3600s/h一42336L/h一42.34rn。/h.水 泵扬 程 取
H =10m,热 水 供 应 系 统 供 水 泵 选 型 为 SGL80—
100A,参数 为 :流量 Q一44.7m。/h,扬程 H 一10rn,
功率 N一 2.2kW.
2.2 太 阳能集 热 系统
2.2.1 太 阳能集 热总 面积 计 算及 选 型 按规 范 公
式 5.4.2A一1计 算太 阳能集 热器 总面积 _4]:
(3)
式 中 :A 为 直接 加热 集 热器 总 面积 ,m ;q 为热 水
用水 设 计 日用 水 量 ,L/人 ·d;m 为 用 水 单 位 数 ,
392人 ;C为水 的 比热 ,取 4.187kJ/(kg·℃); 为
热水 的密 度 ,取 0.985kg/L;t为 热 水 温度 ,℃ ,取
55。C;t为 冷 水温度 ,℃ ,取 5℃ ;J 为 集热 器采 光 面
上年 平均 日太 阳辐 照量 ,取 13026kJ/m ·d;f为太
阳能 保证 率 ,根 据 系 统 使 用 期 内 的太 阳辐 照量 、系
统经 济性 和用 户要 求等 因素综 合 考 虑 后确 定 ,一般
为 3O ~ 8O ,取 47 仰,为集 热器 年或 月平 均集
热效 率 ,按 集 热 器 产 品 实 测 数 据 确 定 ,经 验 值 为
45 ~ 50 ,取 50
为贮水箱和管路的热损失
率 ,一 般 为 15 ~ 3O ,取 15 .
1)房 间数 以 人住 学 生 数 较 多 的楼 宇 为 具 体 设第 2期
冯春 红 : 高校 学 生宿舍 生 活热 水 系统的设 计 与分析
33
计 对 象 ,则 用水 单位 m 为 392人 ,下 同.
2)冷 水 的计算 温度 ,应 以 当地 最 冷 月平 均 水 温
资 料 确定.当无 水 温 资 料 时 ,可按 规 范 表 5.1.4采
用 .江 苏 大 部 分 地 区 地 面 水 为 5 。C,地 下 水 为
15~2O℃ ,下 同.
3)按 照规 范 的用水 量 标 准 ,三 类 学生 宿 舍 的 最
高 日热水 用水 量 标 准 为 40~ 8OL/(人 ·d).此 外 ,
《民用 建筑节 水 设计 标 准 》(GB50555
- 2010),三类
学 生 宿舍 的平 均 日热 水 用 水 量 标 准 为 35L/(人 ·
d)~45L/(人 ·d).热 水 用 水设 计 日用 水 量取 用水
定 额下 限 ,即 4OL/人 ·d[5],下 同.
经 计算 ,太 阳能集 热 器总 面积 为 :
!墨Z :墨 !曼二 2 垒 一
13026× 50 × (1— 15 )
274.51 m 。
太 阳能 集 热 模 块 采 用 平 铺 串 联 式 太 阳能 集 热
器 ,规格 为 58/1800—5O,型 号 为 ZQB/0.05一YF一
6.5O/5O一58~15℃ ,支数 为 5O,角 度为 15。,集 热 面
积 为 6.32m ,内胆 材料 采 用 SUS304,外 壳 材 料 镀
锌板 ,保 温材 料 聚氨酯 ,支架 材 料 热 镀锌 角钢 .计 算
太 阳能 集热 器 组数 为 43.43组 ,取 整数 为 44组 ,实
际太 阳能 集 热 器 总 面 积 为 6.32×44=278.081"12.
该 宿舍楼 屋 顶 面积 较 大 ,能 容 纳 下 全 部 的集 热 板 ,
故在 太 阳能 热水 系统 单 独运 行 的情 况下 ,能满 足 全
部 热水供 应 .
2.2.2 太 阳能集热 器循 环泵计算及 选型 太 阳能 系
统为强制 循环集 中热水系统 ,需设 置热水循 环管道 和
循环泵 ,按 规范公式 5.4.2A一4计算 循环泵 流量 ]:
q 一 q A ,
(4)
式 中 :q 为水泵 流量 ,L/h;q 为单 位采 光 面积集 热
器对应的工质流量 ,L/(S·m。),按集热器 产品实
测 数 据 确定 ,取 0.015;A:为直 接 加 热 集 热 器 总 面
积 ,m。.
经计算 ,集 热 器 循 环 泵 流 量 为 :q 一 0.015×
6.32×44=4.17L/s=15.01m。/h,故 太 阳能集 热器
循 环泵选 型为 SGL50—100A.参数分 别为 :流量 Q 一
16.311"1。/h,扬程 h一11.3m,功率 N—1.1kW.
2.3 空气 源 热泵 系统
如何才 能 节 约 能 源 和 运 行 成 本 ,找 到 一 种 合
理 、可靠 、安 全 、高效 、经 济 的新 型 能 源.选 择 太 阳能
作 为 生活 热 水 ,其 经 济 效 益 和 社 会 效 益 均 十 分 明
显 .由于太 阳能 受到 昼 夜 、季 节 、气 象条 件 等 因 素 的
影 响 ,在实 际 应 用 中 ,太 阳 能 热 水 系 统 的正 常供 应
应 设置 辅助 加 热装 置.
2.3.1 热 泵机 组设 计 小 时供 热 量 计 算及 选 型 热
泵机 组设 计 小 时 供 热 量 ,取 决 于 初 始 投 资 、调 节 范
围和使 用寿命 等 因素 ,受 机 组 造价 、进 出水 温差 、出
水温 度等 因素 的影 响.热 泵 机组 的产 热量 和 系 统 的
贮热 量之 和 ,必须 满足 高峰 期 的用水量 .
热泵 机组 设 计 小 时供 热 量 ,按 规 范 5.4.2B一1
公式 计算 [4]:
k
(5)
』 1
式 中 :
为 热 泵 设 计 小 时 供 热 量 ,kJ/h;q,为 热 水
用 水 定额 ,L/(个 ·d); 为 用水 计算 单位 ,个 ,按淋
浴器数量计算 .pr为热水 的密度,取 0.985kg/L;t
为热 水 温 度 ,℃ ,取 55 ℃ ; 为 冷 水 温 度 ,℃ ,取
5℃ ;T 为热泵 机 组设 计 工作 时 间 ,h/d,取 9h/d;
k 为安 全 系数 ,1.05~ 1.1,取 1.05.
为使空 气 源 热 泵 机 组 获 得 较 高 效 率 和 延 长 使
用 寿命 ,每 天 的运 行 时 间最 好 不 超 过 13h,以及 考
虑 到节 能 ,机 组 运 行 时 间定 于 日出之 后 开始 运 行 ,
结 合本 项 目热水 供应 时 间 ,热 泵机 组 设 计 工作 时 间
丁 为每 天 9hF引.
经 计算 ,热泵 机组 设计 小 时供热 量为 :
Q ===1.05×392×40×4.187×(55—5)×0.985/
9—377226.37kJ/h=104.79kW
故热 泵主机选 择 KFXRS一361I型 ,数量 为 3台 ,
每 台额定制热量 为 35kW ,总制 热量为 105KW ,用水
高峰时,同时开启 ,可以满足热水的需求.
2.3.2 热 泵机 组循环 泵计算及选 型 根 据热泵 主机
所选 机 组 型 号 铭 牌 技 术 参 数 ,循 环 水 流 量 Q 一
6.5ITI。/h,则 整个热 泵 机组 循 环 水 流量 为 6.5×3=
18.5ITI。/h,水阻按 70kpa计算,扬程 H取 10rrt,则热
泵 机 组 循 环 泵 选 型 为 SGL65一looA,参 数 为 :流 量
Q一 22.31TI。/h,扬 程 H ===101TI,功 率 N ===1.1kW.
2.4 热水 箱容积
般而 言 ,在热水 系统 中 ,满 足分 时段 供应 热 水
仅设置贮 热水箱.虽本 项 目热水供 应系统暂按 分时段
供应 ,如今 后需 24h连续供 应 ,则 系统 中应设 置 1个
储热水箱 和 1个保 温水 箱.为便 于 区分 ,将 太 阳能 热
水系统 中的水箱称 为储热水箱 ,而将空气源热泵 热水
系统 中的水箱称为保 温水箱.冷水 先经过太 阳能储热
水箱后进 入保温水 箱 ,再 经空气 源热泵加热 至预定温
度后供用户使用.
2.4.1 储 热水箱 容积 按 规 范 5.4.2—2公 式计 算
储热水箱总储热水容积 ,储热水箱总容积 ]:
Vr一 是。
(6)
r
— 八1Dr
式 中: 为储热 水 箱 总容积 ,L; 为设 计 小 时耗 热34
江 苏 建 筑 职 业 技 术 学 院 学 报
第 18卷
量 ,kJ/h;Q 为热泵设计 小 时供 热量 ,M/hlT为设 计
小时耗热量 持续 时间 ,h,取 3hl卵为有效 贮 热容积 系
数 ,取 0.9;£,为热水 温度 ,℃,取 55℃ ; 为冷水 温度 ,
℃,取 5 ℃ ;是。为安全 系数 ,取 0.9.
经计算 ,储 热水箱容 积为 :
_o.9X
等蒙
24764.6L一 24.76rn。
则保温 水 箱 容 积 为 4×2×2×2—24m。,分 4
组 ,不锈 钢方形.
2.4.2 保 温 水 箱 容 积 因本 项 目定 时 供 应 热 水
在 每 天 的 20时 ~ 23时 ,热 水 用 水 量 非 常 集 中 ,
故 保 温 水 箱 容 积 应 按 照 定 时 供 应 最 大 时 段 的 全
部 热 水 量 确 定 ,可 按 单 次 供 应 计 算 用 水 量 ,按 下
式 计 算 保 温 水 箱 容 积 :
M ===mq,,
(7)
式中: 为用水单位数 ,392/4—98人 ;q,为热水用
水设 计 日用水 量 ,L/人 d,取 4OL/人 ·d.
经计 算 ,用 水 量 M 一 392×40— 15680L/d一
15.68T/d,则 保 温 水 箱 容 积 为 2× 2× 2× 2—
16m。,分 2组 ,不锈 钢方 形.
由于组 合 太 阳 能 与 热 泵 两 套 系 统 ,会 增 加 投
资 ,会 受 天气 影 响 ,应在 保 温水箱 加上 辅助 电加 热.
3 系统 特 点
本 项 目由 太 阳 能 和 空 气 源 热 泵 两 套 系 统 组
成 ,在 设 计 热 水 控 制 时 ,首 先 考 虑 利 用 太 阳 能 制
取 热 水 ,根 据 不 同 环 境 条 件 相 互 切 换 .太 阳 能 系
统 的 出水 温 度 大 于 40℃ 时 ,太 阳 能 热 水 循 环 泵
开启 ;太 阳 能 系 统 出水 温 度 小 于 40℃ 时 ,太 阳 能
热 水 循 环 泵 关 闭 ,热 泵 系 统 的 热 水 循 环 泵 开 启 ,
空 气 源 热 泵 机 组 同 时 开 启 .系 统 具 有 显 示 、设 置
参 数 、数 据 采 集 功 能 ,实 现 定 时 补 水 ,定 时 供 水 功
能 .同 时 ,具 有 恒 温 供 水 和 过 热 保 护 功 能 .
4 结 语
,高
,热
大 .热
使
,利
热 水 ,将 太 阳 能 与 空 气 源 热 泵 热 水 机 组 联 合 起
来 .在 设 计 时 ,合 理 确 定 太 阳能 集 热 系 统 规 模 .在
确 定 设 计 参 数 时 ,可 以 取 规 范 要 求 的 下 限 值 .同
时 ,可适 当 减 少 辅 助 热 源 的配 置 .以 太 阳能 为 主 ,
空 气 源 热 泵 为 辅 的加 热 方 式 ,节 能 潜 力 巨 大 ,能
够 节 约 能 源 消 耗 ,提 高 能 源 利 用 效 率 .实 现 降 低
运 行 成 本 与 提 高 管 理 效 率 ,对 高 校 的节 能 减 排 起
到 积 极 的 促 进 作 用 .
参 考文 献 :
E1] 许鹏鹏.广 州地 区太 阳能/空气 源热 泵热 水系 统性 能
研究ED].广州 :广州大学 ,2014.
[2] 中华人 民共 和国教育部.全 国高等学校 名单[EB/OI].
(2017—06—14)~2018—05—127.httptf{p .moe.gov.
cn/srcsite/A03
,
moe 634/2O17O6/t2O17O614—306900.ht—
m1.
E33 曾燕 ,王珂清 ,谢 志清 ,等.江苏 省太 阳能资源评估 EJ].
大气科学学报 ,2012,35(6):658—663.
E4] 中 国建 筑设 计 研究 院.建 筑 给 水排 水 设 计 规 范 :GB
50015-2003(2009年版 )Es].北京 :中 国建筑 工业 出
版 社 ,2010.
[5] 中国工 程建设 标准 化协 会.民用 建筑 节水 设计 标准 :
GB 50555-
2010[s].北 京 :中 国建 设 工 业 出 版 社 .
2O]O.
(责任 编辑 :陶红林 )

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