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高校热水工程应用

高校热水工程应用

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1.引言

现阶段,各公共事业单位正积极响应党中央号召,大力倡导节能环保,其中学校也正积极建设为“环境友好型”和“资源节约型”的“两型”学校,大力提倡节电、节水,积极推广和采用新技术、新产品。其中美肯空气源热泵以其出众的节能效果及优秀的稳定性,受到了客户的一致好评和青睐。

也正是这样,新型节能环保空气源热泵机组走进了学校,既完美解决校园生活热水需求,又达到了节能环保。

2.空气源热泵原理、特点及优势

2.1 空气源热泵原理

空气能热泵热水机组(Air-Source Heat Pump Hot Water Unit)是当今世界上开拓利用新能源最好的设备之一,是继锅炉、燃气热水器、电热水器和太阳能热水器之后的新一代热水制取装置。在能源供应日益紧张的今天,空气能热泵热水机组凭借其高效、节能、环保、安全等诸多优势迅速在市场上得以推广。国外同类产品已经相当成熟,在发达国家使用的比例有的高达70%。

空气能热泵热水机组根据逆卡诺循环原理,以少量电能为驱动力,以制冷剂为载体,源源不断地吸收空气中难以利用的低品位热能(-25~43℃),转化为可用的高品位热能,实现低温热能向高温热能的转移;再将高品位热能释放到水中制取生活热水(55℃,最高达60℃),通过热水供应管路输送给用户满足生活热水及供暖需求。

图示1

循环式热泵机组

 

2.2 美肯空气源中央热水机组特点:

(一)结构先进

美肯空气源中央热水机组,一体化设计,安装简便,具有高效节能、安全环保不受环境温度影响等功能,运行成本低、全电脑控制、自动保护等特点。是取代污染环境、噪音大、耗能高、有危险、寿命短和操作人员多的煤锅炉、煤气锅炉、燃油锅炉的最新替代产品,与传统电锅炉加热等供热方式相比节电70%以上。

(二)环保安全

机组配置了高低压、冬季防冻结保护、排气保护、自动压力调节、过载保护,电源缺相错相等多重安全保护装置,机组自动清洁翅片功能和除霜热水喷淋功能(专利技术,客户可选择安装)。

(三)能效比高

美肯空气源中央热水机组由于采用直接进冷水加热成热水的方式,大风量560mm直径风叶顶出风设计,大换热面积U型内螺纹铜管、亲水换热器吸热效率高,八齿高效同轴螺旋套管设计气水换热器,效率高、抗结垢,的在出水温度很高的情况下同样能够保证很高的能效比,有连续产热水的优点,使用较小的水箱可以满足较大的用水需求。

(四)经久耐用

美肯空气源中央热水机组采用机组采用世界名牌涡旋压缩机,运转平稳可靠,噪音小。

(五)出水温度高

美肯空气源中央热水机组出水温度最高可达到60℃,因此较小的储热水箱可储存更多的热量。同时在冬天气温低,热损失大的情况下,同样能保证洗浴水温的要求。

(六)整机智能化

美肯中央热水机组采用高度集成化电脑板控制,参数化设计,适合不同气候类型环境工作,整机运行平稳可靠。可以远程控制,通信距离可达100米以上,同时采用的是智能化霜,带停电记忆功能,停电后再来电主机,自动回复工作状态。

2.3 使用美肯空气源中央热水机组优势分析

  (一)使用美肯空气源中央热水机组集中供热系统能最大限度为用户的热水系统节省营运成本,对比其它传统供热方式,短时间内即可收回初期投资。

(二)热泵热水机组是根据逆卡诺原理开发生产的,利用管路中制冷剂较低的蒸发温度,从空气当中吸收热量,通过压缩机做功将热量传导到换热器加热冷水。美肯中央热水机组在此基础上更经过优化设计,实现了更高的能效比。能效比越高就越省电,可以为用户带来更高的利润空间;

(三)与太阳能相比,使用空气源中央热水机组不受环境天气影响,在阴雨天均能正常运行,并保证热水的供应。

(四)产品结构紧凑,工程量少,占地面积小。安装简便,不需设专用机房。智能化管理,可实现全机系统自动化运行,不需专人值守。

(五)美肯空气源中央热水机组结构先进,安全可靠,不存在污染、易爆、中毒等危险。

3.工程案例

3.1 项目概况

重庆理工大学,坐落在重庆市,学校以人才培养为根本任务,形成了理、工、文、管、经、法、医、艺等协调发展的多学科体系。学校面向全国31个省市招生,以本科教育为主,兼有研究生教育、职业技术教育、留学生教育、继续教育。

项目名称:重庆理工大学1#、3#、17#、19#、20#学生公寓热水工程

设计用水量:每栋楼每天40吨热水

在校人数:10000人

3.2 校方需求

1)热水系统应智能化运行,不需专人看管,遇到故障时自动报警,有自动补水,恒温补水功能。

2)机组出现故障时能及时进行维修,确保热水供应正常;并定期对系统维护和保养。

3)设备运行应可靠性、安全性、稳定性高、使用寿命长,确保学校的办学条件。

3.3 热水系统构思

1)本方案采用美肯循环式空气能热泵热水机组制取生活热水,须考虑贮水设备、自控电气系统、管道动力系统、管道对接系统及相应的安装、调试、维修便捷性、防雷措施。

2)机组、水箱安装位置及管道布置。

3)拟采用开式保温水箱

3.4 计算选型

3.4.1设计依据

1)GB50015-2003《建筑给水排水设计规范》

2)GB/T10870-2001《容积式和离心式(热泵)机组性能试验方法》

3)JB8654-1997《容积式和离心式(热泵)机组安全要求》

4)GB50332-2002《给水排水工程管道结构设计规范》

5)GB4272-92《设备及管道保温技术通则》

6)98R418《管道及设备保温》国家建筑标准设计图集

7)《建筑结构荷载设计规范》

8)GB50057-94《建筑物防雷设计规范》

9)JGJ/T16-92《民用建筑电气设计规范》

10)GB50242-2002《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》

11)GB50268-97《给水排水管道工程施工及验收规范》

12)GBJ131-90《自动化仪表安装工程质量检验评定标准》

13)GBJ93-86《工业自动化仪表工程施工及验收规范》

14)GB3095-96《环境空气质量标准》

15)GB3096-96《城市区域环境噪音》

16)《电气装置安装工程电缆线路路施工及验收规范》

3.4.2气候参数

重庆属亚热带季风气候,具有春早、夏热、秋凉、冬暖的气候特点,年平均气温16摄氏度,年降雨量1000mm左右。夏天虽然气温不高(最高温度一般不超过35℃),却显得闷热;冬天气温平均在5℃以上,但由于阴天多,空气潮,却显得很阴冷。

 

表1.夏季室外主要参数

夏季

干球温度℃

湿球温度℃

相对湿度%

室外平均风速(m/s)

大气压力Pa

31.6

28

85

1.1

94770

 

表2.冬季室外主要参数

冬季

采暖计算温度℃

空调计算温度℃

相对湿度%

室外平均风速(m/s)

大气压力Pa

2

1

80

0.9

96320

 

3.4.3 设计计算

按学校要求学生人均日用水量为20L/人,每栋学生公寓住宿人数为2000人,每栋学生公寓为独立一个热水系统。

设计每栋公寓学生人均用水量:20L

设计每栋公寓使用人数:2000人

那么每栋公寓的日用水量就为2000×20=40000L,分别配置4个10吨热水水箱。配置的空气源热泵热水系统的运行时间为12小时;日产40℃热水能力需达到60000L(60 m3),运行时间不超过15小时,冬季不使用设备时必须排水处理,如不放空管道及水箱内的水会出现冻坏。

机组制热功率计算:

      Q  =C Qm(tr-tl)

     =1Kcal/kg.℃×40000㎏×(40-10)℃

     =1200000 Kcal

     ≈1395kw(1KW电加热的热值为860大卡)

式中  C——水的比热,C=1Kcal/kg.℃;

      Qm——可产热水量Kg

        tr——热水温度(℃),取40℃;

        tl——冷水温度(℃),取10℃;(春秋季节)

本项目学生公寓40℃目标热水量40000L制热总功率应为:1395kw

设备选型

根据以上数据要求及参照美肯空气源循环式热泵热水机组的产品技术参数,在环境温度2左右,将基础水温10℃升温至40℃恒温出水机组需运行9.2个小时左右,每小时的输入功率为49.28kw,设计安装8台型号为MAHW070ZB/S热泵机组,两台主机对应一个水箱,水箱之间以平衡管接通,互为备用,这样配置完全能满足全天侯使用热水的要求。

表3.计算参数

学生公寓热水用量计算

序号

热水负荷计算

单位

学生公寓

1

使用人数

2000

2

人均用水量

L/

20

3

总热水需求量

L

40000

4

确定水箱容量

L

10000

5

确定水箱个数

4

6

设计水箱总容量

L

40000

选型设备的热水参数

序号

主机参数

单位

参数

1

MAHW070ZB/S的制热量

KW

18.788

2

产热水速度

L/小时/

538

3

主机耗能功率

KW

6.16

4

平均热效率

η

305%

5

MAHW070ZB/S主机数量

8

热水负荷计算

序号

项目内容

单位

参数

1

总热水需求量

L

40000

2

设计水箱容量

L

10000

3

设计水箱个数

4

4

设计水箱总容量

L

40000

5

机组补水水温度T1

10

6

机组出热水水温度T2

40

7

进出水温差△T=T2-T1

30

8

总热量需求Q=CM△T

KW.h

1395

9

加热40000L水到40℃耗时

小时

9.29

10

加热热水主机耗电量

千瓦时

457.57

   

表4.主机参数

参数            型号

单位

MAHW070ZB/S

热水特性

额定制热量(A20℃/15℃,W15℃/55℃)

KW

24.5

额定热水产量(A20℃/15℃,W15℃/55℃)

L/H

525

额定出水温度

55

电气特性

电源

V/PH/Hz

380/3/50

额定输入功率

KW

5.27

额定电流

A

10

最大额定电流

A

15

工作工况

温度范围

-15~43

运行噪声

噪声

dB(A)

56

水管接头尺寸

进水管接头

inch

1

出水管接头

inch

1

压缩机

形式

 

涡旋

数量

1

风扇

出风方向

 

顶出风

循环/增压水泵

扬程

m

7

水流量

m3/h

4.21

换热器

空气侧

空气侧

翅片式内螺纹亲水铝箔换热器

水侧

水侧

套管换热器

工质

R22

种类/节流方式

电子膨胀阀

外形尺寸

长×宽×高

mm

780*890*1182

包装尺寸

长×宽×高

mm

820*920*1210

质量

机体重量

kg

140

包装重量

kg

155

 

结合用水需求、当地气候条件以及机组在当地气候条件下的能力变化,选择机组。机组满足冬季最不利环境温度时热水的需求,就可保证全年的热水供应。

启用时间:2014年

“该系统为学校减少学校开支,达到国家规定的节能减排目标起到重要的辅助作用”业主对该系统的运行非常满意。

4.结束语

通过对校园生活热水需要的理解分析,建议采用空气能热泵热水机组作为产热水设备。其特点完全符合建设方的需要,以及国家政策导向。