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學校熱水工程解決方案

學校熱水工程解決方案

來源:熱水工程 | 作者:節能工程 | 發布時間:2021-01-08 16:42:01

  隨著學校生活熱水系統的普及和應用規模的增大,學校學生生活熱水系統中存在的問題也越來越多,熱水系統運行費用居高不下。學校熱水工程解決方案熱水系統設計的合理性與經濟性,決定了熱水系統投資總額和運營費用的高低,為了避免造成資源浪費。學校熱水工程解決方案設計主要合理安排以下三個問題:一是學生生活熱水需求量;二是熱水使用時間分配;三是設備選型。

學校熱水工程解決方案

  一、學校生活熱水需求量確定

  學校熱水量的確定主要根據《建筑給水排水設計規范》(GB50015-2009)[35](以下簡稱規范)相關內容和要求確定。該規范指出,生活熱水系統的生活熱水需求量計算、設計小時熱水量計算應以最高日生活熱水用水定額為計算依據,并和熱水使用小時變化系數等因素相關。利用不同熱水定額得出系統小時耗熱量,再根據耗熱量得出系統小時熱水量。

  全日制學校供應熱水系統設計小時耗熱量計算

  根據規范,對于需要保證全日24小時供應熱水的宿舍(I、II類)、住宅、別墅等建筑的集中熱水供應系統的設計小時耗熱量應按下式計算:
集中熱水供應系統小時耗熱量計算公式
  公式中,Qh為設計小時耗熱量(KJ/h);m為用水計算單位數(人數或床位數);qr為熱水用水定額(L/人d);C為水的比熱容,一般取C等于4.187(KJ/Kg℃);tr為熱水計算溫度;tl為冷水溫度,根據不同地區選??;Pr為生活熱水的密度,一般情況取Pr=1(Kg/L);Kh為小時變化系數,根據不同建筑類型按規范選??;T為每日使用時間,按照規范根據不同建筑類型和使用功能選取。

  二、學校生活熱水使用時間分配

  學校生活熱水系統的熱水使用時間分配對系統設備的選型和運行有關鍵影響。生活熱水使用時間分配沒有一個明確的規定,主要通過熱水系統的小時變化系數來反映,但有兩種比較極端的情況:一種是在24小時內可以任意分布的熱水系統,比如旅館、別墅、住宅、招待所、帶有住宿的托兒所等;另外一種是熱水使用時間非常集中的熱水系統,比如生產車間的工人浴室、體育場館浴室、學生集中浴室等。

  學校學生生活熱水系統的熱水使用時間分布規律介于賓館和生產廠房之間,它既不像賓館那樣毫無規律,也不像生產廠房那樣一成不變。規范里面對高校III類、IV類宿舍的衛生器具同時使用系數是按100%取值,即認為所有衛生器具會在同一時間使用,這顯然與實際情況有所不符,具體應根據學生作息安排規律計算。

  三、學校生活熱水系統關鍵設備選型計算

  1.太陽能加熱設備選型計算

  根據規范,當該地區日照時數大于1400(h/年),且年太陽能輻射量大于4200(MJ/㎡·年)及年極端最低氣溫不低于-45℃的地區,宜優先采用太陽能作為生活熱水供應熱源。

  太陽能儲熱水箱容積選型計算
太陽能儲熱水箱容積選型計算

  公式中:Vr為太陽能熱水系統貯水箱有效容積(L);Aj為太陽能集熱器總面積(㎡);qrjd為太陽能集熱器單位面積平均每日產熱水量[L/(㎡d)],根據集熱器產品的實測結果確定。無條件時,根據當地太陽能輻量、太陽能集熱器性能、太陽能集熱器面積等因素按下列原則確定:直接式太陽能熱水系統qrjd=(40~100)[L/(㎡d)];間接式太陽能熱水系統qrjd(30~70)[L/(㎡d)]。

  2.空氣能熱泵機組選型計算

  太陽能熱水系統只有在太陽能資源達到要求的情況下才能發揮預期的作用,由于太陽能具有不穩定性,因此需要設置輔助熱源,確保太陽能資源不足時熱水系統仍然能夠正常供應熱水。熱泵機組的設計小時供熱量按下式計算:
熱泵機組的設計小時供熱量計算

  公式中:Qg為熱泵機組設計小時供熱量(kJ/h);qr為熱水用水定額(L/人d或L/床d),根據不同建筑類型和用途按規范取值;m為用水計算單位數(人數或床位數);rt為熱水計算溫度;tl為冷水計算溫度,根據規范按地區選取;T為熱泵機組設計工作時間(h/d),取12h~20h;k1為安全系數,一般取k1=1.05~1.10。

  空氣能熱泵機組儲熱水箱選型計算

  對于全日制24小時熱水供應系統,熱泵機組儲熱水箱容積應根據熱水系統日耗熱量、熱泵機組連續工作時間等因素綜合確定,當條件不足時,可按下式計算:
空氣能熱泵機組儲熱水箱選型計算

  公式中:Vr為貯熱水箱有效容積(L);Qh為設計小時耗熱量(kJ/h);Qg為設計小時供熱量(kJ/h);T為設計小時耗熱量持續時間(h);為有效貯熱容積系數,貯熱水箱、臥式貯熱水罐η=0.80~0.85,立式貯熱水罐η=0.85~0.90;2k為安全系數,一般取2k=1.10~1.20。對于定時供應熱水系統,貯熱水箱的有效容積宜為定時供應熱水系統最大時段的全部熱水量。

  四、太陽能空氣能熱泵雙熱源中央熱水系統

  學校生活熱水系統主要首選太陽能與空氣能熱泵雙熱源熱水系統,根據需求滿足學生用水量,采用太陽能+空氣能熱泵組合多熱源熱泵節能熱水系統,在最大限度利用太陽能熱水系統的情況下,又能保證在太陽能不足的時候,可以確保系統有足夠的生活熱水供應。通過優化系統設備配置,合理搭配能源組合,全自動智能系統控制,實現全天24小時不間斷熱水供應。

  學校熱水工程采用太陽能空氣能熱泵中央熱水系統的實用意義

  根據我國北方大部分地區的太陽輻照資料,太陽能空氣能熱泵中央熱水系統中,太陽能直接加熱可滿足熱水系統全年60—80%的熱量需求,其余20—40%熱量由太陽能輔助加熱空氣源熱泵機組供應,熱泵平均COP可達3.0,即其所供應熱量有65%以上來自集熱器不能直接利用的太陽能和空氣熱能。在整個系統運行中,集熱器吸收的太陽能的利用率接近100%,輔助加熱的電力消耗只占系統總能耗的7—14%,較常規能源的熱水系統可至少節能85%以上。

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