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1、中学宿舍热水系统节能的探讨 中学宿舍热水系统节能的探讨 摘 要:本文以一个目前正在建设中的工程为范例，探讨了热水系统中节能方面的一些设计方法。 关键字：中学宿舍 给排水设计 热水 节能 中图分类号： S276 文献标识码： A 文章编号： 前言：本工程是上海市第二中学寄宿制高中闵行校区工程，校方提出热水系统的设计既要满足使用需要，又要相比照拟节能，故我从几个方案中通过比照，选出了一个比拟的合理设计方案，就是太阳能结合空气源热泵的热水供水方案。 工程概况： 上海市第二中学寄宿制高中闵行校区该工程位于上海市闵行区银都路，由教学楼、办公楼、男女生宿舍、室内体育馆、食堂、地下车库等单体组成，总占地面积
2、4.4万平米，总建筑面积3.5万平米，寄宿人数按780人考虑。 供热系统选择： 目前国内常用供热方式有以下几种：燃气锅炉；太阳能；空气源热泵，它们自己各有优缺点，适合与不同场合。 第一：燃气锅炉是传统的集中供热的方法，在很多学校、企事业单位、宾馆都有很多运用，其优点是加热速度快，热源稳定。缺点是不节能，不符合现在的节能环保的主题，并且加热过程中产生大量废气。 第二：太阳能是现在比拟常见的供热方法，不可否认太阳能在阳光充足的情况下是零能耗，但在阴雨天就英雄无用武之地，还需要用电辅助加热，而用电这种高级能源直接加热是很浪费，所以也称不上完全的节能。 第三：空气源热泵，空气源热泵的作用机理和我们家里
3、电冰箱正好相反，电冰箱是通过电，利用热力学定理中的卡诺循环原理，将冰箱中的热散发到冰箱外，使冰箱中温度降低，而空气源热泵正好相反，它是通过电，将空气中的热量储存到蓄热水箱中，优点是节能、在阴雨天照样运行，缺点是在阳光充足的情况下仍要耗电。 于是，我针对市二中学这个工程特点，提出了比拟新颖的太阳能结合空气源热泵的整体供热方案。设计思路如下：第一，中学属于热水用量比拟集中，顶峰在学生晚上晚自习结束后回寝室洗澡这段时间内，所以太阳能结合空气源热泵这种“双慢的加热方法完全可以满足。第二，太阳充足的情况下完全利用太阳能加热，实现“零能耗，绝对的节能。第三，太阳不充足的情况下，空气源热泵启动，辅助加热，保
4、证热水供给。学校管理人员甚至可以通过天气预报，得知第二天是阴雨天的情况下，在晚上利用“半价电的时间段内开启空气源热泵预先加热，进一步到达节能的目的。 系统设计方法： 热水用水量确实定 根据GB 50015-2003?建筑给水排水设计标准?，每人每天用水量为60L 55热水，男生宿舍用水人数428人，那么每天用水量为25680L，不确定系数15%，所以男生宿舍太阳能系统设计采用30吨的太阳能热水系统，日产55热水30吨，能够满足用水要求。 太阳能系统集热面积配置的计算 上海地区的气象参数： 上海地区处纬度3110，经度12126，属于太阳能资源一般区； 年太阳辐照量：水平面4497MJ/(m2.
5、a)； 当地纬度倾角外表4716MJ/(m2.a)； 年平均日太阳辐照量：水平面12.3MJ/(m2.d)； 当地纬度倾角外表12.904MJ/(m2.d)； 年日照时数1997.5h； 年平均日照时数5.5h； 年平均环境温度16； 当地纬度太阳福照度为600W/； 年太阳能保证率f根据?上海民用太阳能设计标准?资源一般区推荐范围为：40%50%； 集热面积计算 直接加热供水系统的集热器总面积的计算： Ajz=qrmCrtr-t1fJtj(1-1) 式中：Ajz直接加热集热器总面积，； qr设计日用热水量30吨； C 水的定压比热容，4.18kJ/; r热水的密度，0.985kg/L; tr
6、集热水箱的终止设计温度，55 ； tL水的初始温度，15； Jt当地集热器纬度倾角外表年平均日太阳辐照量，12.904MJ/； f太阳能保证率，50 %； j集热器年或月平均集热效率，50%； 1管路及储水箱热损失率，0.15； Ajz =450 因男生宿舍楼屋面面积有限，故综合计算结果及屋面面积得出男生宿舍太阳能热水系统工程太阳能集热面积配置如下：共采用47组，每组集热面积8.4，总集热面积394.8。太阳能热水系统不能满足局部，通过辅助热源空气源热泵供给。 太阳能系统集热循环泵及供热水泵的选型 集热器循环泵选型 标准要求每平方米集热器的流量为0.015 L/s0.02 L/s，即每平方米集
7、热器的流量为5472L/h。 水泵流量计算公式：qx=qgzAj 式中：qx水泵流量，L/h； Aj直接系统集热器总面积，； qgz单位集热面积对应的工质流量，上海地区单位集热面积流量取值为50L/(h)； Q=394.850L/(h)=19740L/h 通过以上公式计算及结合实际情况，本系统中太阳能集热循环泵: 流量：19.8t/h，扬程：15.5M，功率：2.2kW。 供热水泵的选型 Qg=q0n0b 式中：q0同类型的一个卫生器具给水额定流量，L/s； n0同类型卫生器具数 b同类型卫生器具的同时给水百分数，取30% 通过上式可计算出Qg=0.110830%=3.24 L/s，应选择供热
8、水泵Q=15m3/h，H=10m，N=1.5kW，两台，一用一备。 空气源热泵的选型及配置 、系统计算 设计小时供热量 Qg=k1 加mqrC(tr-t1)rT1 式中：Qg设计小时供热量(kJ/h) k1平安系数，取1.051.10； m用水计算单位人数 qr热水用水定额 C水的比热 tr集热水箱的终止设计温度，55 ； tL水的初始温度，15； T1热泵机组设定工作时间，取12h20h r热水的密度,0.985kg/L 通过上式可计算出Qg=1.14284.687600.985/12=434708kJ/h=121kW/h。 空气源热泵热水机组选型 热泵主机选择68kW两台，同时使用。 热泵
9、循环泵Q=4.8m /h，H=25m ,N=1.1W，两台，一用一备。 空气源热泵机组在各个季节，单独运行的情况下，可以完全的满足热水的需求，可靠性完全能满足校方使用要求。 太阳能结合空气源热泵系统控制方法： 控制方法采用变容量分段测温逐时补热技术。控制程序将温度、水位、时间等参数融合，实现充分、优先利用太阳能，将太阳能与热泵辅助加热完美结合，最大限度的减少辅助能源的消耗，具体控制方式如下：根据太阳能晴天时产水标准和学校的具体用水情况，通过控制器对太阳能水箱水量水温进行最多6次的检测，当阴雨天或光照缺乏太阳能产热水量缺乏时，到达第一次设置的定时时间，当前水位未到达第一次设定的水位值，并且太阳能
10、水箱温度未到达第一次设定的温度值时，启动辅助加热热泵加热，当太阳能循环加热水箱温度到达设定的上限温度值时，关闭辅助加热热泵加热，太阳能定温电磁阀自动翻开，冷水进入太阳集热器将集热器内的水顶入太阳能水箱-即使在阴雨天或光照缺乏的情况下，集热器中的水温般都比自来水的温度要高，直到太阳能水箱水温度低于下限温度，关闭电磁阀，停止上水，启动辅助加热热泵加热。这样循环上水和不断加热，直到水位大于等于设定值。其他5次的操作过程与第一次相同。 总结 通过上海市第二中学这个案例，我想说的是，作为一名给排水设计师，在对待自己的设计作品时，要善于思考，时刻掌握新产品、新技术，并应用与工程设计中，为整个工程添加上属于给排水设计的亮点。 参考文献 ?建筑给水排水设计标准?GB50015-2003， 2021年版 全国勘测设计注册公用设备工程师给水排水专业执业资格考试教材第三册?建筑给水排水工程?、第四册?常用资料?中国建筑工业出版社