某学生宿舍太阳能热泵热水系统设计及经济性分析汇总.docx
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某学生宿舍太阳能热泵热水系统设计及经济性分析汇总
2010年第9期总第147期
福建建筑
FujianArchitecture&Construction
No92010Vol147
某学生宿舍太阳能-热泵热水系统设计及经济性分析
邓玉梅
（中国瑞林工程技术有限公司361012
摘要:
介绍了福州某学院学生宿舍太阳能辅助空气源热泵热水系统的工程设计,主要从加热系统选择、热水系统设计、自动运行控制、注意细节及存在问题等方面进行介绍。
关键词:
太阳能-热泵热水系统工程案例节能
中图分类号:
TK51文献标识码:
B文章编号:
1004-6135（201009-0106-04
Onestudentdormitoryforthesolarenergy-heatpumphotwatersystemdesignandeconomyanalysis
DengYumei
（ChinaNerinEngineeringCo.,LTD.361012
Abstract:
Thispaperintroducesacollegestudentdormitoryoffuzhousolarauxiliaryairsourceheatpumphotwatersystemofen
gineeringdesign,mainlyfromtheheatingsystem,hotwatersystemdesignandautomaticoperationcontrol,payattentiontodetailandexistingproblemswereintroduced.
Keywords:
Thesolarenergy-heatpumphotwatersystemTheengineeringexampleTheenergyconservatio
n
作者简介:
邓玉梅,女,1974年11月出生,水电安装专业,给
水排水专业,本科,工程师。
从事给排水专业设计。
收稿日期:
2010-08-02
前言
太阳能是人类可以利用的最丰富的能源。
在地球上,无论
何处都有太阳能,可就地开发利用,不存在运输问题,不会产生废渣、废水、废气、也没有噪音,更不会影响生态平衡;热泵是用逆卡诺原理,以极少的电能,吸收空气中大量的低温热能,通过压缩机的压缩变为高温热能,传输至水箱,加热热水,能耗低、效率高、速度快、安全性好、环保性强。
在阳光充足时利用太阳能提供所需的热水,在太阳能不足时利用空气源热泵热水机组来补充提供热水,所以在工程中采用太阳能-热泵热水系统成为了现代建筑热水领域热门话题。
下面是对某学院学生宿舍热水设计采用太阳能-热泵系统设计及经济性分析。
一、工程概况
该工程位于福建省福州市,为单栋建筑,地上七层。
一层为管理用房及活动室,二至六层为学生宿舍。
建筑高度237m,占地面积1400m2,总建筑面积7800m2。
根据福建省地方标准居住建筑与太阳能热水系统一体化设计、安装及验收规程!
DBJ13-80-2006的规定,该建筑应采用太阳能系统供应生活热水。
本工程学生宿舍共300床,按∀类宿舍考虑,每人每日热水用水量为50L:
宿舍采用定时供应热水。
热水使用温度37#,供应时间为:
每天1800~2300。
全天热水用水量qd=300∃50=15∃103L=15m3
设计小时耗热量Qh=qh（tr-tlrn0bC=1
5∃106kJ/h;设计小时热水量qrh=Qh/[（tr-tlCr]=13125L/h;（换算成60#水为7095L/h;式中:
Qh%%%设计小时耗热量（kJ/h;
qrh%%%设计小时热水量（L/h;
qh%%%卫生器具热水的小时用水定额（L/h;淋浴器取250L/h;
C%%%水的比热容,4187kJ/（kg#;tr%%%热水的温度,37#;tl%%%冷水的温度,10#;r%%%热水密度（kg/L;
n0%%%同类型卫生器具数,为75;
b%%%卫生器具的同时使用百分数,取70%。
最高日耗热量:
Qd=mqrC（tr-tlr=30∃106kJ/h=833kW
二、生活热水供应系统的选择
1、各供热系统比对:
生活热水系统加热方式很多,常用的有:
电加热、煤气加热、燃气加热、热泵系统、太阳能供热系统等多种方式。
各种加热方式各有优缺点,下表为对各加热方式的运行费用的比较:
每吨热水成本（以10#水加热到60#热水,需50000千卡的热量为例
名称耗热量实际热值单价费用1电热水器
50000千卡757千卡/度0.5元/度33.0元2
天然气
50000千卡5040千卡/m34.0元/m339.6元3石油液化气50000千卡13200千卡/
m3
12元/
m3
45.5元4柴油锅炉50000千卡6240千卡/kg5.5元/kg44.0元5
热泵
50000千卡
2580千卡/度
0.5元/度
9.7元
太阳能热水产品是吸收太阳能量加热冷水,所以其运行费
用很低。
福州地处福建东部,参照省标J10807-2006表
312,福州市属I类地区,年太阳能辐照量>45∃108J/m2,年日照时数>1800H。
属于本省太阳能资源比较丰富的地区,可对太阳能进行合理利用。
2、太阳能热水系统的选择:
太阳能集热和热水供应方式划分有如下三种方式:
集中供热水系统、集中-分散供热水系统和分散供热水系统。
他们的特点和适用建筑介绍如下:
集中供热水系统:
采用集中的太阳能集热器和集中的贮水箱供给一幢或几幢建筑物所需热水的系统。
以单元或整栋楼房为单位设计安装太阳能热水系统,集热器与热水箱可分离安装,一个单元或楼房共用热水箱;多层、小高层和屋面具备条件的高层建筑均可设计安装,更适用安装在宾馆、学校和公共浴室等公共建筑。
集中-分散供热水系统:
采用集中的太阳能集热器和分散的贮水箱供给一幢建筑物所需热水的系统。
以单元为设计单位安装太阳能热水系统,集热器与储热水箱分离安装,每户拥有独立的储热水箱。
多层、小高层和屋面具备条件的高层住宅建筑均可设计安装。
分散供热水系统:
采用分散的太阳能集热器和分散的储水箱供给各个用户所需热水的小型系统。
每户独立安装太阳能热水器,集热器与储热水箱可不分离或分离安装;一般设计安装在多层住宅建筑和别墅。
对于本工程而言,分散供热水系统由于是一套系统只针对一个用户,不利于资源的共享以及今后管理上容易造成困难,所以不采用此系统。
而对于集中-分散式供水系统需要独立的储热水箱,装在户内需占用一定的空间,装在外墙又影响建筑立面美观,且每户需设有辅助电加热设备、管子多、无法满足主管的循环。
故本工程采用太阳能集中供热水系统。
3、辅助加热方式的选择:
在阳光充足时利用太阳能提供所需的热水,太阳能不足时,为了不影响用户使用热水,太阳能加热系统应配置辅助热泵加热系统。
故本工程热水系统由太阳能集热器、空气源热泵、集热水箱、供热水箱、管路及自动控制系统等组成。
如图1
所示。
图1太阳能-热泵热水系统原理图
图中太阳能集热器、空气源热泵设置、集热水箱、供热水箱、控制柜等设备均设置在屋面上。
三、太阳能-热泵热水系统设备计算及选型
1、集热板面积计算:
太阳能集热器面积计算公式:
Ajz=qrmCr（tr-tlf/[Jt!
j（1-!
L]=240m2
式中:
Ajz%%%直接加热集热器总面积（m2;m%%%用水单位数（人数或床位数;
qr%%设计日用热水用水定额（L/人d或L/床d;C%%%水的比热容,4187J/（kg#;tr%%%储水箱内水的终止温度,60#;tl%%%水的初始温度,10#;
Jt%%%集热器倾角36&,集热器采光面上的年平均日太阳辐照量14794kJ/m2d;
f%%%太阳能保证率取40%;!
j%%%集热器全日集热效率取50%;!
L%%%管路及储水箱日损失率取30%。
2、太阳能集热器选型
太阳能集热器的类型有平板型集热器和真空管集热器,真空管集热器具有保温性能好,低温热效率高,其吸收系数可达到94~96%,辐射系数小于6%,在北方地区使用比较多。
而平板型集热器在高温时热效率高,低温时热效率较低,具有承压高、热传递性能好等优点,在南方地区使用比较多,本工程属于福建冬天不结冰的南方地区的用户,选用平板型太阳能集热器是非常适合的。
因此本工程选用平板型集热器:
PYT/L20-3/22集热板,水平安装。
集热板台数计算:
240/20=120台（每台尺寸:
L∃W∃H=2000∃1000∃75
3、屋面集热水箱、供热水箱计算
集热水箱:
Vrx=qrjd∃Aj=60∃240=144∃103L=144m3,考虑到太阳得保证率为40%,取6m3;
式中:
Vrx%%%集热水箱容积（L;
Aj%%%太阳能集热器集热面积（m2;
qrjd%%%集热器单位采用面积平均每日产热水量[L/（m2
d],取60[L/（m2d]。
供热水箱容积:
为保证宿舍的用水,在极端天气下辅助热
泵加热得速度不如电锅炉等快速加热设备,故供热水箱容积为全天的用水量,取15m3;
采用两个贮热水箱,太阳能热水
先进入集热水箱,辅助加热设备设置在供热水箱侧,利用太阳能将冷水预热,再送入供热水箱,由辅助热源加热至设定温度。
4、太阳能集热强制循环泵计算
集热强制循环泵（图1泵4流量
qxl=qgzAj=48L/s
式中:
qgz%%%单位采光面积集热器对应的工质流量（L/sm2,取002L/sm2;
Aj%%%集热器总面积（m2;
集热强制循环泵扬程Hx=hjx+hj+hz+hf=23m
式中:
Hx%%%循环泵扬程（kPa;
Hjx%%%集热循环管道沿程与局部阻力损失（kPa;
hj%%%循环流量流经集热器的阻力损失（kPa,hj=Hcn;
hz%%%集热器与贮热水箱最低水位之间的几何高差（kPa;
hf%%%附加压力（kPa,取Ha=30kPa;
则集热强制循环泵（图1泵4选用热水管道泵IRG50-160IB（一用一备
扬程:
24m;单泵流量:
6L/s;单泵功率:
30kW。
5、热泵辅助加热系统及附属设备计算选型
1空气源热泵的计算及选型:
Qg=k1mqrC（tr-tlr/T1=231∃103kJ/h=1500kW
式中:
Qg%%%热泵机组设计小时供热量（kJ/h;
qr%%%热水用水定额（L/人d或L/床d;
m%%%用水计算单位数（人数或床位数;
tr%%%热水温度,60#;
tl%%%冷水温度,10#;
T1%%%热泵机组设计工作时间,取T1=6（h/d;
k1%%%安全系数,取k1=105;
空气源热泵主机选择:
本工程单台空气源热泵热水机组设计小时供热量Qg1=Qg/2=750kW
则选用两台RSJ-770/S-820R热水机组,机组最大输入功率为244kW,额定制热量（设计小时制热量为770kW,额定产热水量为2000L/h,该机组能确保在福州室外温度为-3#时每小时生产1100L60#热水,平均产量2000L/h60#热水。
2热泵热水机组设计热水循环泵计算及选型
热泵热水机组设计热水循环泵（图1泵2流量
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