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辅助热源及热源设备

第五章、系统设备选型

第十节、辅助热源及设备的选择

一、相关概念

1.热源

用以制取热水的能源。

比如城市热力管网、燃气、燃油、电、热泵等。

2.热源站

制备生活热水热媒（蒸汽、热媒水）的设备站室。

3.热媒

热传递载体，常为热水、蒸汽、烟气。

4.废热

工业生产过程中排放的带有热量的废弃物质，如废蒸汽、高温废水（液）、高温烟气。

5.燃油、燃气常压热水机组（简称热水机组）

机组水套与大气相通，其本体始终保持常压状态的燃油、燃气热水机组。

6.锅炉的分类

按利用的能源形式，锅炉分燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉和电锅炉等。

7.蒸汽锅炉

应用于加热水使之转变为蒸汽的锅炉称之蒸汽锅炉。

8.热水锅炉

应用于加热水使之提高温度转变为热水的锅炉称之热水锅炉。

9.空气源热泵

以环境空气为低温热源的热泵。

10.水源热泵

以水或添加防冻剂的水溶液为低温热源的热泵。

11.热泵热水供应系统

通过热泵机组运行吸收环境低温热能制备和供应热水的系统。

12.设计小时耗热量

热水供应系统中用水设备、器具最大时段内的小时耗热量。

13.设计小时供热量

热水供应系统中加热设备最大时段内的小时产热量。

14.太阳能热水系统按辅助能源设备安装位置可分为下列两种系统：

内置加热系统、外置加热系统。

按辅助能源启动方式可分为下列三种系统：

全日自动启动系统、定时自动启动系统、按需手动系统。

二、辅助热源设备的设计计算与选用要求

1.辅助热源及其加热设施宜按无太阳能热水系统状态配置。

辅助热源的供热量应按GB50015--2009中5、3、3条设计计算。

2.辅助热源及其水加热设施应结合工程当地的能源情况，即天然气、城市燃气、燃油、电力的供应价格，以及供应的可靠程度，经综合对比，选择经济可靠的能源，按各种热水机组的性能、热效率、设备造价、运转成本、自动化程度、操作条件等选择相应的设备。

3.辅助热源加热设备应根据热源种类及其供水水质、冷热水系统形式等选用直接加热或间接加热设备。

4.辅助热源的控制应在保证充分利用太阳能集热量的条件下，根据不同的热水供水方式采用手动控制、全日自动控制或定时控制。

5.当采用集中热水供应系统时，配置宜不少于两套；一套检修时，其他各套加热设备的总供热能力不小于50％的系统耗热量。

6.当采用分散热水供应系统时，加热设备通常为一套电或燃气热水器，采用快速式燃气热水器时，该热水器的允许进水温度应能满足集热系统出水温度的要求。

能源形式

推荐选用设备

市政热力

优先利用工业余热、废热、地热等市政热力，通过热交换器与太阳能组合供热

热泵

根据当地的地热资源、气候条件，可选用空气源热泵、水源热泵

燃气

可采用燃气锅炉、贮水式热水器、快速式热水器、燃气热水机组

燃油

可采用燃油锅炉、燃油热水机组

电

可采用电锅炉、快速式热水器、贮水式热水器、热水机组，应充分利用低谷电

7.辅助热源设备可参照下表选用：

三、常用加热设备—锅炉

1.锅炉的定义

锅炉是利用燃料燃烧释放出的能量或其他形式的能量将工质（中间热载体）加热到一定参数的设备。

从能源的利用角度来看它使一种能源转换设备。

这种传输热量的中间热载体属于二次能源，它的用途就是向用能设备提供能量。

当中间的热载体用于在热机中进行热—功转换时，就叫做“工质”。

如果中间热载体只是向热设备传输、提供热量以进行热利用，则通常称为“热媒”。

2.蒸汽锅炉

蒸汽锅炉的供热能力从能源的转换角度来看应该用额定供热量（额定热功率）来表示，单位为千瓦，但是，习惯上用额定出力（额定蒸发量）来表示。

额定出力是在额定的出口蒸汽参数、额定的给水温度、使用设计燃料和保证设计效率的条件下连续运行所应达到的每小时产汽量（蒸发量）。

额定出力也叫做铭牌蒸发量或锅炉容量。

蒸发量用符号D表示，单位是kg/h或t/h。

从能源转换的角度，锅炉的产品应该是其供出的热量，即水在锅炉内转换成蒸汽的过程中所吸收的热量。

蒸汽锅炉供出的热量为

Q＝D（iq－igs）/3600

式中Q——锅炉供热量（KW）

D——锅炉蒸发量（kg/h）

iq————出口蒸汽比焓（kw/kg）

igs————锅炉给水比焓（kw/kg）

蒸汽锅炉的供热品位用额定的出口蒸汽压力（Mpa）和温度（°C）表示。

3.热水锅炉

热水锅炉的供热能力用额定供热量（热功率）表示，单位为KW，可按下式计算：

Q=GC（trs-ths）/3600

G——供出热水量（kg/h）

trs——出口热水温度（°C）

ths——进口回水温度（°C）

C——水的平均比热[KJ/（kg·°C）]

热水锅炉的供热品位用额定的出口热水温度、压力和额定进口回水温度表示。

四、锅炉和太阳能系统的连接方式

在大型的太阳热水系统中，往往安装燃油、燃气或电锅炉和太阳能结合着使用。

锅炉在太阳热水系统的应用，主要有两种方式：

一种是锅炉串接在热水系统中,即热水使用时经过锅炉,锅炉可通过控制系统设定温度。

当水温低时,锅炉自动启动,升温；水温高时,锅炉不启动。

一种是锅炉并联接入热水系统中,通过控制系统控制锅炉与循环水泵的启动,进行锅炉与水箱的热交换,热水使用时直接从水箱中流出,不经过锅炉。

五、辅助加热设备的选型计算

一般来说，辅助热源通过水加热设备的形式向系统提供热量，辅助热源提供的辅助加热量即为水加热器的供热量。

（一）设计小时耗热量的计算

1）设有集中热水供应系统的居民小区的设计小时耗热量，当公共建筑的最大用水时时段与住宅的最大用水时时段一致时，应按两者的设计小时耗热量叠加计算。

当公共建筑的最大用水时时段与住宅的最大用水时时段不一致时，应按住宅的设计小时耗热量加公共建筑的平均小时耗热量叠加计算。

2）全日供应热水的宿舍（Ⅰ、Ⅱ类）、住宅、别墅、酒店式公寓、招待所、培训中心、旅馆、宾馆的客房（不含员工）、医院住院部、养老院、幼儿园、托儿所（有住宿）等建筑的集中热水供应系统的设计小时耗热量应按下式计算：

式中

：

设计小时耗热量（kJ/h）

:

用水计算单位数（人或床位数）

：

热水用水定额（L/人·d或L/床·d），按《建筑给水排水规范》上5.1.1表采用。

C:

水的比热，4.187kJ/（kg·℃）

：

热水密度（kg/L）；

：

热水温度，

=60℃

。

：

冷水温度，按《建筑给水排水规范》上表5.1.4采用。

:

每日使用时间（h），按《建筑给水排水规范》上表5.1.1采用。

:

小时变化系数，按《建筑给水排水规范》上表5.3.1采用。

热水小时变化系数

类别

住宅

别墅

酒店式公寓

宿舍（Ⅰ、Ⅱ类）

招待所培训中心、普通旅馆

宾馆

医院、疗养院

幼儿园托儿所

养老院

热水用水定额（L/人（床）·d）

60~100

70~110

80~110

70~100

25~50

40~60

50~80

60~100

120~160

60~100

70~130

110~200

100~160

20~40

50~70

使用人（床）数

≤100~≥6000

≤100~≥6000

≤150~≥1200

≤150~≥1200

≤150~≥1200

≤150~≥1200

≤150~≥1000

≤50~≥1000

≤50~≥1000

4.8~2.75

4.21~2.47

4.00~2.58

4.80~3.20

3.84~3.00

3.33~2.60

3.63~2.56

4.80~3.20

3.20~2.74

注：

1、

应根据热水用水定额高低、使用人（床）数多少取值，当热水用水定额高、使用人（床）数多时取低值，反之取高值，使用人（床）数小于等于下限值及大于等于上上限值的，

就取下限值或上限值，中间值可用内插法求的；

2、设有全日集中热水供应系统的办公楼、公共浴室等表中未列入的其他类建筑的

值可参照参照《给水排水设计规范》2009版中表表3.1.10中给水的小时变化系数选值。

3）定时供应热水的住宅、旅馆、医院及工业企业生活间、公共浴室、宿舍（Ⅲ、Ⅳ类）、学校、剧院化妆间、体育馆（场）运动员休息室等建筑的集中热水供应系统的设计小时耗热量应按下式计算：

式中

：

设计小时耗热量（KJ/h）;

：

卫生器具热水的小时用水定额（L/h）,按《建筑给水排水规范》表5.1.1-2采用。

C:

水的比热，4.187KJ/（kg·℃）

：

热水密度（kg/L）；

：

热水温度，按《建筑给水排水规范》表5.1.1-2采用。

：

冷水温度，按《建筑给水排水规范》上表5.1.4采用。

:

同类型卫生器具数;

：

卫生器具的同时使用百分数：

住宅、旅馆、医院、疗养院病房，卫生间内浴盆或淋浴器可按70％~100％计，其它器具不计，但定时连续供水时间应大于等于2h。

工业企业生活间、公共浴室、学校、剧院、体育馆（场）等的浴室内额定淋浴器和洗脸盆均按100％计。

住宅一户设有多个卫生间时，可按一个卫生间计算。

4）具有多个不同使用热水部门的单一建筑或具有多种使用功能的综合性建筑，当其热水由同一热水供应系统供应时，设计小时耗热量，可按同一时间内出现用水高峰的主要部门的设计小时耗热量加其它部门的平均小时耗热量计算。

（二）全日集中热水供应系统中，锅炉、水加热设备的设计小时供热量

全日集中热水供应系统中，锅炉、水加热设备的设计小时供热量应根据日热水用量小时变化曲线、加热方式及锅炉、水加热设备的工作制度经积分曲线计算确定。

当条件不允许时，可按下列原则确定：

a.容积式水加热器或贮热容积与其相当的水加热器、燃油（气）热水机组应按下式计算：

式中：

――容积式水加热器（含导流型容积式水加热器）的设计小时供热量，（KJ/h）；

――热水系统设计小时耗热量，（KJ/h）；

――有效贮热容积系数；容积式水加热器

=0.7~0.8，

导流型容积式水加热器

=0.8~0.9；

第一循环为自然循环时，卧式贮热热水罐

=0.8~0.85；立式贮热水罐0.85~0.9

第一循环为机械循环时，卧、立式贮热水罐

=1.0；

――总贮热容积，（L）

――辅助加热量持续时间（h）；T=2~4h；

――热水温度，（℃），按设计水加热器出水温度或贮水温度计算；

――冷水温度，℃；按《建筑给水排水规范》上表5.1.4采用。

――热水密度，Kg/L。

注：

当

计算值小于平均小时耗热量时，

应取平均小时耗热量。

b.半容积式水加热器或贮热容积语气相当的水加热器，燃油（气）热水机组的设计小时供热量应按设计小时耗热量计算。

c.半即热式、快速式水加热器及其他无贮热容积的水加热设备的设计小时供热量应按设计秒流量所需的耗热量计算。

（三）热媒耗量的计算

容积式或半容积式水加热器的热媒为蒸汽或热水。

①以蒸汽为热媒的水加热器设备，蒸汽耗量如下：

式中：

G——蒸汽耗量，kg/h；

——水加热器设计供热量，W；

——热媒管道热损失附加系数，

=1.05~1.10；

——饱和蒸汽的热焓，KJ/kg；

——凝结水的焓，KJ/kg；

——热媒终温，应由经过热力性能测定的产品样本提供。

饱和蒸汽的热焓

蒸汽压力（MPA）

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

温度

120.2

133.5

143.6

151.9

158.8

165.0

焓（KJ/kg）

2706.9

2725.5

2738.5

2748.5

2756.4

2762.9

②以热水为热媒的水加热器设备，热水耗量如下：

式中：

G——热媒耗量，kg/h；

——水加热器设计供热量，W；

——热媒管道热损失附加系数，

=1.05~1.10；

、

——热媒的初温与终温，℃，由经过热力性能测定的产品样本提供；

1.163——凝结水的焓，KJ/kg；

——热媒终温，应由经过热力性能测定的产品样本提供。

（3）常压燃油、燃气热水锅炉/热水器

常压燃油、燃气热水锅炉/热水器通过燃料燃烧来直接加热其炉管内的水。

燃油、燃气耗量可按式计算：

式中：

G——热源耗量，kg/h或Nm³/h；

——热媒管道热损失附加系数，

=1.05~1.10；

——水加热器设计供热量，W；

——热源发热量，KJ/kg或，KJ/Nm³；参考下表

——水加热设备的热效率；参考下表

热源发热量及加热装置热效率

热源种类

消耗量单位

热源发热量Q

加热设备效率

（％）

备注

轻柴油

kg/h

41800~44000（KJ/kg）

≈85

重油

kg/h

38520~46050（KJ/kg）

≈85

天然气

Nm³/h

34400~35600（KJ/Nm³）

65~75（85）

城市煤气

Nm³/h

14653（KJ/Nm³）

65~75（85）

液化石油气

Nm³/h

46055（KJ/Nm³）

65~75（85）

注：

表中的热源发热量及加热设备的效率均系参考值，计算应根据当地热源与选用加热设备的实际参数为准。

（4）电热水锅炉/电热水器

电热水锅炉/电热水器耗电量可按式计算：

式中：

W——耗电量，KW；

——水加热器设计供热量，W；

——水加热设备的热效率，95%~97%.

1000—单位换算系数

六、加热设备布置和安装注意事项

参考05SS121《热水机组的选用与安装》及《燃油、燃气热水机组生活热水供应设计规程》等相关规范、措施。

七、空气源热泵

1.工作原理

热泵热水装置，主要由蒸发器、压缩机、冷凝器和膨胀阀四大部件组成，通过让工质不断完成蒸发（吸取环境中的热量）→压缩→冷凝（放出热量）→节流→再蒸发的热力循环过程，从而将环境里的热量转移到水中。

通俗的说，如同在自然界中水总是由高处流向低处一样，热量也总是从高温传向低温。

但人们可以用水泵把水从低处提升到高处，从而实现水的由低处向高处流动，热泵同样可以把热量从低温热源传递到高温热源，所以热泵实质上是一种热量提升装置。

2.系统组成及运行方式需符合下列要求：

1）最冷月平均气温大于等于10℃的地区，系统可不设辅助热源；

2）最冷月平均气温在0℃~10℃的地区，系统宜设置辅助热源；

3）在最冷月平均气温小于等于3℃的地区，建议在经济比较后确定空气源热泵机组是否全年运行；

4）在最冷月平均气温小于等于0℃的地区，经技术经济比较后可采取采暖季节由锅炉等供应热水，其余季节由空气源热泵系统供热水的季节运行方式。

5）空气源热泵机组的工作气温不得超出其允许值，常见允许下限值是﹣7℃，常见允许上限值为43℃。

3.常用空气源热泵热水系统分类、特点及适用条件

按热水是否由热泵机组直接供给，系统分为直接供水和间接供水两种。

直接供水系统示意图：

1）该系统的优点是热效率高，系统简单。

缺点是在工质泄漏时会污染热水；冷水水质不好时可能造成热泵机组内冷凝器的等结垢或阻塞，影响使用寿命。

2）该系统适用于冷水硬度小于等于150㎎/L（以CaCO3计）的,且对供热水要求一般的场所。

间接供水系统示意图：

1）该系统优点是循环工质泄漏时不会污染热水，冷水水质不好时不会影响热泵机组。

缺点是系统复杂，系统热效率降低；系统出热水温度低。

2）该系统适用于冷水硬度大于150㎎/L（以CaCO3计），对供水要求较高的场

4.空气源热泵机组和相关设备的计算

应按《建筑给水排水设计规范》GB50015和《小区集中生活热水供应设计规程》的有关条款计算最高日平均秒耗热量Qd和设计小时平均秒耗热量Qh。

1）对于（无辅助热源的）独立热水系统，应按全年最低冷水温度计算耗热量Qd和Qh；

2）对于有辅助热源的独立热水系统，宜按春分、秋分所在月的冷水温度计算耗热量Qd和Qh；

3）对于以地表水作为供水水源的独立热水系统，建议再按夏季最高冷水温度计算耗热量；

4）需设置辅助热源时，应根据最不利工况计算辅助热源的设计小时平均秒耗热量QFh;

5）热泵机组与相关设备的选择计算可按《全国民用建筑工程设计技术措施--给水排水节能专篇》中规定计算。

5.空气源热泵机组的布置需符合下列要求：

1）应考虑机组运行气流和噪音对环境的影响，不得将其布置在人流较密集处。

2）机组进风面距墙宜大于1.5m，机组控制柜面距墙宜大于1.2m，顶部出风机组其上部净空宜大于4.5m。

3）两台机组进风面相对布置时间距宜大于3.0m（小型机组尺寸可适当减小）。

4）机组周围只允许一侧墙面高度高于机组高度。

5）机组高度应不小于300㎜，且大于当地积雪厚度。