某運動中心集中熱水方案設計及其經濟分析

王銘源

（廣東省建筑設計研究院 廣東廣州 510010）

某運動中心集中熱水方案設計及其經濟分析

王銘源

（廣東省建筑設計研究院 廣東廣州 510010）

本文以實際工程——某運動中心為例子，對其進行集中熱水方案設計，其中包括太陽能、空氣源熱泵、燃氣鍋爐這三種加熱方式，在此基礎上對各個方案進行經濟比較分析，從中得出經濟效益相對較高的集中熱水方式。

集中熱水；太陽能熱水；空氣源熱泵

1 集中熱水方案設計

1.1 工程概述

本建筑為運動中心項目，運動中心共設有桑拿、棋牌、健身、西餐等功能。

根據運動中心規模，現桑拿客流量考慮150人/d，健身200人/d，棋牌西餐300人/d。熱水定額桑拿按100L/人，健身按50L/人，棋牌、西餐按5L/人考慮。

運動中心有1個25m×12.5m的游泳池，深度平均按1.5m考慮，并對游泳池進行恒溫及初始加溫，初次加溫按48h考慮。

現運動中心集中供熱設備擬采用“空氣源熱泵”熱水機組供應各個系統所需熱量。

1.2 設計參數

（1）室外氣象條件：

冬季室外計算相對濕度：60%。

最冷月：冷水計算溫度：10℃。

冬季室外干球溫度：10℃。

（2）熱水定額：桑拿熱水定額按100L/人。

健身熱水定額按25L/人。

棋牌、西餐熱水定額按5L/人。

游泳池恒溫26℃。

1.3 熱水量計算

表1 熱水量計算（60℃計算熱水溫度）

1.4 熱負荷計算

表2 熱負荷計算

1.5 選型原則及熱泵機組小時熱負荷計算

采用熱泵機組直接供熱水和間接供熱水均應配儲熱設備，熱泵在熱水負荷較小時，向熱水罐或熱水箱內儲熱，在設計小時負荷下，熱泵與儲熱罐（箱）同時向外供水。根據不同情況，可以相應調整儲熱裝置的大小和制熱機組的制熱量。根據用水規律、熱泵的特性和系統經濟性等因素綜合考慮確定，熱泵機組設計每天工作時間取12～20h內，本項目熱泵機組在冬季最冷日平均溫度為10℃時的運行時間為每天14h。

游泳池系統熱泵選型按初始加溫熱負荷考慮。

生活熱水采用空氣源熱泵+太陽能聯合供應。需由太陽能供應的最高日生活熱水（60℃）：Qd=21.5×10%=2.15m3，其中清遠地區單位采光面積產熱水量（50℃）為K=50L，冷水溫度t=10℃，當利用太陽能加熱至50℃時，所需屋面面積：S1=Qd×1000/K=2.15× 1000/50=43m2。

集熱器安裝傾角為40°，運動中心集熱器安裝方向為正南，面積補償比為95%，此時直接式集熱器面積為：Ar=AJR/95%=43/ 0.95≈46m2。

每塊集熱器集熱面積為2m2，則需要集熱器46/2=23塊。

1.6 設備選型

表3 設備選型綜合表

在環境溫度為10℃時，RBR-60F型號空氣源熱泵制熱水工況制熱量為58kW/h。

在環境溫度為10℃時，RBR-80F型號空氣源熱泵泳池工況制熱量為80kW/h。

考慮泳池系統熱泵機組在屋頂，過濾機房在地下室，熱泵循環泵需安裝于地下室，泳池熱泵機組獨立設置一套系統。

2 集中熱水方案經濟分析

2.1 設備造價分析（見表4～5）

2.2 運行費用計算

2.2.1 基礎參數

（1）運動中心使用60℃熱水量：21.5L/d；

（2）能源單價：電費1.0元/kWh，燃氣按4.85元/m3；

（3）能源熱值：電能860kcal/kWh，燃氣按9600kcal/m3；

（4）設備能效比：空氣源熱泵機組熱水COP4.2，游泳池COP5.0；鍋爐效率按85%。

2.2.2 熱負荷統計

表4設備選型對比表

表5 初期主設備投資費用差異對比表

表6 熱負荷統計表

運行費用計算：

（1）方案一：空氣源熱泵+太陽能聯合加熱系統運行費用：

①熱泵制熱水費用：

②熱泵泳池恒溫加熱費用：

③熱泵泳池初始加熱加熱費用：

④地板采暖費用：

⑤空氣源熱泵加熱系統每年費用合計：

13.9萬元+1.9萬元+0.43萬元+1.4萬=17.6萬元

（2）方案二：燃氣鍋爐運行費用

①燃氣鍋爐制熱水費用：

②燃氣鍋爐泳池恒溫加熱費用：

③燃氣鍋爐泳池初始加熱費用：

④地板采暖費用：

⑤燃氣鍋爐加熱系統每年制熱水費用合計：31.2+4.9+1.1+3.6=40.8萬元/年

（3）方案三：空氣源熱泵+太陽能聯合加熱系統運行費用：

①熱泵制熱水費用：

②熱泵泳池恒溫加熱費用：

③熱泵泳池初始加熱加熱費用：

④地板采暖費用：

⑤空氣源熱泵加熱系統每年費用合計：

14.5萬元+1.9萬元+0.4萬元+1.4萬=18.2萬元

2.2.3 運行費用對比

表7 運行費用對比表

方案一：空氣源熱泵+太陽能加熱系統：17.6萬元/年。

方案二：燃氣鍋爐加熱系統：40.8萬元/年。

方案三：空氣源熱泵加熱系統：19.0萬元/年。

空氣源熱泵+太陽能系統加熱比燃氣鍋爐加熱系統節省23.2萬元/年，比空氣源熱泵系統節省0.6萬元/年。

3 分析結論

（1）設備投資方案：方案一“空氣源熱泵加熱+太陽能”方案初期投資比方案二“燃氣鍋爐加熱”增加44萬元，比方案三“空氣源熱泵”節省6萬元。

（2）運行費用方案：方案一“空氣源熱泵加熱+太陽能”方案比方案二“燃氣鍋爐”加熱的年運行費用節省：23.2萬元/年，比方案三“空氣源熱泵”加熱增加費用：0.6萬元/年。

（3）通過以上的數據分析，從設備投資、運行費用和綠色建筑方面的綜合比較，結合本項目情況及長遠運行投資考慮，采用方案一“空氣源熱泵+太陽能”的集中熱水加熱方式經濟效益較高。

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TU822

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2015-8-15