多熱源熱水系統設計探討

王 珅廣東省建筑設計研究院 廣東 廣州 510010

正文：

1 引言

在過去，高層酒店熱水系統設計基本上采用的都是用單一的熱源，即蒸汽鍋爐或者熱水鍋爐。近年來，伴隨著住建部連續出臺的相關綠色建筑的政策與通知，在酒店建設項目中越來越多的增加了太陽能、空氣源或水源熱泵、空調熱回收等環保型熱源。熱水系統的設計從單一熱源發展為多熱源。如何做到合理、高效、合理運行復雜的供熱系統，是給設計帶來的新挑戰。

2 熱源的選擇

目前使用最廣泛的有太陽能集熱器、空氣源熱泵或水源熱泵、空調余熱回收，熱水鍋爐或蒸汽鍋爐等。

從運行能耗成本上考慮，太陽能最低，空氣源或水源熱泵次之，鍋爐最高 。然而，從可靠性來看恰好相反 。下表對不同熱源的運行成本做了清楚的比較。

從上表可以看出：從運行成本來看，熱泵輔助加熱的太陽能熱水系統的加熱成本最低，僅為4.32元/噸；熱泵系統次之，為11元/噸。

從可靠性來看，太陽能熱源的工作狀況和時間、天氣、季節密切相關，并且還與所在地區的太陽能豐富程度有關，夏季陽光充足、用量很少時可以達到90℃以上，而冬季很難超過50℃，因此是一個不可靠、不穩定熱源。在全國大部分地區，除去夜晚、陰雨天等因素，太陽能正常工作時間不超過30%，即除了具有運行成本較低的優點之外，其缺點是既不可靠又不穩定；空氣源熱泵相對太陽能來說要可靠得多；空調余熱回收好處是節能效果最好，綜合能效比較高，在使用空調制冷的同時，零費用享用潔凈的衛生熱水。問題在于冬季如果空調制冷系統不使用，就沒有了熱源，因此適用于設置了中央空調系統且全年絕大部分時間都要制冷的南方地區。

五星級酒店用水存在用水舒適性、安全性、可靠性要求高的特點，為兼顧節水節能的要求。綜合以上各熱源特點分析以及《建筑給水排水設計規范》GB50015-2003（2009年版）5.2章規定：熱源的選擇順序為（1）利用工業余廢熱；（2）太陽能;（3）熱泵;（4）熱力管網;（5）區域性鍋爐房;（6）熱水機組。

3 設計實例舉例

酒店客房用水時間為24h，本單體設置的空調專業螺桿式冷水機組配置熱回收功能，生活熱水負荷約為2600KW，冬季空調冷負荷約為5800KW；且該地區冬季供熱時間較短，全年大部分供熱以生活熱水需求為主，因此酒店客房空調與生活熱水共用鍋爐，根據用水溫度，鍋爐采用雙出口鍋爐，節省機房占地的同時可以高效節能。故酒店客房熱水采用空調熱回收為主，鍋爐供熱為輔的供熱方式。

娛樂休閑區域熱水使用時間為早7：30至晚9：00。供熱主要為恒溫泳池及淋浴熱水，用水量變化小，為獨立單體，為避免熱水循環管路過長而導致不節能熱水系統單獨設置，采用以太陽能為主，空氣源熱泵加熱為輔的制熱系統。

3.1 酒店客房熱水系統設計：

系統通過調節電動三通閥容積式換熱器側的出水流量，保證三通閥容積式換熱器側出水溫度不低于設定值（如53℃）。根據氣候條件做出進行運行邏輯。

（1）3-11月份熱水系統運行說明：

酒店客房的生活熱水在3～11月份采用空調熱回收供熱，鍋爐供應熱水作為備用熱源（熱媒熱水供回水溫度為85/60℃），經過水-水換熱器進行換熱制取熱水?？照{熱回收的供熱量基本上能滿足該時段的客房生活熱水用水量。

用水高峰期時：熱回水管一部分和冷水匯合，一部分進入換熱器，和冷水管匯合后的水經過板換加熱。 當板換出水溫度達到設定溫度時（比如大于53度）三通閥向右放行，熱水進入交換器出水，此時基本沒有內部循環，因為是用水高峰期。此時，當冷水用量（亦為熱水用量）大于循環泵流量時，冷水一部分進板換進行熱交換加熱，一部分直接進入儲水罐和熱回水管匯合后進入交換器，運行如圖A。

圖A

當板換出水溫度未達到設定溫度時（比如小于53度）此時三通閥不向右放行，水向下走進行再次板換加熱，直到加熱到設定溫度三通閥放行右走，一般情況再次循環板換即能加熱到設定溫度，如果多次循環仍達不到設定溫度，是空調余熱溫度在下降，那么下降到儲水罐內溫度低于50度時關閉板換系統，開鍋爐加熱，運行如 圖B。達到出水溫度后路由和 圖A類似。

我院是一所三級甲等醫院,手術室有床位16張,護士75人,其中女性72人,男性3人,年齡在20歲-48歲,平均年齡(27.6±3.1)歲;大專學歷35人,本科學歷40人;護士40人,護師24人,主管護師10人,副主任護師1人。

圖B

用水低峰期時：此時冷水用量（亦為熱水用量）小于循環泵流量時，冷水全部進板換進行熱交換加熱，一部分熱回水也會從儲水罐下來和冷水匯合進行板換：板換將多余的水進行內部循環，以保證水溫的穩定：

圖C

（2）冬季及事故時：

板換系統關閉，采用鍋爐作為熱水第一循環熱源。供回水溫度：供回水溫度為60/50℃。鍋爐供回水溫度95/70℃，系統運行路由如下圖：

圖D

事故和板換、儲水罐檢修時，此時開鍋爐維持熱水供應，運行同上圖。

3.2 娛樂休閑區域的淋浴及泳池熱水系統設計：

（1）空氣源熱泵系統如何實現高效節能

對于空氣源熱泵為主，電輔助為輔的制熱系統，如何設計才能實現高效是關鍵。能效比越高，即越節能越省電。通常影響熱泵能效比的因素有以下4個：

A.根據空氣源熱泵工作曲線：空氣源熱泵的工作環境溫度和能效比直接相關，見圖一。即使環境溫度只增加5℃，在同樣的耗電量情況下，產熱水量也能增加10%-20%。

圖一

B.一般來說，初始水溫越低整體性能系數越高，如圖二所示，由15℃加熱到55℃整體性能系數為4.07，由35℃加熱到55℃整體能效比就降到3. 30，如果由45℃加熱到55℃，機組的能效比降到3.00，所以直接把冷水補進熱水水箱中混合成溫水后加熱，會降低機器能效，增加機組的電耗。

C.目標水溫：目標水溫設得低一些可以省電。無論是一次加熱式還是循環加熱式，一般來說，目標水溫越高，熱泵的能效比 越低，耗電量也越大。如右下圖所示，水溫由15℃加熱到35℃整體性能系數可以達到5.25，由15℃加熱到55℃整體性能系數就降到3.5。

D.設備的性能和品質和能效比有密切關系，因此要采用質量可靠的品牌和產品。

（2）系統的設置及運行控制

運行控制：

系統采用定時溫差強制循環。系統工作時間設定在7：30～19：00（可調），在工作時間內，當集熱器出水溫度T1比集熱器進水溫度T2高出7度時，太陽能循環泵啟動循環。當T1減T2＜2度時，太陽能循環泵停止工作；當恒溫水箱水溫T3低于42度時,熱泵啟動加熱,當恒溫水箱水溫T3達到55度時,熱泵停止加熱；當回水管水溫T4≤38度時，回水循環泵啟動；當T4＞42度時，回水循環泵關閉。制熱系統如下圖所示：

4 結語

多熱源聯合供熱就是在一個供熱系統中同時存在多個熱源共用一個管網，而且聯合運行時又不相互隔斷的供熱形式。在節能、環保、提高系統的供熱效率質量和運行安全可靠性等多個方面都充分發揮了其獨特的作用，正在日益受到大家的關注。只有合理的設計才能實現真正高效節能的目標，根據以上贅述，可得以下結論：

（1）利用太陽能及熱泵技術的多熱源熱水系統比傳統的單熱源熱水系統能耗成本可降低60%-70%;

（2）多熱源熱水系統設計比單熱源系統復雜的多，合理的邏輯控制設計是保

證系統工作效率的關鍵;

（3）空氣源熱泵的工作效率取決于工況設計，只有合理的設計才能實現高效節能的目標，否則會造成其工作效率低下。

（4）在進行熱水系統設計時，要根據實際情況（地區氣候、經濟型、節能要求、用水性質、熱源使用條件）的差異來選擇相應適合的熱源。