空氣源熱泵熱水器貯熱水箱（罐）貯熱水容積計算方法的探討

苗樹祥

（中機(jī)中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

0 引言

空氣源熱泵熱水器，作為熱泵技術(shù)的一種，通過把空氣中的低溫?zé)崃课者M(jìn)來，經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮后轉(zhuǎn)化為高溫?zé)崮埽源藖砑訜崴疁兀哂懈咝Ч?jié)能、安全環(huán)保等特點(diǎn)，被廣泛運(yùn)用于學(xué)校、工廠車間宿舍、醫(yī)院等各種場所。對于空氣源熱泵熱水器中貯熱水箱（罐）貯熱水容積的計算，《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》（GB 50015—2003，2009年版，以下簡稱“建水規(guī)”）[1]中分別列出了全日制及定時熱水供應(yīng)系統(tǒng)貯熱水箱（罐）貯熱水容積的計算方法，但在工程實(shí)例中，會遇到全日制熱水供應(yīng)系統(tǒng)與定時熱水供應(yīng)系統(tǒng)共用一套熱水供應(yīng)系統(tǒng)，此時，規(guī)范并沒有給出相應(yīng)貯熱水箱（罐）貯熱水容積的計算方法，故本文通過具體的工程實(shí)例，在滿足規(guī)范，同時滿足熱水使用要求的前提下，分析探索出一種具體的貯熱水箱（罐）貯熱水容積計算方法，供設(shè)計人員參考選用。

1 工程概況

某工程為某戒毒所內(nèi)一棟宿舍樓，熱水供應(yīng)樓層為1—4層，其中1、2層為監(jiān)舍，每層32人，每層設(shè)置有集中淋浴間，每個淋浴間內(nèi)設(shè)置8個淋浴噴頭，采用定時熱水供應(yīng)系統(tǒng)，定時供應(yīng)時段為3h；3、4層為備勤室，每層56人，每個房間內(nèi)設(shè)置獨(dú)立的衛(wèi)生間，采用全日制熱水供應(yīng)系統(tǒng)。定時熱水供應(yīng)系統(tǒng)與全日制熱水供應(yīng)系統(tǒng)共用一套熱水供應(yīng)系統(tǒng)，為帶有電輔熱的空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)。

2 設(shè)計小時耗熱量

因該棟樓采用一套熱水系統(tǒng)供應(yīng)熱水，根據(jù)監(jiān)舍及備勤室采用不同的熱水供應(yīng)系統(tǒng)，故分別計算各自的設(shè)計小時耗熱量。

2.1備勤室設(shè)計小時耗熱量

備勤室采用全日制熱水供應(yīng)系統(tǒng)，根據(jù)衛(wèi)生間獨(dú)立使用情況，熱水定額取值可按Ⅱ類宿舍考慮，根據(jù)“建水規(guī)”5.3.1-1公式計算，得出設(shè)計小時耗熱量及小時熱水量，計算如表1所示。

表1 備勤室設(shè)計小時耗熱量及小時熱水量計算表

2.2監(jiān)舍設(shè)計小時耗熱量

監(jiān)舍采用定時熱水供應(yīng)系統(tǒng)，定時供應(yīng)時間為3h，根據(jù)“建水規(guī)”5.3.1-2公式計算，得出設(shè)計小時耗熱量及小時熱水量，計算如表2所示。

3 空氣源熱泵熱水機(jī)組設(shè)計小時供熱量

根據(jù)“建水規(guī)”5.4.2B-1公式，分別計算備勤室及監(jiān)舍各自的設(shè)計小時供熱量，如表3、表4所示。根據(jù)兩種系統(tǒng)的總設(shè)計小時供熱量選取設(shè)備，總設(shè)計小時供熱量應(yīng)為207958.72kJ/h，即為57.77kW。

表2 監(jiān)舍設(shè)計小時耗熱量及小時熱水量計算表

表3 備勤室設(shè)計小時供熱量

表4 監(jiān)舍設(shè)計小時供熱量

4 貯熱水箱（罐）貯熱水容積計算

由于全日制熱水供應(yīng)系統(tǒng)與定時熱水供應(yīng)系統(tǒng)的供熱水方式不同，貯熱水箱（罐）貯熱水容積的計算方法也不相同。對于全日制系統(tǒng)，可根據(jù)“建水規(guī)”公式5.4.2B-2進(jìn)行計算，但是對于定時系統(tǒng)，“建水規(guī)”中明確為“定時熱水供應(yīng)系統(tǒng)的貯熱水箱（罐）的有效容積宜為定時供應(yīng)最大時段的全部熱水量”。此“定時供應(yīng)最大時段”應(yīng)為定時供應(yīng)熱水系統(tǒng)中，規(guī)定的供應(yīng)熱水時間。

由于空氣源熱泵熱水器機(jī)組一次投資費(fèi)用較高，故系統(tǒng)一般都會設(shè)置貯熱水箱（罐），即設(shè)置儲存調(diào)節(jié)容積，適當(dāng)增大儲存調(diào)節(jié)容積，可選用較小機(jī)型的空氣源熱泵機(jī)組。故所選用的空氣源熱泵熱水器機(jī)組的設(shè)計小時供熱量可小于系統(tǒng)設(shè)計的小時耗熱量，在最不利情況下，即在用水高峰時段，由貯熱水箱（罐）中的貯熱量來彌補(bǔ)空氣源熱泵機(jī)組與設(shè)計小時耗熱量之間的差值，在這段用水高峰時段內(nèi)，設(shè)計小時熱水量由空氣源熱泵機(jī)組即時制備的熱水量與貯熱水箱中已貯備的熱水量兩者聯(lián)合供給。

根據(jù)“建水規(guī)”中公式5.4.2B-2中各式的含義（即公式1）可知，一般高峰期用水持續(xù)時間為2～4h。

式中：Vr為貯熱水箱（罐）總?cè)莘e（L）；k2為安全系數(shù)，取1.10；Qh為設(shè)計小時耗熱量（kJ/h）；Qg為設(shè)計小時供熱量（kJ/h）；T為設(shè)計小時耗熱量持續(xù)時間（h）；η為有效貯熱容積系數(shù)，取0.80；C為水的比熱，C=4.187（kJ/kg·℃）；tr為熱水溫度，tr=60（℃）；t1為冷水溫度，t1=7（℃）；ρr為熱水密度（kg/L）。

即對于全日制系統(tǒng)，貯熱水箱中總貯水容積為在高峰期用水持續(xù)時間內(nèi)，空氣源熱泵機(jī)組的供熱量與系統(tǒng)設(shè)計小時耗熱量的差值。

而規(guī)范中對于定時熱水供應(yīng)系統(tǒng)中貯熱水箱容積為最大時段的全部熱水量，是由于定時供應(yīng)系統(tǒng)為集中的全天某個時間段內(nèi)集中供水，此時，熱水需求量較高，若此時熱水量全部或大部分由空氣源熱泵機(jī)組供給，而其余非集中供熱水時段，空氣源熱泵機(jī)組閑置，不經(jīng)濟(jì)節(jié)能，故規(guī)范要求，此時，貯熱水箱需貯存最大時段的全部熱水量，在集中供應(yīng)時段，全部由貯熱水箱來提供熱水，非集中供水時段，則空氣源熱泵制備熱水，提前儲存在熱水箱內(nèi)。

故在該工程中，如需考慮全日制系統(tǒng)與定時系統(tǒng)共用同一系統(tǒng)供水，則必須根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)，確定全日制供水系統(tǒng)中不同類型用水場所的設(shè)計小時耗熱量持續(xù)時間，對比定時供應(yīng)系統(tǒng)中供應(yīng)時段，合理計算貯熱水箱容積。

在該工程中，因備勤室與監(jiān)舍為一個熱水系統(tǒng)運(yùn)行，而且考慮到備勤室為24h值班備勤制度，故在計算貯熱水箱容積時，可這樣考慮，在最不利情況下，定時供應(yīng)熱水時段時，恰好為全日制供應(yīng)峰值時間段，此時，貯熱水箱及空氣源熱泵需滿足全部耗熱量，還需保證定時系統(tǒng)中全部的熱水量，故根據(jù)“建水規(guī)”中公式5.4.2B-2中：

貯熱水箱容積計算公司中，Qh應(yīng)為全日制系統(tǒng)耗熱量，Qg為全日制系統(tǒng)選取機(jī)組供熱量，T應(yīng)為全日制供應(yīng)峰值時間段（該工程定為3h），由此計算得出的水箱容積，再加上定時供應(yīng)熱水的最大時段的全部熱水量，此時的水箱容積才能夠同時滿足全日制供應(yīng)系統(tǒng)及定時供應(yīng)系統(tǒng)的熱水量要求。

故由此計算得出貯熱水箱容積如表5所示。

表5 系統(tǒng)貯熱水箱容積

監(jiān)舍定時供應(yīng)熱水系統(tǒng)，其定時供應(yīng)最大時段的全部熱水量，應(yīng)取小時耗熱量的熱水量乘以持續(xù)時間。根據(jù)表2，其小時熱水量為7200L，則共需熱水21600L，故系統(tǒng)選取貯熱水箱容積應(yīng)為6846L+26168.8L=33014.8L，即為33.0 m3。

5 結(jié)語

通過對該工程熱水系統(tǒng)回訪結(jié)果顯示，在熱水系統(tǒng)運(yùn)營使用近一年的過程中，在定時供應(yīng)時間段內(nèi)，其熱水量能夠滿足使用要求，在全日制供應(yīng)時間段內(nèi)，水壓水量平穩(wěn)充足，基本滿足全部使用要求。

在設(shè)計空氣源熱泵熱水器系統(tǒng)時，必須合理計算貯熱水箱（罐）貯熱水容積，在滿足使用功能的前提下，使熱水系統(tǒng)更加經(jīng)濟(jì)、節(jié)能。

集水坑是否應(yīng)留置在基槽的邊角

建筑工程基礎(chǔ)施工時，施工單位為保證基槽不被積水浸泡，通常在建筑物四周挖排水溝。建筑物平面尺寸較小時，一般在基坑槽的四角留置集水坑；建筑物平面尺寸較大時，則根據(jù)需要在中間位置增加集水坑。雖然將集水坑留置在建筑物四周的做法便于收集基坑基槽內(nèi)積水、易于控制坡度以及易于貫徹技術(shù)交底，但是經(jīng)過一番推敲，不禁讓人思考，把集水坑留置在基坑槽的四個邊角是否妥當(dāng)?

基坑槽開挖現(xiàn)場條件較好時，一般采取放坡開挖的方式；如基礎(chǔ)較深，則根據(jù)地質(zhì)勘探報告提供的數(shù)據(jù)在土層間分步開挖，也就是說開挖的集水坑位置通常土方是超挖的。建筑物的四角，即開挖邊坡兩方向的交點(diǎn)位置，同時也是基坑槽邊坡土壓力突變的位置，是最容易出現(xiàn)隱患的地方。由于集水坑坑內(nèi)積水幾乎始終存在，所以一些施工單位會將集水坑的四周用水泥砂漿進(jìn)行加固，在底部澆筑墊層或鋪設(shè)石子。但一些單位開挖集水坑后，任由陽光暴曬、雨水沖刷，在下雨時集水坑排水管處甚至?xí)霈F(xiàn)漏水現(xiàn)象，對邊坡進(jìn)行沖刷。

綜合上述幾種原因，將集水坑留置在基坑槽的四個邊角位置有可能造成在集水坑上部位置出現(xiàn)兩個方向的邊坡相向塌方，造成嚴(yán)重事故。要從根本上解決這個問題，最簡單的方法是改變集水坑留置位置。將集水坑留置在距邊角不小于2m處的位置較為合適。這種設(shè)置方式避開了應(yīng)力集中的位置，保證了邊坡應(yīng)力集中位置處土方的穩(wěn)定性，且縮短了排水溝里水流輸送的距離，將以前由一個集水坑完成的工作，增至兩個集水坑共同擔(dān)負(fù)，有利于盡快將坑內(nèi)積水排放出去；同時由于集水坑距邊坡邊角約2m，為保證排水暢通，開挖排水溝時，邊角位置的排水溝可以挖得很淺，減少了對邊角土方的擾動，將安全隱患盡可能降低到最小。

這種做法雖增加了現(xiàn)場的勞動用工量，但是相對于土方邊坡的安全性，這樣的付出是十分值得的。

（摘自：《建筑工人》）