賀小晚，程少飛

（機(jī)械工業(yè)第三設(shè)計(jì)研究院，重慶 400039）

1 項(xiàng)目熱水概況

重慶市某中學(xué)新校區(qū)4～7號樓為新建6層宿舍樓，其宿舍人員住宿情況如下：4號樓249個(gè)4人間、12個(gè)5人間；6號樓154個(gè)，5、7號樓各130個(gè)，均為4人間；定時(shí)提供熱水（基本為相對集中3h），按照III類宿舍熱水標(biāo)準(zhǔn)：50L/人·d。設(shè)計(jì)采用空氣源熱泵直接提供高溫?zé)崴劣盟c(diǎn)，冷水供應(yīng)直接取自市政給水。

2 熱水系統(tǒng)示意圖（圖1）

圖1 熱水系統(tǒng)示意圖

3 熱水設(shè)計(jì)簡要步驟

3.1 耗熱量計(jì)算

依據(jù) 《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（以下簡稱 《建水規(guī)》）GB50015-2003(09版)5.3.1.第3條：定時(shí)供應(yīng)熱水的宿舍（III、IV類）等建筑的集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量按下式計(jì)算：

計(jì)算結(jié)果分別為：

式中：Qh—設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量(kJ/h)；

qh—衛(wèi)生器具熱水的小時(shí)用水定額 (L/h)，按本規(guī)范表5.1.1-2采用240；

C—水的比熱，C=4.187(kJ/kg·℃)；

tr—熱水溫度(℃)，按本規(guī)范表5.1.1-2采用:40℃；

tl—冷水溫度(℃)，按本規(guī)范表5.1.4采用:7℃；

ρr—熱水密度 (kg/L)，設(shè)計(jì)取0.983 kg/L；

no—同類型衛(wèi)生器具數(shù)：（5#、7#130個(gè)、6#:154個(gè)、4#：249個(gè)）；

b—衛(wèi)生器具的同時(shí)使用百分?jǐn)?shù)：定時(shí)連續(xù)供水時(shí)間應(yīng)大于等于2h。學(xué)校等的浴室內(nèi)的淋浴器和洗臉盆均按100%計(jì)。但依照《建水規(guī)》3.6.6及其條文解釋：設(shè)有單獨(dú)衛(wèi)生間Ⅲ類宿舍，101～250個(gè)衛(wèi)生器具數(shù)同時(shí)使用系數(shù)可?。?5%～35%，設(shè)計(jì)取50%（注：考慮學(xué)校反應(yīng)淋浴的定時(shí)供應(yīng)集中性時(shí)間時(shí)而延長的因素，故適當(dāng)增大參數(shù)取值）。

3.2 設(shè)計(jì)小時(shí)熱水量計(jì)算(40℃)

式中：qrh—設(shè)計(jì)小時(shí)熱水量(L/h)；

Qh—設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量(kJ/h)；

tr—設(shè)計(jì)熱水溫度(℃)同上：40℃；

tl—設(shè)計(jì)冷水溫度(℃)同上：7℃。

計(jì)算結(jié)果分別為：

4#宿 舍 ：29.88m3/h；5#、7#宿 舍 ：15.60m3/h； 6#宿 舍 ：18.48m3/h。

3.3 空氣源熱泵選型及熱水箱確定

根據(jù)以上耗熱量、熱水量數(shù)據(jù)便于熱水方案的確定，熱水系統(tǒng)形式往往有多種選擇，但建設(shè)方經(jīng)考察后直接提議采用空氣源熱泵供熱水方案，所以在此也不再對其它熱水方案加以比較，以下直接介紹空氣源熱泵系統(tǒng)的選型等相關(guān)數(shù)據(jù)的確定。

3.3.1 空氣源熱泵工作原理

利用壓縮機(jī)驅(qū)動制冷工質(zhì)進(jìn)行逆卡諾循環(huán)，從室外空氣中吸收熱量產(chǎn)生高品質(zhì)的熱水，滿足人們生活、生產(chǎn)的需要。

3.3.2 熱泵供熱量計(jì)算

式中：Qg—熱泵設(shè)計(jì)小時(shí)供熱量 (kJ/h)；

qr—熱水用水定額（L/人·d 或 L/床·d ），按不高于本規(guī)范表5.1.1-1和表5.1.1-2中用水定額中下限取值，該工程取:50L/人·d；

m—用水計(jì)算單位數(shù)(人數(shù)或床位數(shù) )，設(shè)計(jì)取80%；該工程（4#：845床、5#、7#：416床、6#：493床）；

tr—熱水溫度，tr=55(℃)；

tl—冷水溫度，按本規(guī)范表5.1.4選用：7℃；

T1—熱泵機(jī)組設(shè)計(jì)工作時(shí)間（h/d），取12～20h；該工程取15.5h。

k1-安全系數(shù)，k1=1.05～1.10。 該工程取1.05。

根據(jù)以上公式計(jì)算結(jié)果，同時(shí)也參考廠家某工程設(shè)備運(yùn)行統(tǒng)計(jì)整理后數(shù)據(jù)計(jì)算結(jié)果，列如表1。

表1 熱泵供熱量計(jì)算結(jié)果

以上結(jié)果會出現(xiàn)一定偏差，為安全起見，且考慮到廠家產(chǎn)品長期運(yùn)行的狀態(tài)變化，對設(shè)備進(jìn)行以下選型和校核。

3.3.3 熱泵選型確定

選擇美的高溫直熱循環(huán)系列熱泵機(jī)組，型號為：RSJ-380/S-820-C、RSJ-200/S-540V-C兩種。

（1）冬季按照在環(huán)境溫度5℃下，機(jī)組熱量輸出為標(biāo)準(zhǔn)工況的80%，匯總?cè)绫?。

綜上所述：4#宿舍選擇 “RSJ-380/S-820-C”機(jī)組5臺，“RSJ-200/S-540V-C”1臺，配6組電輔熱（極端天氣下使用）；

6#宿舍選擇“RSJ-380/S-820-C”機(jī)組3臺；配3組電輔熱（極端天氣下使用）；

5#、7#宿舍選擇“RSJ-380/S-820-C”機(jī)組2臺，配3組電輔熱（極端天氣使用）；

則可以滿足冬季極端天氣下的用水需求。

（2）夏季熱泵工作時(shí)間校核

表2 機(jī)組選型一覽表

夏季氣溫28℃，進(jìn)水溫度20℃時(shí)機(jī)組運(yùn)行情況如下。

根據(jù)重慶氣候條件設(shè)定宿舍每人每天都淋浴，即同時(shí)使用系數(shù)為1時(shí)機(jī)組運(yùn)行情況：

4#樓熱水系統(tǒng)：Q4=CM△T=1Kcal/kg.℃×(1056x50)L×(55-20)℃=1848000Kcal；

6#樓熱水系統(tǒng)：Q5=CM△T=1Kcal/kg.℃×(616x50)L×(55-20)℃=1078000Kcal；

5#、7#熱水系統(tǒng)：Q5、7=CM△T=1Kcal/kg.℃×(520x50)L×(55-20)℃=910000Kcal。

機(jī)組工作時(shí)間：

W（RSJ-380/S-820-C機(jī)組制熱量），式中：N-機(jī)組臺數(shù)，滿足機(jī)組運(yùn)行條件。

3.3.4 貯熱水箱計(jì)算

依據(jù)《建水規(guī)》5.4.2.B第1條第6小項(xiàng)：定時(shí)熱水供應(yīng)系統(tǒng)的貯熱水箱（罐）的有效容積宜為定時(shí)供應(yīng)最大時(shí)段的全部熱水量；該工程按80%使用系數(shù)計(jì)算。

式中：qr參照規(guī)范表5.1.1-1III類宿舍取50(L/人·d)。

根據(jù)以上公式計(jì)算結(jié)果，同時(shí)也參考廠家數(shù)據(jù)，對比如表3。

表3 貯熱水箱計(jì)算結(jié)果

3.4 熱水系統(tǒng)及管網(wǎng)

3.4.1 第一（熱泵機(jī)組）循環(huán)泵流量

按照國標(biāo)圖集06SS127/8公式：

Qg—熱泵設(shè)計(jì)小時(shí)供熱量 (kW/h)；

△t-熱泵機(jī)組的進(jìn)出口溫差℃，一般取5℃；

K4—安全系數(shù)，可取k4=1.10；

根據(jù)以上公式計(jì)算結(jié)果，同時(shí)參考廠家計(jì)算結(jié)果，列如表4。

表4 第一（熱泵機(jī)組）循環(huán)泵流量

3.4.2 第一（熱泵機(jī)組）循環(huán)泵揚(yáng)程

依據(jù)《建水規(guī)》5.5.12公式

式中：Hxr—第一循環(huán)管的自然壓力值（Pa）；

△h—鍋爐或水加熱器中心與貯水器中心的標(biāo)高差（m）；

ρ1—貯水器回水的密度（kg/m3）；

ρ2—鍋爐或水加熱器出水的熱水密度（kg/m3）。

由公式6得5#、7#宿舍：Hxr=10x[(1.8-1.5)/2]x(986-983)=4.5（Pa）；

6#、4#宿舍因設(shè)備高度變化不大，故第一循環(huán)管的自然壓力值均參照以上結(jié)果，但根據(jù)產(chǎn)品要求，且客服機(jī)組內(nèi)部阻力：確定揚(yáng)程H≥10m。

3.4.3 增壓（第二循環(huán)）泵流量

（1）依據(jù)《建水規(guī)》3.6.6，宿舍（III、IV 類 ）生活給水管道的設(shè)計(jì)秒流量應(yīng)按下式計(jì)算：

式中：qg—計(jì)算管段的給水設(shè)計(jì)秒流量（L/s）；

qo—同類型的一個(gè)衛(wèi)生器具給水額定流量（L/s），該工程淋浴器：0.1 L/s；

No— 同類型衛(wèi)生器具數(shù)，5#、7#宿舍為130；

b—衛(wèi)生器具的同時(shí)給水百分?jǐn)?shù)，按本規(guī)范表 3.6.6-1～表3.6.6-3采用，并根據(jù)條文解釋確定為35%。

由（公式7）得5#、7#宿舍qg=4.55(L/S)=16.38m3/h。

（2）校核定時(shí)管網(wǎng)循環(huán)流量：依照《建水規(guī)》5.5.6，定時(shí)熱水供應(yīng)系統(tǒng)的熱水循環(huán)流量可按循環(huán)管網(wǎng)中的水每小時(shí)循環(huán)2～4次計(jì)算。

式中：V—具有循環(huán)作用的管網(wǎng)水容積（L），包括配水管網(wǎng)和回水管網(wǎng)的容積，不包括無回水管道的各管段和貯水器、加熱設(shè)備的容積。

計(jì)算得：V≌1.20m3，Qb≧1.2x4=4.8m3/h， 綜上得定時(shí)管網(wǎng)循環(huán)流量小于熱水增壓泵流量，故只要在水泵揚(yáng)程滿足的情況下，增壓泵可同時(shí)起循環(huán)和變頻供熱水的作用。

3.4.4 增壓（第二循環(huán)）泵揚(yáng)程

參照《技術(shù)措施》2009版：

式中：R—單位長度的水頭損失 （kPa/m）按照0.1～0.15 kPa/m估算；

L—自水加熱器至最不利點(diǎn)的供水管長（m）；

L’—自最不利點(diǎn)至水加熱器至回水管長（m）；

H2—水加熱器設(shè)備水頭損失（kPa），該工程考慮為80kPa。

4 結(jié)論

（1）通過以上參數(shù)的確定，基本上解決了宿舍熱水系統(tǒng)重要參數(shù)的確定，從熱水系統(tǒng)示意圖看，本次設(shè)計(jì)基本上采用同程循環(huán)，熱水使用更穩(wěn)定。

（2）進(jìn)一步加深了熱水設(shè)計(jì)體會。對規(guī)范的理解：冷、熱水規(guī)范對Ⅲ類宿舍衛(wèi)生器具同時(shí)使用百分?jǐn)?shù)前后有點(diǎn)不一致。熱水系統(tǒng)內(nèi)容很豐富及熱水新產(chǎn)品、新技術(shù)在不斷的產(chǎn)生，以后還需要花大量時(shí)間去學(xué)習(xí)。

[1]中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部.GB50015－2003（2009）建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京：人民出版社，2010.

[2]中國建筑設(shè)計(jì)研究院.節(jié)能系列圖集（合訂本）[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2007.

[3]中國建筑設(shè)計(jì)研究院.建筑給水排水設(shè)計(jì)手冊 （第2版）：上冊[S].北京：中國計(jì)劃出版社，2008.