黃均兆

(貴陽建筑勘察設計有限公司， 貴州貴陽 550001)

1　工程概況

某市養(yǎng)老院項目為改擴建項目，設計床位共440床，其中新建1#養(yǎng)護樓370床，原有養(yǎng)護樓改造70床。房屋綜合建筑面積按44.5 m2每床的建設標準執(zhí)行，其中直接用于老年人的入住服務，生活用房、衛(wèi)生保健用房、康復用房、娛樂用房、社會工作用房、行政用房、地下車庫、附屬用房等所占比例不應低于總建筑面積的75 %。

老年養(yǎng)護樓(新建)建筑面積為：23 416 m2，鍋爐房(改造)面積為：742 m2，垃圾處理(新建)面積為：36 m2，污水處理(新建)面積為：120 m2。本項目容積率1.08，建筑密度27.66 %，停車位151輛。

本工程新建建筑層數(shù)為7層，其中地下1層，地上6層，建筑高度為22.80 m，結構形式為框架結構； 抗震設防烈度為六度。為多層公共建筑，耐火等級為一級，工程設計使用年限為50年。負一層為設備用房、地下停車庫，一層為門廳、接待室、廚房、餐廳等，二層至五層為會見聊天室、居室、護士人員值班室、開水房、備餐間、護士工作室、浴室、文印室、檔案室等；六層為人員值班室、辦公室、會議室、資料室、檔案室、多功能廳、閱覽室、庫房等。

本項目所在地氣象條件：項目所在地屬典型的高原型濕潤亞熱帶季風氣候，雨量充沛，年平均降雨量1 360 mm，一月平均氣溫4.3 ℃，一月平均最高溫度7.6 ℃，一月平均最低溫度2.1 ℃，七月平均氣溫22 ℃，七月平均最高溫度26 ℃，七月平均最低溫度19.2 ℃，全年平均氣溫14 ℃，歷史最高氣溫34.3 ℃，最低氣溫-7.6 ℃，年平均相對濕度80 %，年平均風速2.4 m/s，冬無嚴寒，夏無酷暑，氣候溫和宜人。氣候的主要特點是涼爽、濕潤、清新、太陽輻射低。地處貴州高原苗嶺山脊線上，山谷風明顯，西南季風來自印度洋，夏季風多，無悶熱感，夏季平均風速2.5～3.0 m/s。

2　熱源選擇分析

該大樓設置集中熱水供應系統(tǒng)，全日供應熱水。主要熱水用水點為護理房的淋浴器、洗臉盆，一層的公共淋浴室、廚房。常用的生活熱水加熱方式有：電加熱、燃氣加熱、燃油加熱、太陽能加熱、熱泵、熱電廠余熱利用等。

2.1　電加熱器

電加熱制備熱水的優(yōu)點：干凈衛(wèi)生、安裝方便、能適應天氣變化，使用方便，溫度可自調(diào)；缺點：熱效率低、電能浪費大、運行費用較高，易結水垢，新型電熱水器內(nèi)置了陽極鎂棒除垢裝置，解決了容易結垢的問題，但陽極鎂棒需兩年更換一次，給保養(yǎng)帶來麻煩。

2.2　燃氣加熱器

天然氣加熱制備熱水(天然氣鍋爐)的優(yōu)點：

(1)燃氣鍋爐不需要煤灰堆放地,節(jié)省用地。

(2)節(jié)約鍋爐輔助生產(chǎn)用水。燃煤鍋爐和燃氣鍋爐正常生產(chǎn)用水相等,但燃氣鍋爐節(jié)約了燃煤鍋爐用來除塵、除渣等防塵的輔助用水。

(3)減少工作人員。燃氣鍋爐比燃煤鍋爐輔助設備少,所需工作人員少,負擔工資及福利費用就要少得多。

(4)節(jié)省鍋爐生產(chǎn)用電費用。燃氣鍋爐燃料輸送及其它輔助設備少,功率小,連續(xù)運行時間短,所以耗電量低,費用較省。

(5)降低勞動強度。燃煤鍋爐在煤的輸送、除渣過程中都需要高強度的體力勞動,而燃氣鍋爐工作人員勞動強度較小。

(6)燃氣鍋爐房布置靈活,占地面積少,產(chǎn)生的噪聲低。

(7)改善環(huán)境。燃煤鍋爐運行時產(chǎn)生大量煙塵,對環(huán)境造成很大污染,而天然氣為清潔能源,對環(huán)境有很大的改善。

(8)高效、環(huán)保是燃氣鍋爐的最大優(yōu)點，天然氣燃燒沒有雜質(zhì)，對鍋爐及相關配件沒有沒有損壞，鍋爐使用壽命長。

缺點：氣源投資大、運行成本高于燃煤。燃氣鍋爐使用是有條件限制的，只有有燃氣管道的地方才可以享用，而在不通燃氣的地方，是無法使用天然氣，另外一個缺點就是目前來說多數(shù)燃氣鍋爐對氮氧化合物的排放不可控。

2.3　燃油加熱器

燃油鍋爐的優(yōu)點：優(yōu)點是設備投資少。燃油燃燒迅速，而且不存在爐膛結焦問題，爐膛容積熱負荷較高，可比燃煤鍋爐高近一倍。缺點：燃油鍋爐油價高，導致使用成本高并且燃油的運輸、儲存的危險性高，易出現(xiàn)事故。目前油的價格過高，致使使用成本隨之上漲。

2.4　空氣源熱泵熱水器

空氣源熱泵熱水器是一種高效節(jié)能的制熱水設備，具有如下優(yōu)點：

(1)運行附加費較小，這是因為：

①熱泵裝置不需要燃料輸送費用和保管費、排渣運輸費等；

②檢修周期較長，因鍋爐設備與高溫煙氣接觸，構件極易受損；而熱泵系統(tǒng)只有兩個部件運動，磨損少，平時無需任何檢修。

③管理人員與勞動強度均可減少，節(jié)省工資開支。

(2)空氣源熱泵室外安裝，土建投資低，鍋爐房需增加機房土建投資。

(3)燃煤鍋爐房產(chǎn)生的廢氣、廢渣對周圍環(huán)境有影響，而空氣源熱泵對周圍環(huán)境影響小。

(4)運行直接費用(電費)一般比燃煤鍋爐大，這是熱泵的主要開支。

(5)熱泵初投資費用常大于鍋爐房設備。相同容量的制熱設備比鍋爐設備為貴。

(6)熱泵擁有大于1的能效，對能量的利用遠遠優(yōu)于其他方式的采暖方式。

缺點：空氣源熱泵的性能會隨室外氣候變化而變化。在我國北方室外空氣溫度低的地方，由于熱泵冬季供熱量不足，需設輔助加熱器?？諝庠礋岜迷诤涞貐^(qū)應用的可靠性差。在低溫環(huán)境下，空氣源熱泵的能效比(EER)會急速下降。

工程所在地一月平均氣溫4.3 ℃，年平均環(huán)境溫度14 ℃，建筑氣候分區(qū)屬溫和地區(qū)，適于采用空氣源熱泵，在一月室外氣溫低于5 ℃時，啟用輔助電加熱器作為備用熱源。通過上述熱源分析，結合本工程的實際特點，本工程選擇空氣源熱泵作為熱水供應系統(tǒng)的加熱熱源。

3　空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的設計

3.1　熱水用水量及熱量

根據(jù)相關設計規(guī)范取值(表1)：養(yǎng)老院熱水定額按60L/床.日計算，冷水計算溫度7℃，熱水計算溫度55℃。

表1　熱水用水量及熱量計算表

熱泵每天設計工作時間T1取14 h，可按下式計算熱泵機組設計小時平均秒供熱量:

Qg=24×k1Qd/T1

Qd=QrCρr(tr-tl)/(24×3600)

式中:Qg為熱泵機組設計小時平均秒供熱量(kW)；T1為熱泵機組設計工作時間 (h)；k1為安全系數(shù)，k1=1.05～1.10；Qd為最高日平均秒耗熱量(kW)；Qr為最高日熱水量(m3/d)；C為水的質(zhì)量熱容，C=4187(J/kg·℃)；ρr為熱水密度 (kg/L)；tr為熱水設計溫度 (℃)；tl為冷水設計溫度 (℃)。

可計算熱泵機組設計小時平均秒供熱量為241 kW，考慮到產(chǎn)品使用地區(qū)室外計算溫度修正系數(shù)0.9和機組融霜修正系數(shù)0.9，空氣源熱泵的名義制熱量取297 kW。選用模塊化空氣源熱泵機組FM-40Q(R)型，2臺，機組總制熱量332 kW，滿足計算要求。設置電輔助加熱器輸入功率2×50 kW，在冬天氣溫低于5 ℃時啟用。

根據(jù)國家標準GB/T 21362-2008《商業(yè)或工業(yè)用及類似用途的熱泵熱水機》：環(huán)境溫度20 ℃，進水溫度15 ℃，出水溫度55 ℃。熱泵機組制熱能力隨著冷水溫度的降低而略有增加，但是變化不明顯，隨著環(huán)境溫度的降低而顯著降低。對熱泵熱水系統(tǒng)的計算和機組選型應根據(jù)設置位置的最不利環(huán)境溫度校核。

3.2　熱泵熱水機組運行時間校核

本工程所在地最冷月(1月)室外平均氣溫4.3 ℃，1月進水最低溫度7 ℃，按此條件校核機組運行時間，熱泵此條件下的制熱能力為265 kW，則冬季每天運行時間為：58 t/d×1000 kg/t×4.185 kJ/(kg·℃)×(55-7)℃÷3 599.5 kJ/(kW·h) ÷265 kW=12.2 h/d，熱泵機組的設計工作時間根據(jù)用水規(guī)律、低溫熱源情況和系統(tǒng)經(jīng)濟性等因素綜合考慮，全日供水時，不大于20 h，所以校核的機組運行時間滿足規(guī)定要求。

4　空氣源熱泵熱水系統(tǒng)運行成本分析

空氣源熱泵熱水系統(tǒng)運行成本分析主要與燃氣鍋爐、燃油鍋爐、蓄熱式電鍋爐進行比較，蓄熱式電鍋爐是以電鍋爐為熱源，在用電低谷期利用低價位的電力生產(chǎn)熱水，儲存在熱水箱中，在電網(wǎng)高峰時段關閉電鍋爐，由熱水箱供應熱水，采用低谷電價計算。

空氣源熱泵熱水機組的能效比為3.77，成本分析的其他基礎數(shù)據(jù)如下：當?shù)厣虡I(yè)用電電價0.95元/(kW·h)，低谷電價0.5元/(kW·h)，燃燒值3599.5 kJ/(kW·h)；輕柴油6元/kg，燃燒值43 110.6 kJ/kg，天然氣3.6元/Nm3, 燃燒值33 484 kJ/Nm3。電鍋爐熱效率0.95；燃油鍋爐熱效率0.85；燃氣鍋爐熱效率0.8。

4.1　年運行費用分析

每年所需總熱量為：134 kW /d×365 d=48 910 kW，對于不同熱源的熱水系統(tǒng)：燃料年需求量=年總熱量÷燃料燃燒值÷熱效率，根據(jù)燃料單價計算出不同熱源的熱水系統(tǒng)的年運行費(表2)。

從表2可以看出，在相同條件下，空氣源熱泵熱水機組的年運行費(這里僅指燃料費用)最低，燃油鍋爐的年運行費最高，燃油鍋爐是其2.34倍?？諝庠礋岜脽崴桨概c常規(guī)燃料供熱水方案比較，節(jié)能效果顯著。

表2　不同熱源熱水系統(tǒng)年運行費計算

4.2　結論

空氣源熱泵熱水機組以空氣為低溫熱源，易受室外空氣溫度、濕度的影響，一般適用于長江流域以南地區(qū)的中小型熱水系統(tǒng)中。民用建筑集中熱水系統(tǒng)熱源的選擇必須根據(jù)工程建筑特點、當?shù)貧夂蚝腿剂瞎闆r綜合考慮確定，一般情況下，空氣源熱泵熱水系統(tǒng)是經(jīng)濟實用環(huán)保節(jié)能的優(yōu)先選擇熱源，在提倡綠色建筑和可持續(xù)發(fā)展的今天，空氣源熱泵熱水機組在建筑集中熱水系統(tǒng)中的應用值得大力推廣。