多热源热水系统设计探讨

多热源热水系统设计探讨

王珅

广东省建筑设计研究院

摘要：伴随着绿色建筑节能的理念越来越被重视，多热源的热水系统开始发展起来。多热源热水系统设计比单热源系统复杂的多，只有合理的设计才能实现高效节能的目标，否则会造成工作效率低下、压力波动而使用不适；另外，合理的逻辑控制设计也是保证系统工作效率的关键。鉴于此，本文根据设计实例，尝试在热源选择与运行方面做一些技术上的探讨，希望有助于促进解决这些问题。

关键词：热水系统太阳能空气源热泵空调余热回收

1引言

在过去，高层酒店热水系统设计基本上采用的都是用单一的热源，即蒸汽锅炉或者热水锅炉。近年来，伴随着住建部连续出台的相关绿色建筑的政策与通知，在酒店建设项目中越来越多的增加了太阳能、空气源或水源热泵、空调热回收等环保型热源。热水系统的设计从单一热源发展为多热源。如何做到合理、高效、合理运行复杂的供热系统，是给设计带来的新挑战。

2热源的选择

目前使用最广泛的有太阳能集热器、空气源热泵或水源热泵、空调余热回收，热水锅炉或蒸汽锅炉等。

从运行能耗成本上考虑，太阳能最低，空气源或水源热泵次之，锅炉最高。然而，从可靠性来看恰好相反。下表对不同热源的运行成本做了清楚的比较。

从上表可以看出：从运行成本来看，热泵辅助加热的太阳能热水系统的加热成本最低，仅为4.32元/吨；热泵系统次之，为11元/吨。

从可靠性来看，太阳能热源的工作状况和时间、天气、季节密切相关，并且还与所在地区的太阳能丰富程度有关，夏季阳光充足、用量很少时可以达到90℃以上，而冬季很难超过50℃，因此是一个不可靠、不稳定热源。在全国大部分地区，除去夜晚、阴雨天等因素，太阳能正常工作时间不超过30%，即除了具有运行成本较低的优点之外，其缺点是既不可靠又不稳定；空气源热泵相对太阳能来说要可靠得多；空调余热回收好处是节能效果最好，综合能效比较高，在使用空调制冷的同时，零费用享用洁净的卫生热水。问题在于冬季如果空调制冷系统不使用，就没有了热源，因此适用于设置了中央空调系统且全年绝大部分时间都要制冷的南方地区。

五星级酒店用水存在用水舒适性、安全性、可靠性要求高的特点，为兼顾节水节能的要求。综合以上各热源特点分析以及《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009年版）5.2章规定：热源的选择顺序为（1）利用工业余废热；（2）太阳能;（3）热泵;（4）热力管网;（5）区域性锅炉房;（6）热水机组。

3设计实例举例

在广东某五星级酒店设计时，结合该项目的客房及泳池用水性质、用水时间不同；安全可靠性客房要求极高；客房及娱乐休闲区域分设于不同单体；客房区域空调专业与给排水专业热负荷计算相当等等的特点。热水系统设置如下所述：

酒店客房用水时间为24h，本单体设置的空调专业螺杆式冷水机组配置热回收功能，生活热水负荷约为2600KW，冬季空调冷负荷约为5800KW；且该地区冬季供热时间较短，全年大部分供热以生活热水需求为主，因此酒店客房空调与生活热水共用锅炉，根据用水温度，锅炉采用双出口锅炉，节省机房占地的同时可以高效节能。故酒店客房热水采用空调热回收为主，锅炉供热为辅的供热方式。

娱乐休闲区域热水使用时间为早7：30至晚9:00。供热主要为恒温泳池及淋浴热水，用水量变化小，为独立单体，为避免热水循环管路过长而导致不节能热水系统单独设置，采用以太阳能为主，空气源热泵加热为辅的制热系统。

3.1酒店客房热水系统设计：

系统通过调节电动三通阀容积式换热器侧的出水流量，保证三通阀容积式换热器侧出水温度不低于设定值（如53℃）。根据气候条件做出进行运行逻辑。

（1）3-11月份热水系统运行说明：

酒店客房的生活热水在3~11月份采用空调热回收供热，锅炉供应热水作为备用热源（热媒热水供回水温度为85/60℃），经过水-水换热器进行换热制取热水。空调热回收的供热量基本上能满足该时段的客房生活热水用水量。

用水高峰期时：热回水管一部分和冷水汇合，一部分进入换热器，和冷水管汇合后的水经过板换加热。当板换出水温度达到设定温度时（比如大于53度）三通阀向右放行，热水进入交换器出水，此时基本没有内部循环，因为是用水高峰期。此时，当冷水用量（亦为热水用量）大于循环泵流量时，冷水一部分进板换进行热交换加热，一部分直接进入储水罐和热回水管汇合后进入交换器，运行如图A。

当板换出水温度未达到设定温度时（比如小于53度）此时三通阀不向右放行，水向下走进行再次板换加热，直到加热到设定温度三通阀放行右走，一般情况再次循环板换即能加热到设定温度，如果多次循环仍达不到设定温度，是空调余热温度在下降，那么下降到储水罐内温度低于50度时关闭板换系统，开锅炉加热，运行如图B。达到出水温度后路由和图A类似。

用水低峰期时：此时冷水用量（亦为热水用量）小于循环泵流量时，冷水全部进板换进行热交换加热，一部分热回水也会从储水罐下来和冷水汇合进行板换：板换将多余的水进行内部循环，以保证水温的稳定：

（2）冬季及事故时：

板换系统关闭，采用锅炉作为热水第一循环热源。供回水温度：供回水温度为60/50℃。锅炉供回水温度95/70℃，系统运行路由如下图：

B.一般来说，初始水温越低整体性能系数越高，如图二所示，由15℃加热到55℃整体性能系数为4.07，由35℃加热到55℃整体能效比就降到3.30，如果由45℃加热到55℃，机组的能效比降到3.00，所以直接把冷水补进热水水箱中混合成温水后加热，会降低机器能效，增加机组的电耗。

C.目标水温：目标水温设得低一些可以省电。无论是一次加热式还是循环加热式，一般来说，目标水温越高，热泵的能效比越低，耗电量也越大。如右下图所示，水温由15℃加热到35℃整体性能系数可以达到5.25，由15℃加热到55℃整体性能系数就降到3.5。

D.设备的性能和品质和能效比有密切关系，因此要采用质量可靠的品牌和产品。

（2）系统的设置及运行控制

运行控制：

系统采用定时温差强制循环。系统工作时间设定在7：30~19：00（可调），在工作时间内，当集热器出水温度T1比集热器进水温度T2高出7度时，太阳能循环泵启动循环。当T1减T2<2度时，太阳能循环泵停止工作；当恒温水箱水温T3低于42度时,热泵启动加热,当恒温水箱水温T3达到55度时,热泵停止加热；当回水管水温T4≤38度时，回水循环泵启动；当T4>42度时，回水循环泵关闭。制热系统如下图所示：

4结语

多热源联合供热就是在一个供热系统中同时存在多个热源共用一个管网，而且联合运行时又不相互隔断的供热形式。在节能、环保、提高系统的供热效率质量和运行安全可靠性等多个方面都充分发挥了其独特的作用，正在日益受到大家的关注。只有合理的设计才能实现真正高效节能的目标，根据以上赘述，可得以下结论:

（1）利用太阳能及热泵技术的多热源热水系统比传统的单热源热水系统能耗成本可降低60%-70%;

（2）多热源热水系统设计比单热源系统复杂的多，合理的逻辑控制设计是保

证系统工作效率的关键;

（3）空气源热泵的工作效率取决于工况设计，只有合理的设计才能实现高效节能的目标，否则会造成其工作效率低下。

（4）在进行热水系统设计时，要根据实际情况（地区气候、经济型、节能要求、用水性质、热源使用条件）的差异来选择相应适合的热源。

参考文献：

【1】贾苇，赵锂全国民用建筑工程设计技术措施：给水排水【M】.北京:中国计划出版社,2009.

【2】GB50015-2003（2009年版）,建筑给水排水设计规范.