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文檔簡介
地源熱泵熱回收機(jī)組的設(shè)計(jì)選型及給排水技術(shù)措施
目前,地源熱泵受到了廣泛的關(guān)注,但由于缺乏大范圍的維護(hù),積累的數(shù)據(jù)較少,相關(guān)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)較少。作者將寧波當(dāng)前工程的設(shè)計(jì)、施工和維護(hù)相結(jié)合,探討了該新興技術(shù)的設(shè)計(jì)重點(diǎn)。1空調(diào)平衡性能地源熱泵的原理:通過熱媒熱水循環(huán)將熱回收型地源熱泵高溫機(jī)冷凝器中的熱量交換出來,再用間接換熱設(shè)備利用該熱媒熱水作為熱源對生活熱水進(jìn)行加熱,從而制備生活熱水,并完成了冷凝器的減焓降溫,為地源熱泵主機(jī)的循環(huán)創(chuàng)造條件。其往往作為空調(diào)設(shè)計(jì)中地源側(cè)熱平衡的技術(shù)措施,在生活熱水供應(yīng)方面有一定優(yōu)勢:運(yùn)行較節(jié)能;不用建鍋爐房;有利于協(xié)助空調(diào)系統(tǒng)地源側(cè)的熱平衡;受極端氣候的影響較少。同時(shí)它也有一定缺點(diǎn):受地質(zhì)條件的影響;對項(xiàng)目有一定的要求,應(yīng)用規(guī)模受限制;受地源側(cè)熱平衡的限制;受運(yùn)行方式的限制,最好是間歇運(yùn)行;水溫受限,地源熱泵高溫機(jī)冷凝器的供生活熱水的供/回水溫度一般為60℃/55℃,其結(jié)果是生活熱水的溫度最高只有55℃;增加了造價(jià),地埋管及地源側(cè)水循環(huán)水泵及運(yùn)行控制均增加了投資,且增加了地源側(cè)水循環(huán)所需的水泵電耗。2地源熱泵是生活熱水的水源設(shè)計(jì)的要點(diǎn)2.1地源熱泵機(jī)組的選擇2.1.1地源熱泵主機(jī)設(shè)備地源熱泵主機(jī)作為生活熱源時(shí),《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》(2009年版)(GB50015—2003)(以下簡稱《給排水規(guī)范》)第5.4.3條規(guī)定:“對于醫(yī)院熱水供應(yīng)系統(tǒng),其鍋爐或水加熱器不得少于2臺,并且,一臺檢修時(shí),其余各臺的水加熱能力不得小于設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量的50%?!币簿褪钦f,對于除醫(yī)院建筑以外的項(xiàng)目,地源熱泵主機(jī)供應(yīng)生活熱水時(shí),可以只設(shè)置一臺地源熱泵主機(jī);對于醫(yī)院建筑,綜合考慮投資、占地,工程中一般設(shè)置2臺,每臺的制熱能力均應(yīng)超過設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量的50%,在低負(fù)荷時(shí)系統(tǒng)自動(dòng)切換到一臺運(yùn)行,以便節(jié)能運(yùn)行。2.1.2高溫機(jī)的選用地源熱泵主機(jī)作為生活熱水熱源時(shí),應(yīng)選用高溫機(jī)組,市場上的高溫機(jī)組有多種,有的機(jī)組冷凝側(cè)高達(dá)80℃,似乎肯定能滿足提供60℃生活熱水所需的換熱要求,事實(shí)并非如此,如果設(shè)計(jì)中盲目按此機(jī)組高溫出水進(jìn)行換熱設(shè)計(jì),有可能造成工程失誤。按照《蒸氣壓縮循環(huán)水源高溫?zé)岜脵C(jī)組》(GB/T25861—2010)(以下簡稱《高溫機(jī)組》)的規(guī)定,高溫機(jī)組有如下4種類型:①H1型,使用側(cè)機(jī)組名義出水溫度為55℃;該使用側(cè)名義出水溫度對生活熱水系統(tǒng)來講就是循環(huán)熱媒經(jīng)過冷凝器加熱后達(dá)到的熱媒溫度。②H2型,使用側(cè)機(jī)組名義出水溫度為60℃。寧波大學(xué)建工學(xué)院閆成文教授提供的寧波大學(xué)建工樓西側(cè)的四個(gè)測溫主井的冬季平均土壤地溫見表3。上述各深度土壤的平均溫度為21.0℃,也就是說高溫機(jī)在正常運(yùn)行下合理選用型式為H1型,其次為H2型,不適合選用H3及H4型。即,在寧波市的類型地質(zhì)條件下,如果為了提供提高生活熱水的溫度,單純要求高溫機(jī)的使用側(cè)提供70℃或80℃熱水是不合理的。從另一方面來說,《給排水規(guī)范》第5.1.5條要求生活熱水系統(tǒng)配水點(diǎn)的最低水溫為50℃,在H2型高溫機(jī)組的使用側(cè)出水60℃的條件下,經(jīng)過板換熱后的生活熱水最高可達(dá)55℃,才可保證配水點(diǎn)的最低水溫50℃的要求。為此,選用使用側(cè)出水55℃的H1型高溫機(jī)組不能滿足規(guī)范的生活熱水水溫要求。所以,在上述典型的寧波地區(qū)地質(zhì)條件下,如果用地源熱泵高溫機(jī)作為唯一的生活熱水熱源,只能選擇H2型高溫機(jī),當(dāng)然,選擇H2型比H1型的制熱性能系數(shù)COP值略有下降,因?yàn)?提高冷凝器的出水水溫將降低冷凝器的排熱效果。有人會(huì)問,H1型高溫機(jī)的出水水溫也有55℃,直接作為生活熱水用、不用板換進(jìn)行熱交換是否可以?答案是否定的,原因有二:①在高溫機(jī)冷凝器及板換之間循環(huán)的一次水是經(jīng)過軟化的,是一個(gè)閉式系統(tǒng),即使還有一部分殘留硬度也是有限的,使得冷凝器在55℃的水側(cè)溫度條件下能做到水側(cè)污垢系數(shù)接近于0m2·K/kW的名義工況條件;如果自來水直接進(jìn)入高溫機(jī)的冷凝器,將使得冷凝器在55℃的水側(cè)溫度條件下產(chǎn)生結(jié)垢,降低換熱效果,從而降低生活熱水側(cè)出口水溫,且影響冷凝器的排熱效果,進(jìn)而影響機(jī)組的COP值。2.2地源熱泵機(jī)的生活熱水裝置的設(shè)計(jì)2.2.1板式換熱器板換《給排水規(guī)范》中并沒有推薦與地源熱泵機(jī)組配套的生活熱水換熱器型式,在《全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施:給水排水》(2009年版)(以下簡稱《技術(shù)措施》)第6.8.3條中,對熱泵制備生活熱水的常用系統(tǒng)圖示均為板式換熱器(簡稱板換)。實(shí)際上,目前工程中該類換熱器大多為板換,筆者認(rèn)為理由如下:①板換傳熱系數(shù)大,換熱設(shè)備占地面積小。換熱效率比傳統(tǒng)管式換熱器高2~4倍,一般板式換熱器的傳熱系數(shù)K值在3000~6000W/(m2·℃)范圍內(nèi),有些進(jìn)口品牌板換K值可達(dá)7000~8000W/(m2·℃)。另外,《給排水規(guī)范》第5.4.3條規(guī)定:醫(yī)院建筑不得采用有滯水區(qū)的容積式水加熱器,也就是說,醫(yī)院建筑可采用無滯水區(qū)的板換進(jìn)行換熱。綜合以上考慮,筆者推薦在常規(guī)的地源熱泵高溫機(jī)制備生活熱水時(shí)采用板換作為換熱器。2.2.2根據(jù)按技術(shù)措施確定地源熱泵集料的數(shù)量,計(jì)算熱泵機(jī)組的水供熱筆者認(rèn)為,板換的計(jì)算包括三個(gè)方面:過流量計(jì)算、面積計(jì)算、水力損失計(jì)算。《給排水規(guī)范》及《技術(shù)措施》中均只列出了換熱器的面積計(jì)算,筆者認(rèn)為這樣做是不全面的,甚至還誤導(dǎo)設(shè)計(jì)人員,似乎只要面積夠了就行。實(shí)際上,這三個(gè)方面互相聯(lián)系并且均對最終的換熱量有影響。①板換的面積計(jì)算板換的理論面積F理計(jì)算基于下式:《給排水規(guī)范》及《技術(shù)措施》在式(2)的基礎(chǔ)上均附加了熱損失系數(shù)Cr及水垢系數(shù)ε后形成了工程中的水加熱器面積F的計(jì)算公式。《給排水規(guī)范》第5.4.6條的水加熱器面積Fjr計(jì)算公式為:代入給定的單位、熱損失系數(shù)及水垢系數(shù)后:《技術(shù)措施》第6.8.4條專門針對水源熱泵列出了相關(guān)設(shè)計(jì)計(jì)算公式,在該條第6款板換配貯熱水箱(罐)情況下的板換水加熱器面積F計(jì)算公式:代入公式中給定的單位、影響傳熱效果的系數(shù)ε2(0.7~0.9)后為:對比式(4)和(6),可以發(fā)現(xiàn),《給排水規(guī)范》與《技術(shù)措施》在計(jì)算板換面積時(shí)結(jié)果明顯不一致,《技術(shù)措施》的計(jì)算公式明顯不符合常規(guī),工程實(shí)踐中實(shí)際的換熱面積肯定要大于理論值,在式(6)中代入單位就可知問題出在哪兒:公式中不應(yīng)該除以用于轉(zhuǎn)換單位的系數(shù)3.6。實(shí)際上,《技術(shù)措施》第6.8.4條第6款計(jì)算板換面積的公式是畫蛇添足,它將誤導(dǎo)設(shè)計(jì)計(jì)算,影響換熱效果,其結(jié)果不僅影響用戶生活熱水的穩(wěn)定供應(yīng),還將使熱泵機(jī)組因?yàn)椴荒芗皶r(shí)地把冷凝器處的熱量換走而影響壓縮機(jī)的循環(huán),從而使得主機(jī)很易進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。同樣地,《技術(shù)措施》第6.8.4條第4款用于計(jì)算熱泵機(jī)組前預(yù)換熱的換熱面積計(jì)算公式亦有誤,它也一樣錯(cuò)誤地多除了3.6。筆者認(rèn)為,在《技術(shù)措施》第6.6.5條第1款(盡管不針對板換)中已明確列出通用的水加熱器的計(jì)算公式,且與《給排水規(guī)范》中公式及單位相一致,可以用于板換的面積計(jì)算。筆者建議廣大設(shè)計(jì)人員,如果一定要用《技術(shù)措施》第6.8.4條第6款計(jì)算板換面積的話,就不要除以3.6,如果不除以3.6,其計(jì)算值為(1.11~1.64)F理,與式(4)的計(jì)算結(jié)果近似。②板換的過流量與水力損失計(jì)算為便于說明問題,以典型的地源熱泵供生活熱水的系統(tǒng)(見圖1)為例說明。筆者認(rèn)為,板換的過流量計(jì)算、水力損失計(jì)算是面積計(jì)算之后必須進(jìn)行的另外二個(gè)計(jì)算。如果說板換面積計(jì)算的是換熱設(shè)備的換熱能力,那么,板換的過流量計(jì)算及水力損失計(jì)算的是能提供給板換的供熱量,如不考慮板換處的能量損失,板換的換熱量Q換等于提供給板換的供熱量Q供。即:考慮到板換處的能量損失,Q供應(yīng)略大于Q換,實(shí)際上,在式(3)中已提到了供熱量與板換面積的關(guān)系,但是,水專業(yè)設(shè)計(jì)人員往往把該值當(dāng)作一個(gè)定值,由地源熱泵高溫機(jī)提供,它在連續(xù)取熱條件下隨著土壤地溫的下降而有所衰減。從前面的分析可以看出,室外地源側(cè)由循環(huán)水泵提供給地源熱泵高溫機(jī)組,經(jīng)過地源熱泵機(jī)組的能量提升,在地源熱泵機(jī)組冷凝器處向外換熱生產(chǎn)出一次側(cè)熱水(以下簡稱“熱媒”),一次側(cè)熱水再通過循環(huán)水泵由水-水板式熱交換器置換出二次側(cè)生活熱水??梢?一次側(cè)有二次用到式(7),而二次側(cè)有一次用到式(7),圖1也反映了這一換熱過程。如果K·F·ΔT反映的是換熱能力,則G·C·ΔT反映的則是可提供的換熱量(對熱媒而言)及換熱量變化的結(jié)果(對二次側(cè)生活熱水而言)。也就是說,板換的面積計(jì)算公式重點(diǎn)計(jì)算的是換熱能力,而熱媒可提供的換熱量G熱媒·C·ΔT熱媒及換熱量變化的結(jié)果G熱水·C·ΔT熱水也是計(jì)算的核心。下面分別對這二個(gè)熱量計(jì)算展開討論。①熱媒可提供的換熱量Q熱媒對于地源熱泵高溫機(jī)組,在設(shè)計(jì)流經(jīng)冷凝器的循環(huán)水量及溫差時(shí)一般按產(chǎn)品要求的流量及溫差。實(shí)際上,在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)流量下,隨著二次側(cè)貯熱水罐中的水溫的升高至接近設(shè)計(jì)水溫55℃,熱媒熱水流經(jīng)冷凝器及板換時(shí)溫差是逐步減小的,只有在初始水溫的加熱條件下該溫差才是產(chǎn)品標(biāo)注的5℃,為方便計(jì)算,筆者認(rèn)為,在設(shè)計(jì)時(shí)一般選用高溫機(jī)熱回收冷凝器產(chǎn)品標(biāo)注的流量及5℃溫差進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)算。如,產(chǎn)品一,某品牌地源熱泵高溫機(jī)組在全熱回收狀態(tài)下制備生活熱水時(shí)的名義工況為:一次側(cè)進(jìn)出熱回收冷凝器的熱水進(jìn)出口溫度分別為50℃/55℃,在全熱回收量1280kW情況下,其水流量為220.2m3/h,水阻力為67.4kPa;地源側(cè)進(jìn)出口溫度分別為15℃/6℃;產(chǎn)品二,另一品牌地源熱泵高溫機(jī)組在全熱回收狀態(tài)下制備生活熱水時(shí)的名義工況為:一次側(cè)進(jìn)出熱回收冷凝器的熱水進(jìn)出口溫度分別為60℃/65℃,在全熱回收量1205kW情況下,其水流量為207m3/h,水阻力為120kPa;地源側(cè)進(jìn)出口溫度分別為15℃/6℃。在計(jì)算溫差為5℃的情況下,換熱量是一次側(cè)的流量的一次線性關(guān)系,一般設(shè)計(jì)人員直接按產(chǎn)品樣本規(guī)定的流量進(jìn)行一次側(cè)循環(huán)水泵的流量選型,但運(yùn)行時(shí)是否就是該流量?為便于調(diào)試、運(yùn)行管理及查找問題,筆者設(shè)計(jì)中在一次側(cè)循環(huán)水泵至冷凝器處增設(shè)了遠(yuǎn)傳電子流量計(jì),以便記錄及實(shí)地查看運(yùn)行時(shí)的流量情況,同樣,在二次側(cè)也設(shè)置了類似的流量計(jì),分別見圖1中的設(shè)備2及設(shè)備5。這里順便提一句,圖1中各換熱設(shè)備前后均裝有的溫度計(jì)、壓力表不是重復(fù)裝,是機(jī)房內(nèi)現(xiàn)場管線關(guān)系復(fù)雜,就地設(shè)表易現(xiàn)場查找分析問題,并方便將來管理。為了弄清水泵運(yùn)行時(shí)的流量與設(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)時(shí)選定的流量之間的變化關(guān)系,筆者先按前述產(chǎn)品一的要求預(yù)選循環(huán)水泵:流量為220.2m3/h,冷凝器處水流阻力為67.4kPa,根據(jù)項(xiàng)目特點(diǎn)按常規(guī)預(yù)設(shè)一次側(cè)過板換處水流阻力為40kPa(一般為30~50kPa)、管路沿程損失10kPa、閥門及止回閥處局部阻力30kPa、水泵自身阻力10kPa、彎頭處局部水頭損失5kPa,上述水頭損失合計(jì)為162.4kPa,乘以1.1的系數(shù)選泵,則預(yù)選泵為流量220.2m3/h、揚(yáng)程18m(180kPa)。按該條件選某品牌泵200-250型,Q=230m3/h,H=18.7m,η=78%,其產(chǎn)品樣本上的性能曲線見圖2??梢?當(dāng)水泵的揚(yáng)程由設(shè)計(jì)工況點(diǎn)18.7m增加至22.2m時(shí),水泵的流量由230m3/h降為75m3/h,僅為設(shè)計(jì)工況點(diǎn)流量值的1/3,從式(8)可知,一次側(cè)熱媒可提供的熱量隨流量的下降而下降,約為設(shè)計(jì)值的1/3,下降非常明顯。反之,當(dāng)系統(tǒng)阻力值減小時(shí),在性能曲線上流量會(huì)向增加方向移動(dòng)。那么,哪些因素將導(dǎo)致一次側(cè)系統(tǒng)的阻力變化,從而導(dǎo)致水泵的揚(yáng)程發(fā)生相應(yīng)的變化呢?從圖1可見,主要是下面4類:a.冷凝器處水頭損失h1;b.一次側(cè)板換處水頭損失h2;c.管路沿程水頭損失h3;d.閥門、止回閥、水泵、彎頭等處局部水頭損失h4。在工程設(shè)計(jì)中,設(shè)計(jì)人員按高溫機(jī)全熱回收冷凝器處的流量設(shè)計(jì),其水頭損失h1一般可以在產(chǎn)品樣本中查出;在該流量下進(jìn)行選泵,其管路設(shè)計(jì)流速一般不超過1.2m/s,在該狀態(tài)下,管道的沿程水頭損失h3及管路彎頭等處局部水頭損失h4可以方便、準(zhǔn)確算出;就剩下一次側(cè)板換處水頭損失h2設(shè)計(jì)人員只能按常規(guī)估算,一般為30~50kPa;但問題往往就出在板換的局部水頭損失估算處。我們知道,板換的局部水頭損失h2的計(jì)算滿足下式:由式(9)可以看出,阻力值與流速平方成正比。對于某品牌板換,其推薦流速的上限值為0.8m/s時(shí)板換的局部水頭損失h2設(shè)計(jì)值為3m(一般將該條件下值作為基本值),則可近似計(jì)算出流速v增大情況下的板換局部水頭損失h2的變化(見表4)。由表4可見,板換流速增大至2m/s時(shí),板換處的局部水頭損失h2高達(dá)18.8m,如果再考慮冷凝器處水頭損失h1(約3~5m)、管路沿程水頭損失h3(約1~2m)和管路彎頭、止回閥、異徑管、閘閥等處局部水頭損失h4(約3~4m),則有可能使一次側(cè)閉式環(huán)路總的損失超過25m,則在圖2中根本找不到水泵的工作點(diǎn),此時(shí)只能換泵,這是在調(diào)試能發(fā)現(xiàn)問題的狀態(tài)下還是可以解決的,但如果設(shè)計(jì)人員根本沒在圖1環(huán)路中的板換進(jìn)出口處分別裝設(shè)壓力表,也沒有裝設(shè)流量表,則設(shè)計(jì)、安裝、管理人員根本不知道水泵偏離了工作點(diǎn),流量大幅下降,從而導(dǎo)致?lián)Q熱量下降,則有可能嚴(yán)重影響用戶的熱水使用。筆者建議,在經(jīng)過計(jì)算后,一次側(cè)循環(huán)水泵的揚(yáng)程應(yīng)控制在20m以內(nèi)。大家知道,板換中的流速是一個(gè)變數(shù),與流道數(shù)有關(guān),且沿水平方向亦在變化,怎樣去衡量其流速值呢,筆者在工程調(diào)試中總結(jié)認(rèn)為:以板換產(chǎn)品提供的進(jìn)出口處管徑核算出流速,參照表4中的“流速-水頭損失表”或根據(jù)式(9)推算出板換處的局部水頭損失,其結(jié)果與工程調(diào)試結(jié)果基本接近。當(dāng)然,不同的產(chǎn)品在0.8m/s時(shí)的基本水頭損失有微小變化,計(jì)算中h2可以近似取為3m。對于板換接口流速小于0.8m/s的情況,工程中h2亦取為3m。另外,表4中之所以只列出上限流速2m/s,因?yàn)?在大于2m/s條件下工程中一次側(cè)的水泵揚(yáng)程如果超過25m,則地源熱泵生活熱水的系統(tǒng)設(shè)計(jì)有問題,不僅循環(huán)泵浪費(fèi)電力能源,而且地源熱泵的節(jié)能性也要打折扣。所以,工程中板換接口處的流速上限建議最多為1.5m/s。筆者建議,工程中一次側(cè)循環(huán)管路計(jì)算總水頭損失最好不要超過20m。在這里,筆者提醒設(shè)計(jì)人員,關(guān)于板換處的阻力不要完全依賴于廠家的模擬計(jì)算結(jié)果,幾年前筆者曾碰到一個(gè)項(xiàng)目,設(shè)計(jì)板換進(jìn)出口接管管徑為DN200(設(shè)計(jì)流量為178m3/h),后安裝單位采購時(shí)經(jīng)廠家核算,廠家按設(shè)計(jì)流量、設(shè)計(jì)換熱面積用專業(yè)軟件計(jì)算后用DN100接口的板換且局部水頭損失僅為7.8m,筆者曾對此表示懷疑,但對于國外軟件的計(jì)算模擬原理及軟件模擬過程不了解且不同的板換局部阻力系數(shù)不相同,不能貿(mào)然否定其計(jì)算結(jié)果,為保險(xiǎn)起見,把循環(huán)水泵的揚(yáng)程加了10m,且換成性能曲線較陡的水泵。但安裝完成后運(yùn)行調(diào)試時(shí),該板換的進(jìn)出口顯示的局部阻力達(dá)17m,是廠家模擬計(jì)算結(jié)果的兩倍多,這一實(shí)測結(jié)果與表4中的計(jì)算結(jié)果較符??梢?一次側(cè)可以提供的換熱量決定于通過高溫機(jī)冷凝器及板板的循環(huán)水量,而該水量又決定于循環(huán)水泵的性能及管路的水力計(jì)算。②二次側(cè)換熱量變化的結(jié)果Q熱水計(jì)算前面講述了熱媒可提供的換熱量G熱媒·C·ΔT熱媒,但如果一次側(cè)熱媒提供的熱量足夠了,但沒有足夠的二次側(cè)熱水帶走熱量,則同樣影響一次側(cè)的熱量提供,也會(huì)影響用戶的供熱量,所以二次側(cè)的獲得熱量變化結(jié)果計(jì)算也應(yīng)引起設(shè)計(jì)人員的重視。二次側(cè)流量及水頭損失計(jì)算要求基本同一次側(cè),水頭損失對流量及熱量的影響前面已深入分析,這里就不展開了。根據(jù)筆者的工程經(jīng)驗(yàn),二次側(cè)的循環(huán)水泵流量一般接近一次側(cè)循環(huán)泵流量;其揚(yáng)程應(yīng)經(jīng)計(jì)算確定,如果貯熱水罐接口流速為1m/s、高溫機(jī)冷凝器處阻力為70kPa,二次側(cè)循環(huán)泵揚(yáng)程一般比一次側(cè)循環(huán)泵揚(yáng)程少7m左右(具體以高溫機(jī)組標(biāo)定的流量狀態(tài)下的冷凝器處阻力為準(zhǔn))。所以,板換的計(jì)算在給定溫差條件下應(yīng)由換熱面積、過流量、局部阻力計(jì)算三大部分組成,缺一不可。在設(shè)計(jì)文件中,設(shè)計(jì)人員由于選定了循環(huán)水泵,應(yīng)規(guī)定板換的傳熱系數(shù)、換熱面積、流量、局部阻力,否則就是一個(gè)不完整的設(shè)計(jì)。另外,設(shè)計(jì)選泵時(shí)最好選用性能曲線向上凹的水泵,因?yàn)檫@類水泵的流量隨揚(yáng)程的變化相對沒那么敏感,揚(yáng)程增大后流量下降沒那么多。2.3家庭熱水儲(chǔ)熱設(shè)備的設(shè)計(jì)2.3.1帶滯水區(qū)的容積式水加熱器再一次考慮《給排水規(guī)范》第5.4.3條“醫(yī)院建筑不得采用有滯水區(qū)的容積式水加熱器。”按其條文解釋:“醫(yī)院建筑不得采用有滯水區(qū)的容積式水加熱器,因?yàn)獒t(yī)院是各種致病細(xì)菌滋生繁殖最適宜的地方,帶有滯水區(qū)的容積式水加熱器,其滯水區(qū)的水溫一般在20~30℃之間,是細(xì)菌繁殖生長最適宜的環(huán)境,國外早已有從這種帶滯水區(qū)的容積式水加熱器中發(fā)現(xiàn)過軍團(tuán)菌等致人體生命危險(xiǎn)病菌的報(bào)導(dǎo)?!币蚨?對醫(yī)院生活熱水的貯熱設(shè)備設(shè)計(jì)選型時(shí),應(yīng)重視避免產(chǎn)生滯水區(qū),一般立式貯熱水罐合理布置水流流向,即可實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn),即:貯熱水罐的上部循環(huán)至板換加熱后,再回至貯熱水罐的下部,從而對貯熱水罐進(jìn)行合理的擾動(dòng),另外,至用水點(diǎn)的熱水出水管接口應(yīng)從罐的上部接出也是保證較高溫度的熱水及時(shí)進(jìn)入管網(wǎng)的基本要求,同時(shí),用戶側(cè)循環(huán)回水及冷水補(bǔ)水應(yīng)從貯熱水罐的下部進(jìn)入。2.3.2計(jì)算結(jié)果以將發(fā)揮官墻密度作用《給排水規(guī)范》第5.4.2B條第6款規(guī)定,水源熱泵熱水供應(yīng)系統(tǒng)應(yīng)設(shè)置貯熱水箱(罐),熱水密度按55℃時(shí)為0.9857kg/L計(jì)算,立式罐,其貯熱水有效容積為:從式(11)可以看出,按照小時(shí)耗熱量Qh與小時(shí)供熱量Qg的大小關(guān)系,計(jì)算貯熱設(shè)備的有效容積要分二種情況:小時(shí)耗熱量Qh大于小時(shí)供熱量Qg;小時(shí)供熱量Qg大于小時(shí)耗熱量Qh。不同高溫機(jī)的實(shí)時(shí)熱水量的計(jì)算公式在這種情況下,直接套用式(11)即可計(jì)算出貯熱設(shè)備的容積,但有二個(gè)問題:第一,小時(shí)供熱量Qg隨著地下?lián)Q熱條件的改變而改變。在冬季低溫條件下從同一區(qū)域連續(xù)取熱會(huì)隨土壤熱環(huán)境的恢復(fù)變慢而影響地源側(cè)的取熱,從而影響高溫機(jī)的熱水出水溫度及制熱能力。也就是說,在前述條件下,高溫機(jī)的小時(shí)供熱量Qg會(huì)有一個(gè)衰減,這個(gè)衰減在從運(yùn)行的一整天直到一整個(gè)采暖季都在發(fā)生,在土壤側(cè)地溫恢復(fù)不到理想狀態(tài)下,從理論上講,這個(gè)衰減在連續(xù)取熱的采暖季末期會(huì)更嚴(yán)重。第二,設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量狀態(tài)下的持續(xù)時(shí)間T無法確定,即使是一個(gè)具體的樓宇管理人員,也只能告訴設(shè)計(jì)人員熱水連續(xù)使用幾個(gè)小時(shí),無法告知是否處于設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量狀態(tài)。筆者前幾年曾設(shè)計(jì)的幾個(gè)醫(yī)院工程中,其生活熱水的使用均是定時(shí)開啟一段時(shí)間后停止供應(yīng)熱水,按規(guī)范規(guī)定,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,該熱水量怎樣計(jì)算?規(guī)范沒有明確規(guī)定??梢?對于地源熱泵高溫機(jī)供生活熱水的情況而言,當(dāng)高溫機(jī)的小時(shí)供熱量Qg小于小時(shí)耗熱量Qh時(shí),盡管規(guī)范給出了一個(gè)很明確的計(jì)算公式,但實(shí)際操作中很難使用其計(jì)算出一個(gè)具體的貯熱水罐容積。所以,筆者建議,地源熱泵高溫機(jī)作為生活熱水熱源設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)盡量避免出現(xiàn)高溫機(jī)的小時(shí)供熱量Qg小于小時(shí)耗熱量Qh的情況。熱設(shè)計(jì)貯熱水罐設(shè)計(jì)整體構(gòu)想在這種情況下,直接套用式(11)即可計(jì)算出的貯熱設(shè)備容積是一個(gè)負(fù)數(shù),直接套用該公式明顯不合適。那么,這種情況下是否還需要貯熱設(shè)備?如果需要,其貯熱設(shè)備容積應(yīng)該怎樣計(jì)算?要回答這個(gè)問題,還得從具體的工程實(shí)際出發(fā)?!督o排水規(guī)范》第5.4.10條規(guī)定,集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的貯水器容積應(yīng)根據(jù)日用熱水小時(shí)變化曲線及鍋爐、水加熱器的工作制度和供熱能力以及自動(dòng)溫度控制裝置等因素按積分曲線計(jì)算確定。同時(shí),在該條的第2款規(guī)定,半即熱式、快速式水加熱器,當(dāng)熱媒按設(shè)計(jì)秒流量供應(yīng)且有完善可靠的溫度自動(dòng)控制裝置時(shí),可不設(shè)貯水器;當(dāng)其不具備上述條件時(shí),應(yīng)設(shè)貯水器,其貯熱量宜根據(jù)熱媒供應(yīng)情況按導(dǎo)流型容積式水加熱器或半容積式水加熱器確定,查《給排水規(guī)范》表5.4.10,也就是說,以水溫≤95℃的熱水作為熱媒(熱源)時(shí),對于非工業(yè)企業(yè)淋浴室的其他建筑,可設(shè)計(jì)貯存40min或20min的Qh。從本節(jié)的討論可知,小時(shí)供熱量Qg大于小時(shí)耗熱量Qh,板換是一種快速式水加熱器,完善可靠的溫度自動(dòng)控制裝置在地源熱泵生活熱水系統(tǒng)是必須的且可實(shí)現(xiàn)的,但還是得考慮項(xiàng)目的具體特點(diǎn):對于水溫要求較高的醫(yī)院住院部門、星級酒店客房或其有淋浴需要的功能區(qū)域,筆者認(rèn)為,參照《給排水規(guī)范》第5.4.10條的規(guī)定,可設(shè)計(jì)貯存20min的Qh。對于某新建醫(yī)院,702床位,職工為1000人,有食堂及職工宿舍,食堂就餐人數(shù)按每床位平均1.5人就三餐、職工就一餐,住宿舍職工及值班住宿職工80人,門診不設(shè)計(jì)熱水,項(xiàng)目所在地市政水壓為0.35MPa,冷水設(shè)計(jì)分高、低二個(gè)區(qū),低區(qū)一~五層由市政直供,高區(qū)六~十二層由變頻恒壓供水設(shè)備加壓供水,冷水計(jì)算溫度為5℃,高、低區(qū)分別設(shè)置板式換熱器及貯熱水器,熱水分區(qū)同冷水。設(shè)計(jì)日熱水量Qd為205.52m3/d(60℃),其中,低區(qū)Qd1為86.72m3/d(60℃),高區(qū)Qd2為118.80m3/d(60℃)。設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量Qh為1331kW,其中,低區(qū)Qh1為520kW,高區(qū)Qh2為811kW。則,按20min計(jì)算的二個(gè)區(qū)的貯熱量分別為624124、972724kJ,對應(yīng)的60℃貯熱水罐計(jì)算容積分別為2.7、4.2m3;對應(yīng)的55℃貯熱水罐計(jì)算容積分別為3.0、4.7m3??紤]到地源熱泵地源側(cè)的取熱衰減,筆者最終設(shè)計(jì)的55℃貯熱水罐容積分別為6、12m3。3分熱時(shí)調(diào)空調(diào)主機(jī)及設(shè)備地源熱泵作為一種有效的可再生能源,對推動(dòng)建筑節(jié)能、提高能源的利用效率有積極的意義,在設(shè)置地源熱泵中央空調(diào)時(shí)利用熱回收制備生活熱水來促進(jìn)土壤側(cè)的熱平衡、減少土壤側(cè)的熱積累有十分重要的作用。生活熱水作為地源熱泵中央空調(diào)的一個(gè)副產(chǎn)品,盡管多數(shù)場合冠以免費(fèi)生活熱水的概念,但實(shí)際上“免費(fèi)”是次要的,它重點(diǎn)是在地源側(cè)的熱平衡中扮演重要角色,可以這樣說,沒有生活熱水取熱來進(jìn)行土壤熱平衡的地源熱泵中央空調(diào),很多情況下須通過夏天的冷卻塔向空氣排熱來減少土壤中的熱積累,這甚至是保證夏天該空調(diào)系統(tǒng)正常運(yùn)行的一個(gè)必備措施。地源熱泵制備生活熱水是一個(gè)副產(chǎn)品,有兩重含義:第一,它首先是配合地源熱泵中
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