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热水工程解决方案

学校热水工程解决方案

时间:2017-04-20

一、现状分析

 

    广州中医药大学三元里校区目前共有12栋学生宿舍,分别为学生宿舍1栋至10栋和综合楼(原港澳生楼)以及护理楼,学生宿舍6栋为留学生楼,除学生楼有热水供应外,其他学生宿舍目前都没有热水供应。除了学生宿舍6栋,广州中医药大学三元里校区现有学生大约4662人。根据供电供水条件可达到安装热水装置系统要求的楼宇有学生宿舍:2、3、4、5、6、7、8、9栋、护理楼、综合楼共9栋楼。

 

    其中,楼宇设有独立卫生间的楼宇有:男生宿舍有3栋B、7栋、5栋(男女博士生住)、女生宿舍有8栋、9栋、护理楼、综合楼;设有公共卫生间的楼宇有:学生宿舍2栋、3A栋、4栋。如下表所示。

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二、热水系统的介绍与比较

 

(1)热水系统的介绍

 

1)按照加热方式的不同主要分为三大类:储水式,即热式,速热式。

 

储热式是指将水加热的固定式器具,它可长期或临时储存热水,并装有控制或限制水温的装置。即热式是指利用高功率的加热管,对流经加热杯的冷水进行快速加热,迅速提升冷水的温度,达到即可即热的效果。速热式是指采用无缝纯钢加热舱,加热过程中,热水形成螺旋对流,启动后2.5分钟或8分钟后可用。如采用即热式或速热式,由于加热原理和功率的影响,必须做到安装到户,即每个房间的每个热水器为一个单独的主体,这样不利于统一的控制和节能的管理,且初次投入的成本和后续的管理、维护成本较高,故不建议采用。

 

目前,绝大多数高校均采用储水式供热模式,统一加热,分户定时供应(一般为17:00-24:00),这种方式较容易实现统一的控制和节能的管理,故建议采用这种方式。

 

2)热水系统按照热源来源的不同主要分成四大类:天然气热水系统、太阳能热水系统、电热水系统和空气能热水系统。下面将这四种方式的主要优缺点简单如下:

 

1、天然气热水系统

 

优点:加热快、出水量大、温度稳定,结水垢少。
缺点:使用过程中会因燃烧不充分而排出有毒气体,有较大的安全隐患;起动水压高,若楼层较高,需装增压泵否则无法起动;不同的燃气,其燃烧器形状、喷嘴大小、燃气通道截面积均不同;安装不方便,该校天然气管道铺设至教师生活区,学生宿舍楼无天然气管道。

 

2、太阳能热水系统

 

优点:安全,避免了燃气热水器和电热水器存在的安全隐患,不存在中毒和触电的隐患,十分安全。节能,太阳能热水器可节省日常用于加热水电费、气费90%,减少地球有限能源的消耗,使这些能源用于工农业生产上,生产更大的社会效益。环保,减少由于燃煤向大气排放的二氧化碳、一氧化碳、粉尘、二氧化硫、氮氢化合物等。

 

缺点:安装较复杂,室外维护较麻烦;普通的落水式太阳能热水器的出水靠落差水压,如果楼顶与出水点的距离小于三米的话,出水压力不大;对上水时间有限制,中午暴晒后不允许上水,否则有可能炸管;由于广州地区的气候特点,冬季光照强度不够,往往需要空气能和电辅热,在对广外、美院、广药等高校的调研中了解到太阳能的投资较大,收回成本周期较长,且冬季制热效果不理想,均不推荐。

 

3、电热水系统

 

优点:能适应于任何天气变化,长时间通电可以大流量供热水。目前市场上销售的电热水器多数还带有防触电装置。

缺点:占用室内空间较大,易结水垢,对电能浪费大;最新型的电热水器内置了阳极镁棒除垢装置,解决了该产品容易结垢的问题,但阳极镁棒需两年更换一次,保养难度大;防触电漏电工作需严格到位,否则将会出现极大的安全隐患。

 

4、空气能热水系统

 

优点:超大水量,水箱容量根据具体要求量身订做,水量充足;经济节省,从空气中获取大量的能源,能效比高达300%~400%;适合范围广,不受阴雨天等气候影响,在环境温度为-25℃~43℃下能正常工作;持久恒温,使用非常简单,整个热水系统配套自动化智能控制系统;安全环保,结构上水电安全分离,且无任何有害有毒气体排放或燃烧,不受以台风等自然灾害的影响;防冻功能,具有智能化霜功能,确保热水器在低气温环境下稳定运行;使用寿命长,维护费用低,设备性能稳定,使用寿命一般可达15年以上。

缺点:冬季气温低时制热能力衰竭严重,与其它热水系统相比较,初次投入成本较高;体积较大,安装地方有限制。

 

(2)热水系统的比较


以热水量为80吨/天方案为例,各种制热设备性价比较参考:

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注:表中每天用水量为80吨,热水温度为55℃,升温40℃为例计算,燃料价格按市场价为参考,太阳能按每年30%~40%阴雨天气用电辅助加热或热泵热水器加热。

 

根据上述分析的内容和调研时其它高校的经验,以及在广州冬季日照差的气候特点,再结合我校的具体情况,空气能热水系统较为适合该校的实际需注。

主要理由如下:

 

1)安全性:不用燃气,不会产生任何废气,避免了“煤气中毒”的安全隐患;不用电加热棒加热,避免了“漏电”的安全隐患。安全性是空气能系统对于公共机构用热最为突出的优点。


2)经济性:空气能热泵以环境空气作为冷热源,通过热泵夏季制冷,冬季制热。下表为制取1吨热水所需能源费用对比。

 

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太阳能热水器受日照影响明显,在广州冬季日照差,其单位面积产水量低,与产水量与热水需求量不一致,其只能与其它加热方式配合使用,因此存在重复投资建设的可能,根据调研学校的实际应用情况,效果并不理想。由以上分析可知,空气能热泵在经济性优势比较明显。

 

3)水垢问题的考虑

 

一般情况下温度越高结垢会越严重,因空气能热泵热水系统出水温度55℃,不容易产生水垢。而电热水器高温280~300℃加热,很容易产生水垢,继而造成热效率降低,耗电量增加,出水压力减少,甚至引发安全事故。

 

三、投资回报分析

 

(1)总投资估算

 

1)热泵主要设备总价的估算(热泵机组、保温水箱)

 

根据现有数据,初步估算各区域空气能热泵机组制热量能力理论选取值如下表所示:

 

以8栋宿舍为例,其计算过程如下所示:

 

环境温度取5℃,自来水温度按冬季冷水温度10℃计算,则每天将42.6吨10℃冷水加热成55℃热水所需的热量:

 

Q=CM△=1Kcal/L℃x42.6Tx(55-10)℃=1917000Kcal


设计机组平均运行时间为12小时,最不利天气条件下,不超过16小时,此次估算取16小时计算,则8栋宿舍选定的主机效率应不小于:

 

19170010Kcal÷860Kcal/KW÷16小时=139.32Kw/h

 

以10匹空气能热泵机组为例进行估算,10p空气能热泵机组理论制热量为33kw/h,故理论需要的机组数量为:

 

139.32kw/h÷33kw/h≈4.22,故需选取5台10匹空气能热泵机组。

 

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