热泵是一种能从自然界的空气、水或土壤中获取低品位热,经过电力做功,输出能用的高品位热能的设备。热泵是把热量从低温端送向高温端的节能新装置。它由蒸发器、空气压缩机、冷凝器、节流阀等部分组成,利用少量的工作能源,以吸收和压缩的方式,把一特定环境中低温而分散的热聚集起来,使之成为有用的热能。而热泵热水机组就是利用热泵技术将低品位热源的热量转移到被加热的水中来制取热水的一种节能设备。
热泵技术在国外已经是非常成熟的,进入我国才几年时间。由于行业可观的前景,同时也由于能源紧张及电力装机容量的改变,国家政策的倾斜,使得整个社会的节能降耗的外部环境给热泵热水器带来了发展机遇,它的环保和节能性,正好顺应了潮流,给该产品的销售增长创造了极大的空间。随着经验的不断积累,热泵热水器的应用领域不断扩大,从宾馆、酒店到学校、浴室,从泳池到各类休闲会所等等,可以说,只要是有生活热水需求,热泵热水器就可以满足,因此热泵市场已由预热到局部地区已经开始有了较快速的成长。
但是,由于热泵产业在我国还是一个新兴产业,产业成熟度相对不是很高,在工程应用上,技术要求也更加严格,因此要求我们在做热泵热水工程时就必须严把每一道关,包括从工程设计、工程安装以及日常维护方面做到合理化、标准化与规范化。
下面我们以中山市沙溪理工学校热水工程为例加以说明。
工程概况
该项目为广东省中山市沙溪理工学校热水工程,主要是向学生宿舍全天提供生活热水,宿舍楼共分为2区,1区住有500名学生,2区住有1000名学生。在综合对比了各类热源的经济效益后,校方决定采用热泵热水系统。
设计数据
中山市位于南亚热带季风气候带,气候特征为光热充足,历年平均日照时数为1843.5小时,占年可照时数的42%。终年气温较高,历年平均为21.8℃,月平均气温以1月最低,为13.3℃,7月最高,达28.4℃。可以看出,该市的气候条件相当好,非常适合使用空气源热泵热水器。
冷水源温度寒冷天气为15℃,一般季节为20℃。热水温度为55℃。
设计依据
1、《商用或工业用及类似用途的热水机》
GB/T21362-2008;
2、《采暖通风与空气调节设计规范》
GB50019-2003);
3、《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003);
4、《室外给水设计规范》GB50013—2006;
5、《给水排水制图标准》GB/T50106-2001
6、《建筑工程常用数据系列手册》
选型计算
我们参照GB/T18713-2002《热水系统设计、安装及工程验收技术规范》,以天气最寒冷、用水量最大时的水量为设计标准进行设计。
该校学生宿舍1区共有学生500名,平均每人日热水用量按40L/人计,则日需热水20吨。2区共有学生1000名,则日需热水40吨。
根据前述数据,在寒冷天气里,热泵热水器加热温升为40℃,热泵工作时间在寒冷天气里一般按16小时计,则宿舍1区热负荷计算结果为58.1kW,宿舍2区热负荷计算结果为116.3kW。
在根据计算出的热负荷进行热泵选型时我们需要考虑的是,因为热泵热水器的制热能力是随着环境温度的降低而不断衰减的,而且寒冷天气里冷热水温差大,耗热量就大,只要能满足寒冷天气的热水需求,其他季节是一定可以满足的。但是在选型时我们不能完全按该市的最低气温去选择机器,因为最低气温下的持续时间一般都较短,如果简单地按此选择机器将会造成在其他时间里机器能力大大过剩,工程投资极大的增加。因此我们综合了该市的气候条件以及热泵热水器的工作特性之后,按照比最冷月平均气温稍高一点的环境温度下来选择机器(这里按环温15℃来选型),这样既能保证最低气温下的热水需求(通过延长机器工作时间)又可以大量节省初投资。
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