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空气能热泵热水系统设计方案

   日期:2013-10-21     浏览:2980    
核心提示:一、空气源热泵热水器介绍由生活中的常识中我们可以知道,热水可以自己慢慢向空气中放热,冷却成凉水,这表明热量可以从温度高的
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一、 空气源热泵热水器介绍

由生活中的常识中我们可以知道,热水可以自己慢慢向空气中放热,冷却成凉水,这表明热量可以从温度高的物体——热水自动的传递到温度低的物体——空气。那么可不可以将这个过程反过来进行,将温度较低的空气中的能量向热水中转移呢?热力学第二定律指出:不可能把热从低温物体传到高温物体而不引起其他变化。这就是说,热量能自发的从高温物体传向低温物体,而不能自发地从低温物体传向高温物体。但这并不是说热量就不能从低温物体传向高温物体,就向水泵能够使水从低处流向高处一样,热泵通过消耗一部分电能,也能够使热量从低温物体传到高温物体。空气源热泵热水器就是根据这样一个原理来工作的,通过消耗少量的电能驱动压缩机,使制冷剂吸收空气里的热量来加热生活用热水的,其制热效果比传统热水器高出4倍,而消耗的电能仅为普通热水器的四分之一,并能从根本上杜绝了漏电、一氧化碳中毒的危险。


空气能热泵热水器的工作过程如下:如上图所示,压缩机通过消耗一部分电能,将低温低压的制冷剂气体压缩成高温高压的气体,高温高压的气体在冷凝器中放出热量将水加热,自己温度被降低,经过膨胀阀节流降压后,变成低温低压的气液混合物,在蒸发器中制冷剂吸收其他介质(如空气、井水)中的热量,变成低温低压的气体,然后再被压缩机吸收,压缩成高温高压的气体加热热水。与其他形式的热水器相比,空气能热泵热水器主要有安全、节能、环保的特点。


空气源热泵热水器的产品优势:
●运用逆卡诺循环原理,是继燃气热水器,电热水器和太阳能热水器后的创新一代的绿色节能热水机组。
●环保:对大气及环境无任何污染,而且对能源消耗极低,属于绿色环保型产品,符合目前我国能源、环保的基本政策。
●节能:制热效率高达400%以上,运行费用是电热水锅炉的1/4,燃气热水锅炉的1/3,燃油热水锅炉的1/3。
●省钱: 
    ◇机组能从空气中获取大量免费热量,每消耗1度电就能产出3~5度电以上的热量,热效率400%以上,为您节省电费65~80%。 
    ◇机组安装在室外,如屋顶、绿化区等处,不占有效建筑面积,节省土建投资。 
    ◇运行附加费少: 
        ⑴热泵热水机组不需要燃料输送费用和保管费。 
        ⑵热泵维修费用少。热泵系统只有两个部件运动,磨损少,只需日常简单清洗维护,平时无需任何检修。 
        ⑶断电记忆自动恢复功能:自动将停电前运行状态参数储存起来,来电后自动恢复之前运行状态。无需专人看管节省工资开支。 
●安全:
    ◇顶级安全水电分离,高压保护,热泵(压缩机)过热过载保护,水温超高温保护,自动复位控制。安装智能故障报警系统,及时发现故障,保护机组。从根本上杜绝漏电、干烧、超高温等安全隐患。 
    ◇热泵热水机组不需燃料输送管道,没有燃料泄漏、火灾、爆炸等危险。
●微电脑中央控制机电一体化,制热、供水、补水全自动运行,24小时全天候即开即用。
●中央热水:“多点、同时、大量、持续”提供热水,是理想的热水供应中心,每年进行免费安全跟踪检测,确保安全无忧。
●耐用:
    ◇外壳采用进口彩钢,精心制造,不褪色,能适应各种恶劣气候条件,防锈、防水,经久耐用。
    ◇主机选用世界名厂优质热泵压缩机,世界名厂配件,产品使用寿命长达15年以上。
●方便:
    ◇机组可以安装在室外,如屋顶、地面等,实现远程监控,占地面积小,安装简单,无须另设工作机房,不占有效建筑面积。
    ◇机组采用全自动控制。自动起停,控制及恒定出水温度。
    ◇配备多功能液晶显示屏,触摸式人机界面,手动和自动自由切换,可显示设备的运行状态、运行模式、水温、水箱水位等指标,故障代码显示、定时开关机等多种功能。
●社会效益吸收空气中的能量,耗能低,能有效调解能源不足的现象。


二、方案设计

2.1工程概况
    本项目位于广东佛山,共七层建筑,其中一至三层为餐厅,四层、五层为酒店客房。共有108个客房,酒店客房及餐厅卫生间需常年全天候供应生活热水,本项目拟采用空气源热泵热水系统。
    空气源热泵热水系统是目前技术比较成熟,应用最广的节能热水方案系统具有环保、安全、管理简单(全自动控制)等特点,而且也是目前所有热水系统中运行经济效益最好的,可以为用户节省可观的运行费用。

2.2设计依据
1. 《热泵热水系统设计、安装及使用规范》CRAA 311-2009
2. 《建筑给水排水设计规范》GB 50015-2003
3. 《室外给水设计规范》GB50013-2006
4. 《采暖通风与空气调节设计规范》GB 50013-2003
5. 《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》GB 50242-2002
6. 《给水排水管道工程施工及验收规范》GB 50268-2003
7. 《给水排水工程管道结构设计规范》GB 50332-2002
8. 《建筑给水聚丙烯管道工程技术规范》GB/T 50349-2005
9. 《建筑抗震加固技术规程》JGJ116-98
10. 《建筑结构荷载设计规范》GB50009-2001
11. 《建筑物防雷设计规范》GB50057-94
12. 《民用建筑电气设计规范》JGJ16—2008
13. 《自动化仪表安装工程质量检验评定标准》GB J131-90
14. 《设备及管道保温技术通则》GB 4272-92
15. 《建筑设计防火规范》GB 50016-2006          

2.3 当地气象条件
    地处南亚热带,背靠广阔的大陆,面临浩瀚的南海,形成热带海洋性季风气候。具有常年高温、台风频繁,夏秋多雨,冬春干旱的气候特点。佛山全年气温较高,年平均气温为23.1℃,极端高温38.8℃,极端低温-1.4℃。最热月平均气温28.9℃,4~9月为雨季,10~3月为干季;8月雨量最多,12月最少。空气湿度较大,年平均相对湿度82%~84%,月平均相对湿度以3~4月较大,11~12月较小。冬季室外空调计算干球温度为7℃。

2.4 热水用量计算
    本项目酒店共七层,其中一至三层为餐厅,四层、五层为酒店客房,六层、七层为办公室;酒店客房、餐厅均需常年全天候供应生活热水。酒店热水用水量为:

序号

房间类型

用水定额

日用水量

1

客房数目(间)

108

房间用水定额(L/间)

250

客房日用水量(L)

27000

2

餐厅座位数(个)

1212

餐厅用水定额(L/座位)

10

餐厅日用水量(L)

12120

3

酒店该栋大楼日用热水量

39120

 通过上面表的计算知道,金海酒店该栋大楼日用热水量约40吨。

2.5热水负荷计算
    空气能热泵热水机组不同于传统的锅炉即热型设备,热泵热水机组不能像选择锅炉那样来选择,而应根据热泵热水机组产热水的特点,结合项目的用水特点及当地的气候条件,确定热泵热水机组的日运行时间。热泵机组属于蓄热节能设备,即先将热水加热贮存在保温水箱供热水系统使用。若按传统锅炉来选择热泵机组,则系统设备的初投资将大大增加,系统的电力增容也将大大提高,故热泵机组不能像锅炉传统热源设备那样选型。
    根据热泵产热原理及特性,它的小时产热量是随外界工况变化而变化的,室外湿球温度越低,产热量越低,而地域不同,室外湿球温度不同,故热泵机组选型时要对产热量进行修正,以最冷工况下的产热量选择机型。
    根据系统的设计的用水量40000L,则冬季每天系统加热这么多热水需要消耗的热量为:

Q=CM△T,kcal;

=1.0kcal/(kg·℃)×40000 kg×40℃

=1600000kcal                         

说明:

上式:Q—表示系统需要的耗热量(kcal);

C—表示水的比热,C=1kcal/kg*℃;

M—表示每个系统日热水质量(kg),M=40000kg;

△T—表示水升高的温度(℃),△T=(55℃-15℃)=40℃;

根据计算结果,佛山地区最冷月温度7℃时,空气源热泵热水器在该环境温度下的COP值(能效比)为3.4,设计该环境温度下每天工作时间为15小时,则热泵系统需要输入的电功率值为:

P= Q/(860.COP.h)                 

=1600000kcal÷(860kcal/(kw.h)×3.4×15h)

=36.48kw;

说明:

上式: P——热泵机组总运行功率,单位“kw”;

Q——产热水总量所需的总热量,单位“kcal”,根据计算结果,Q=1600000kcal;

860——电热值,根据国家标准可知,该值为860kca/(kw.h);

COP——为机组能效比,热泵机组在环境温度为7℃时的能效为3.4;

h——为系统在最不利工作环境条件下的最大工作时间,本系统设计为15小时。

2.6 热泵机组选型
(一)热水系统热泵机组选型
    综合以上计算结果并结合美的空气源热泵热水机组技术参数进行热泵设备选型以及工程实际情况,本工程选择以下美的空气源热泵机组来满足冬季最不利环境条件下的加热所需热量:

序号

设计日用水量(吨)

计算热泵需要输入的功率(Kw)

热泵选型

热泵数量

热泵实际输入功率(kw)

1

40

36.48kw

美的

4台

38kw(≥36.48kw) 

三、工程报价清单

序号

名称

规格

单位

数量

单价

合价

备注

1

空气源热泵

-

4

-

-

-

2

保温水箱

-

4

-

-

- 

3

加热循环泵

-

4

-

-

-

4

热水增压泵(带变频器)

-

2

-

-

-

5

水管及其配件

- 

1

-

-

- 

6

热水综合控制柜

- 

1

-

-

- 

7

电线电缆等

-

1

-

-

- 

8

人工费

 

1

-

-

- 

9

运输费

 

1

-

-

- 

10

吊装费

   

1

-

-

-

11

合计

 

12

总价

人民币(大写):

四、设计方案经济效益分析

以用水量1吨55℃热水为计算依据,对以下设备进行技术经济分析。按平均进水温度15℃加热到55℃计算(温升45℃)

方案

方案一

方案二

方案三

方案四

参数

热水生产设备

太阳能+电辅

天燃气锅炉

电锅炉

热泵热水机

安全性

完全水电分离

存在安全隐患

存在安全隐患

完全水电分离

节能

耗能较小

耗能较大

耗能很大

节能

环保性

环保

轻微污染

环保

环保

热水产量(吨)

1

制热总量

40000Kcal

能源热值

1163Kcal/度

8400Kcal/m3

1163Kcal/度

1163Kcal/度

能源效率

90%

70%

90%

400%

每天耗能

0—38.2度

6.8m3

38.2度

8.6度

能源价格

1元/度

3.5元/m3

1元/度

1元/度

每天能源费用

0—38.2元

23.8元

38.2元

8.6元

全年电(油、气)费(元)

4581元

8687元

13943万

3138元


 
五、投资回收分析:

由以上可知,采用空气能热泵热水机全年1吨/日水运行费用为:3138元(按高峰电价计算,低峰电则更省),则本工程的需40吨/日的年运行费用为:3138×40=12.55万元。

太阳能+电辅的年运行费用为:4581元×40=18.32万元(不含年检、人工等维护费用);每年至少可节约运行费用:18.32万元-12.55万元=5.77万元。

天然气锅炉年运行费用为:8687元×40=34.75万元(不含年检、人工等维护费用);每年至少可节约运行费用:34.75万元-12.55万元=22.2万元。

电锅炉年运行费用为:13943万元×40=55.77万元(不含年检、人工等维护费用);每年至少可节约运行费用:55.77万元-12.55万元=43.22万元


 
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