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              熱水工程解決方案

              學校熱水工程解決方案

              時間:2017-04-20

              一、現狀分析

               

                  廣州中醫藥大學三元里校區目前共有12棟學生宿舍,分別為學生宿舍1棟至10棟和綜合樓(原港澳生樓)以及護理樓,學生宿舍6棟為留學生樓,除學生樓有熱水供應外,其他學生宿舍目前都沒有熱水供應。除了學生宿舍6棟,廣州中醫藥大學三元里校區現有學生大約4662人。根據供電供水條件可達到安裝熱水裝置系統要求的樓宇有學生宿舍:2、3、4、5、6、7、8、9棟、護理樓、綜合樓共9棟樓。

               

                  其中,樓宇設有獨立衛生間的樓宇有:男生宿舍有3棟B、7棟、5棟(男女博士生?。?、女生宿舍有8棟、9棟、護理樓、綜合樓;設有公共衛生間的樓宇有:學生宿舍2棟、3A棟、4棟。如下表所示。

               學校熱水工程解決方案

              二、熱水系統的介紹與比較

               

              (1)熱水系統的介紹

               

              1)按照加熱方式的不同主要分為三大類:儲水式,即熱式,速熱式。

               

              儲熱式是指將水加熱的固定式器具,它可長期或臨時儲存熱水,并裝有控制或限制水溫的裝置。即熱式是指利用高功率的加熱管,對流經加熱杯的冷水進行快速加熱,迅速提升冷水的溫度,達到即可即熱的效果。速熱式是指采用無縫純鋼加熱艙,加熱過程中,熱水形成螺旋對流,啟動后2.5分鐘或8分鐘后可用。如采用即熱式或速熱式,由于加熱原理和功率的影響,必須做到安裝到戶,即每個房間的每個熱水器為一個單獨的主體,這樣不利于統一的控制和節能的管理,且初次投入的成本和后續的管理、維護成本較高,故不建議采用。

               

              目前,絕大多數高校均采用儲水式供熱模式,統一加熱,分戶定時供應(一般為17:00-24:00),這種方式較容易實現統一的控制和節能的管理,故建議采用這種方式。

               

              2)熱水系統按照熱源來源的不同主要分成四大類:天然氣熱水系統、太陽能熱水系統、電熱水系統和空氣能熱水系統。下面將這四種方式的主要優缺點簡單如下:

               

              1、天然氣熱水系統

               

              優點:加熱快、出水量大、溫度穩定,結水垢少。
              缺點:使用過程中會因燃燒不充分而排出有毒氣體,有較大的安全隱患;起動水壓高,若樓層較高,需裝增壓泵否則無法起動;不同的燃氣,其燃燒器形狀、噴嘴大小、燃氣通道截面積均不同;安裝不方便,該校天然氣管道鋪設至教師生活區,學生宿舍樓無天然氣管道。

               

              2、太陽能熱水系統

               

              優點:安全,避免了燃氣熱水器和電熱水器存在的安全隱患,不存在中毒和觸電的隱患,十分安全。節能,太陽能熱水器可節省日常用于加熱水電費、氣費90%,減少地球有限能源的消耗,使這些能源用于工農業生產上,生產更大的社會效益。環保,減少由于燃煤向大氣排放的二氧化碳、一氧化碳、粉塵、二氧化硫、氮氫化合物等。

               

              缺點:安裝較復雜,室外維護較麻煩;普通的落水式太陽能熱水器的出水靠落差水壓,如果樓頂與出水點的距離小于三米的話,出水壓力不大;對上水時間有限制,中午暴曬后不允許上水,否則有可能炸管;由于廣州地區的氣候特點,冬季光照強度不夠,往往需要空氣能和電輔熱,在對廣外、美院、廣藥等高校的調研中了解到太陽能的投資較大,收回成本周期較長,且冬季制熱效果不理想,均不推薦。

               

              3、電熱水系統

               

              優點:能適應于任何天氣變化,長時間通電可以大流量供熱水。目前市場上銷售的電熱水器多數還帶有防觸電裝置。

              缺點:占用室內空間較大,易結水垢,對電能浪費大;最新型的電熱水器內置了陽極鎂棒除垢裝置,解決了該產品容易結垢的問題,但陽極鎂棒需兩年更換一次,保養難度大;防觸電漏電工作需嚴格到位,否則將會出現極大的安全隱患。

               

              4、空氣能熱水系統

               

              優點:超大水量,水箱容量根據具體要求量身訂做,水量充足;經濟節省,從空氣中獲取大量的能源,能效比高達300%~400%;適合范圍廣,不受陰雨天等氣候影響,在環境溫度為-25℃~43℃下能正常工作;持久恒溫,使用非常簡單,整個熱水系統配套自動化智能控制系統;安全環保,結構上水電安全分離,且無任何有害有毒氣體排放或燃燒,不受以臺風等自然災害的影響;防凍功能,具有智能化霜功能,確保熱水器在低氣溫環境下穩定運行;使用壽命長,維護費用低,設備性能穩定,使用壽命一般可達15年以上。

              缺點:冬季氣溫低時制熱能力衰竭嚴重,與其它熱水系統相比較,初次投入成本較高;體積較大,安裝地方有限制。

               

              (2)熱水系統的比較


              以熱水量為80噸/天方案為例,各種制熱設備性價比較參考:

               學校熱水工程解決方案

              注:表中每天用水量為80噸,熱水溫度為55℃,升溫40℃為例計算,燃料價格按市場價為參考,太陽能按每年30%~40%陰雨天氣用電輔助加熱或熱泵熱水器加熱。

               

              根據上述分析的內容和調研時其它高校的經驗,以及在廣州冬季日照差的氣候特點,再結合我校的具體情況,空氣能熱水系統較為適合該校的實際需注。

              主要理由如下:

               

              1)安全性:不用燃氣,不會產生任何廢氣,避免了“煤氣中毒”的安全隱患;不用電加熱棒加熱,避免了“漏電”的安全隱患。安全性是空氣能系統對于公共機構用熱最為突出的優點。


              2)經濟性:空氣能熱泵以環境空氣作為冷熱源,通過熱泵夏季制冷,冬季制熱。下表為制取1噸熱水所需能源費用對比。

               

              學校熱水工程解決方案

               

              太陽能熱水器受日照影響明顯,在廣州冬季日照差,其單位面積產水量低,與產水量與熱水需求量不一致,其只能與其它加熱方式配合使用,因此存在重復投資建設的可能,根據調研學校的實際應用情況,效果并不理想。由以上分析可知,空氣能熱泵在經濟性優勢比較明顯。

               

              3)水垢問題的考慮

               

              一般情況下溫度越高結垢會越嚴重,因空氣能熱泵熱水系統出水溫度55℃,不容易產生水垢。而電熱水器高溫280~300℃加熱,很容易產生水垢,繼而造成熱效率降低,耗電量增加,出水壓力減少,甚至引發安全事故。

               

              三、投資回報分析

               

              (1)總投資估算

               

              1)熱泵主要設備總價的估算(熱泵機組、保溫水箱)

               

              根據現有數據,初步估算各區域空氣能熱泵機組制熱量能力理論選取值如下表所示:

               

              以8棟宿舍為例,其計算過程如下所示:

               

              環境溫度取5℃,自來水溫度按冬季冷水溫度10℃計算,則每天將42.6噸10℃冷水加熱成55℃熱水所需的熱量:

               

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


              設計機組平均運行時間為12小時,最不利天氣條件下,不超過16小時,此次估算取16小時計算,則8棟宿舍選定的主機效率應不小于:

               

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

               

              以10匹空氣能熱泵機組為例進行估算,10p空氣能熱泵機組理論制熱量為33kw/h,故理論需要的機組數量為:

               

              139.32kw/h÷33kw/h≈4.22,故需選取5臺10匹空氣能熱泵機組。

               

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