多能源系統(tǒng)與空氣源熱泵結(jié)合的案例分析_大型空氣能熱泵供暖系統(tǒng)
空氣源熱泵應(yīng)用在泳池：
空氣源熱泵在室內(nèi)泳池的運(yùn)用：空氣源熱泵作為泳池系統(tǒng)恒溫加熱的熱源。
（一）、工程概況
該泳池位于上海市,泳池平均深度是1.5米，其中長(zhǎng)度是25米，寬度20米，泳池容積是750立方，泳池水溫要求通溫度維持在28℃，泳池室內(nèi)溫度為25℃。
根據(jù)泳池的用水特點(diǎn)，該熱水系統(tǒng)建議使用空氣源熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)不但環(huán)保、安全、管理簡(jiǎn)單(全自動(dòng)運(yùn)行)，而且可以全天候供應(yīng)熱水，不受天氣變化的影響(不像太陽(yáng)能受氣候變化的制約，影響正常供水)，而且運(yùn)行費(fèi)用十分低廉，是目前所有熱水系統(tǒng)中最經(jīng)濟(jì)的一個(gè)。可以為用戶節(jié)省十分可觀的運(yùn)行費(fèi)用。
（二）、氣候參數(shù)
上海屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，日照充分，雨量充沛。上海氣候溫和濕潤(rùn)，春秋較短，冬夏較長(zhǎng)。全年平均氣溫為16℃左右，7、8月份氣溫最高，月平均約28℃；1月份最低，月平均約4℃。冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑。
（三）、設(shè)計(jì)依據(jù)
1．《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50019-2003）；
2．《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015-2003）；
3．《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ13—86）；
4．《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GBJ16—87 2001）；
5．《給水排水制圖標(biāo)準(zhǔn)》（T50106-2001）
6．《建筑工程常用數(shù)據(jù)系列手冊(cè)》
7．《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GBJ16—87）
8．建設(shè)單位的要求。
(四)、設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)
（五）、機(jī)組選型計(jì)算
泳池部分
本系統(tǒng)擬采用空氣源熱泵系統(tǒng)是空氣能熱泵機(jī)組+加熱循環(huán)泵+過(guò)濾設(shè)備+泳池。
1、設(shè)計(jì)要求
我們參照GB/T 18713-2002《熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及工程驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》,以天氣最寒冷、用水量最大時(shí)的水量為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)實(shí)際所用的熱水量達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，機(jī)器將會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行以節(jié)省電能。
2、主機(jī)的選型
要保持游泳池溫度和濕度，加熱設(shè)備須加熱到泳池的設(shè)定溫度，初次加熱后需補(bǔ)充泳池?zé)崃繐p失，還要提供一定溫度的補(bǔ)水。
1）、初加熱熱量計(jì)算
2）、熱量損失計(jì)算
游泳池的熱量損失包括水面蒸發(fā)損失的熱量、水面?zhèn)鲗?dǎo)損失的熱量、池底和池壁傳導(dǎo)損失的熱量、管道和設(shè)備損失的熱量。
3、補(bǔ)水熱量及熱量計(jì)算
游泳池每天補(bǔ)水量占池容積的百分?jǐn)?shù)一般選取5%。得到補(bǔ)水量，就可以根據(jù)公式計(jì)算出補(bǔ)水所需的熱量。
4、設(shè)備配置及系統(tǒng)方案
4.1、一次性沖擊負(fù)荷（初次充水或換水）計(jì)算(泳池)（按照冬天水溫來(lái)計(jì)算）。一次性沖擊負(fù)荷（初次充水或換水），按照換水量以及水溫升來(lái)計(jì)算其總用熱功率和小時(shí)用熱功率（機(jī)器所需的制熱功率），應(yīng)以最冷工況計(jì)算，自來(lái)水平均溫度按10℃計(jì)算；換水周期本方案取48小時(shí)。
總用熱功率：
Qzh=（1.15×V×（t2-t1））/0.86kwh=（1.15×750×（28-10））/0.86=18052.3kw
小時(shí)熱功率：Pzh=Qzh/T kw
Pzh=（1.15×750×（28-10）/0.86）/48
=376.1KW
式中：
V----游泳池的總?cè)莘e，m3；（V=750 m3）
t2----池水所需的溫度，℃；（t2=28℃）
t1----冷水溫度，℃；（t2=10℃）
T----換水周期，h；（取T=48h）
1.15----考慮在換水周期內(nèi)的熱損失附加值。
4.2、日經(jīng)常負(fù)荷計(jì)算：
泳池池水因水面蒸發(fā)，水面?zhèn)鲗?dǎo)，池底和池壁傳導(dǎo)而不斷損失熱量，因人們?cè)谟斡境貎?nèi)游泳，會(huì)損失一部分池水，必須不斷補(bǔ)充，而補(bǔ)充水需加熱，需要補(bǔ)充一部分熱量；此外，整個(gè)泳池的設(shè)備和管道也在不斷向周圍環(huán)境排放熱量。以上這些損失的熱量，都需要不斷補(bǔ)充，才能維持池水有一定的溫度。這些熱損失再加上游泳場(chǎng)館淋浴等用熱的負(fù)荷可以稱之為經(jīng)常性用熱負(fù)荷。
由于蒸發(fā)散熱，傳導(dǎo)散熱等計(jì)算十分復(fù)雜，而且必須有游泳池結(jié)構(gòu)的詳細(xì)尺寸，氣象，土壤等資料，為了估算方便，可以將以上因水面蒸發(fā)，水面?zhèn)鲗?dǎo)，池底和池壁傳導(dǎo)而不斷損失熱量四項(xiàng)熱量損失合并為一項(xiàng)，即：按游泳池水面面積m2計(jì)的平均熱散失量，稱之為彌補(bǔ)散熱損失負(fù)荷；對(duì)于補(bǔ)水熱損失，可以按補(bǔ)水量及補(bǔ)水溫差進(jìn)行計(jì)算而得，游泳池每天補(bǔ)水量占游泳池容積的百分?jǐn)?shù)一般室內(nèi)泳池取5%，室外取10%；至于游泳館所用的淋浴、洗滌等生活熱水用量的計(jì)算及制熱所需負(fù)荷，可按常規(guī)計(jì)算。
彌補(bǔ)散熱損失負(fù)荷計(jì)算：
當(dāng)泳池池水水溫為28℃，游泳館內(nèi)溫度為25℃時(shí)，查得每平方米的池水散熱量為349W/m2；泳池的表面積為500m2則：
泳池小時(shí)散熱負(fù)荷Ph1=500m2×349W/m2=174500W=174.5KW
泳池日散熱負(fù)荷為Qh1174.5KW×24h=4188kwh
補(bǔ)水補(bǔ)熱負(fù)荷計(jì)算：
泳池補(bǔ)水需補(bǔ)熱的小時(shí)功率（以最冷工況計(jì)算）按下式計(jì)算：
Ph2=（（V×B/24）（t2-t1））/0.86kwh
=[（750×0.05/24）×（28-10）]/0.86=32.7KW
日補(bǔ)水補(bǔ)熱負(fù)荷：
Qh2=Ph2×24=32.7×24=784.88kwh
式中：Ph2---補(bǔ)水的補(bǔ)熱功率，KW；
Qh2---日補(bǔ)水補(bǔ)熱負(fù)荷，kwh；
V----游泳池容積，m3；（V=750m3）
B----補(bǔ)水量的百分?jǐn)?shù)，%；（取B=5%）
t1----補(bǔ)水初溫，℃；（t1=10℃）
t2----池水溫度，℃；（t2=28℃）
4.3、日用總熱負(fù)荷計(jì)算：
由以上計(jì)算知，該游泳池日使用總熱負(fù)荷為：
∑Qh=Qh1+Qh2=4188kwh+784.88kwh=4972.88kwh
4.4、熱泵機(jī)組選型校核計(jì)算：
所選熱泵機(jī)組應(yīng)滿足冬季一次換水要求，先初選熱泵機(jī)組及臺(tái)數(shù)，然后校核熱泵機(jī)組在日經(jīng)常用熱負(fù)荷下工作時(shí)數(shù)是否在24小時(shí)之內(nèi)。以冬季平均日氣溫及冬季冷水平均水溫來(lái)計(jì)算，上海地區(qū)冬季室外濕球平均溫度為4℃以上，熱泵的制熱量修正系數(shù)為0.65。
熱泵機(jī)組選型計(jì)算：
由以上該恒溫泳池一次性沖擊負(fù)荷（初次充水或換水）計(jì)算知，初次充水或換水的小時(shí)熱功率為：Pzh=376KW，則：
（1）初選“空氣能熱水中心機(jī)組功率為20匹熱泵熱水機(jī)組。該主機(jī)在額定工況下，其輸入熱功率為20KW，平均輸出功率為52KW（冬天工況下）。
（2）主機(jī)臺(tái)數(shù)N=Pzh/（80×0.65）=376/（80×0.65）=8臺(tái)
（3）取整數(shù)臺(tái)8。
說(shuō)明：空氣源熱泵系統(tǒng)常規(guī)用于制取生活熱水，實(shí)際上空氣源熱泵用于泳池系統(tǒng)恒溫加熱是目前熱源當(dāng)中最適用，最經(jīng)濟(jì)的，是真正符合熱泵本身的特性，在珠三角，長(zhǎng)三角以市場(chǎng)已經(jīng)被廣泛的運(yùn)用。
在泳池配置空氣源熱泵系統(tǒng)時(shí)建議甲方選用：空氣預(yù)熱加板式換熱器的模式進(jìn)行對(duì)泳池進(jìn)行加熱恒溫（如選用鎳白銅熱泵機(jī)組對(duì)于甲方增加初始投資，增加后期清洗主機(jī)頻率）。
空氣源熱泵系統(tǒng)和太陽(yáng)能系統(tǒng)組成混合系統(tǒng)進(jìn)行加熱制取熱水的比例：一般在甲方?jīng)]有要求初始投資及方案要求前提下，以空氣源熱泵為主熱源制取熱水，太陽(yáng)能制取熱水配置以空氣源熱泵制取熱水的三分之一為宜。
空氣源熱泵在室內(nèi)泳池的運(yùn)用：空氣源熱泵作為泳池系統(tǒng)恒溫加熱的熱源。
（一）、工程概況
該泳池位于上海市,泳池平均深度是1.5米，其中長(zhǎng)度是25米，寬度20米，泳池容積是750立方，泳池水溫要求通溫度維持在28℃，泳池室內(nèi)溫度為25℃。
根據(jù)泳池的用水特點(diǎn)，該熱水系統(tǒng)建議使用空氣源熱泵系統(tǒng)。該系統(tǒng)不但環(huán)保、安全、管理簡(jiǎn)單(全自動(dòng)運(yùn)行)，而且可以全天候供應(yīng)熱水，不受天氣變化的影響(不像太陽(yáng)能受氣候變化的制約，影響正常供水)，而且運(yùn)行費(fèi)用十分低廉，是目前所有熱水系統(tǒng)中最經(jīng)濟(jì)的一個(gè)。可以為用戶節(jié)省十分可觀的運(yùn)行費(fèi)用。
（二）、氣候參數(shù)
上海屬北亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，日照充分，雨量充沛。上海氣候溫和濕潤(rùn)，春秋較短，冬夏較長(zhǎng)。全年平均氣溫為16℃左右，7、8月份氣溫最高，月平均約28℃；1月份最低，月平均約4℃。冬無(wú)嚴(yán)寒，夏無(wú)酷暑。
（三）、設(shè)計(jì)依據(jù)
1．《采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50019-2003）；
2．《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50015-2003）；
3．《室外給水設(shè)計(jì)規(guī)范》（GBJ13—86）；
4．《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GBJ16—87 2001）；
5．《給水排水制圖標(biāo)準(zhǔn)》（T50106-2001）
6．《建筑工程常用數(shù)據(jù)系列手冊(cè)》
7．《建筑設(shè)計(jì)防火規(guī)范》（GBJ16—87）
8．建設(shè)單位的要求。
(四)、設(shè)計(jì)計(jì)算參數(shù)
（五）、機(jī)組選型計(jì)算
泳池部分
本系統(tǒng)擬采用空氣源熱泵系統(tǒng)是空氣能熱泵機(jī)組+加熱循環(huán)泵+過(guò)濾設(shè)備+泳池。
1、設(shè)計(jì)要求
我們參照GB/T 18713-2002《熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)、安裝及工程驗(yàn)收技術(shù)規(guī)范》,以天氣最寒冷、用水量最大時(shí)的水量為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，當(dāng)實(shí)際所用的熱水量達(dá)到設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，機(jī)器將會(huì)自動(dòng)停止運(yùn)行以節(jié)省電能。
2、主機(jī)的選型
要保持游泳池溫度和濕度，加熱設(shè)備須加熱到泳池的設(shè)定溫度，初次加熱后需補(bǔ)充泳池?zé)崃繐p失，還要提供一定溫度的補(bǔ)水。
1）、初加熱熱量計(jì)算
2）、熱量損失計(jì)算
游泳池的熱量損失包括水面蒸發(fā)損失的熱量、水面?zhèn)鲗?dǎo)損失的熱量、池底和池壁傳導(dǎo)損失的熱量、管道和設(shè)備損失的熱量。
3、補(bǔ)水熱量及熱量計(jì)算
游泳池每天補(bǔ)水量占池容積的百分?jǐn)?shù)一般選取5%。得到補(bǔ)水量，就可以根據(jù)公式計(jì)算出補(bǔ)水所需的熱量。
4、設(shè)備配置及系統(tǒng)方案
4.1、一次性沖擊負(fù)荷（初次充水或換水）計(jì)算(泳池)（按照冬天水溫來(lái)計(jì)算）。一次性沖擊負(fù)荷（初次充水或換水），按照換水量以及水溫升來(lái)計(jì)算其總用熱功率和小時(shí)用熱功率（機(jī)器所需的制熱功率），應(yīng)以最冷工況計(jì)算，自來(lái)水平均溫度按10℃計(jì)算；換水周期本方案取48小時(shí)。
總用熱功率：
Qzh=（1.15×V×（t2-t1））/0.86kwh=（1.15×750×（28-10））/0.86=18052.3kw
小時(shí)熱功率：Pzh=Qzh/T kw
Pzh=（1.15×750×（28-10）/0.86）/48
=376.1KW
式中：
V----游泳池的總?cè)莘e，m3；（V=750 m3）
t2----池水所需的溫度，℃；（t2=28℃）
t1----冷水溫度，℃；（t2=10℃）
T----換水周期，h；（取T=48h）
1.15----考慮在換水周期內(nèi)的熱損失附加值。
4.2、日經(jīng)常負(fù)荷計(jì)算：
泳池池水因水面蒸發(fā)，水面?zhèn)鲗?dǎo)，池底和池壁傳導(dǎo)而不斷損失熱量，因人們?cè)谟斡境貎?nèi)游泳，會(huì)損失一部分池水，必須不斷補(bǔ)充，而補(bǔ)充水需加熱，需要補(bǔ)充一部分熱量；此外，整個(gè)泳池的設(shè)備和管道也在不斷向周圍環(huán)境排放熱量。以上這些損失的熱量，都需要不斷補(bǔ)充，才能維持池水有一定的溫度。這些熱損失再加上游泳場(chǎng)館淋浴等用熱的負(fù)荷可以稱之為經(jīng)常性用熱負(fù)荷。
由于蒸發(fā)散熱，傳導(dǎo)散熱等計(jì)算十分復(fù)雜，而且必須有游泳池結(jié)構(gòu)的詳細(xì)尺寸，氣象，土壤等資料，為了估算方便，可以將以上因水面蒸發(fā)，水面?zhèn)鲗?dǎo)，池底和池壁傳導(dǎo)而不斷損失熱量四項(xiàng)熱量損失合并為一項(xiàng)，即：按游泳池水面面積m2計(jì)的平均熱散失量，稱之為彌補(bǔ)散熱損失負(fù)荷；對(duì)于補(bǔ)水熱損失，可以按補(bǔ)水量及補(bǔ)水溫差進(jìn)行計(jì)算而得，游泳池每天補(bǔ)水量占游泳池容積的百分?jǐn)?shù)一般室內(nèi)泳池取5%，室外取10%；至于游泳館所用的淋浴、洗滌等生活熱水用量的計(jì)算及制熱所需負(fù)荷，可按常規(guī)計(jì)算。
彌補(bǔ)散熱損失負(fù)荷計(jì)算：
當(dāng)泳池池水水溫為28℃，游泳館內(nèi)溫度為25℃時(shí)，查得每平方米的池水散熱量為349W/m2；泳池的表面積為500m2則：
泳池小時(shí)散熱負(fù)荷Ph1=500m2×349W/m2=174500W=174.5KW
泳池日散熱負(fù)荷為Qh1174.5KW×24h=4188kwh
補(bǔ)水補(bǔ)熱負(fù)荷計(jì)算：
泳池補(bǔ)水需補(bǔ)熱的小時(shí)功率（以最冷工況計(jì)算）按下式計(jì)算：
Ph2=（（V×B/24）（t2-t1））/0.86kwh
=[（750×0.05/24）×（28-10）]/0.86=32.7KW
日補(bǔ)水補(bǔ)熱負(fù)荷：
Qh2=Ph2×24=32.7×24=784.88kwh
式中：Ph2---補(bǔ)水的補(bǔ)熱功率，KW；
Qh2---日補(bǔ)水補(bǔ)熱負(fù)荷，kwh；
V----游泳池容積，m3；（V=750m3）
B----補(bǔ)水量的百分?jǐn)?shù)，%；（取B=5%）
t1----補(bǔ)水初溫，℃；（t1=10℃）
t2----池水溫度，℃；（t2=28℃）
4.3、日用總熱負(fù)荷計(jì)算：
由以上計(jì)算知，該游泳池日使用總熱負(fù)荷為：
∑Qh=Qh1+Qh2=4188kwh+784.88kwh=4972.88kwh
4.4、熱泵機(jī)組選型校核計(jì)算：
所選熱泵機(jī)組應(yīng)滿足冬季一次換水要求，先初選熱泵機(jī)組及臺(tái)數(shù)，然后校核熱泵機(jī)組在日經(jīng)常用熱負(fù)荷下工作時(shí)數(shù)是否在24小時(shí)之內(nèi)。以冬季平均日氣溫及冬季冷水平均水溫來(lái)計(jì)算，上海地區(qū)冬季室外濕球平均溫度為4℃以上，熱泵的制熱量修正系數(shù)為0.65。
熱泵機(jī)組選型計(jì)算：
由以上該恒溫泳池一次性沖擊負(fù)荷（初次充水或換水）計(jì)算知，初次充水或換水的小時(shí)熱功率為：Pzh=376KW，則：
（1）初選“空氣能熱水中心機(jī)組功率為20匹熱泵熱水機(jī)組。該主機(jī)在額定工況下，其輸入熱功率為20KW，平均輸出功率為52KW（冬天工況下）。
（2）主機(jī)臺(tái)數(shù)N=Pzh/（80×0.65）=376/（80×0.65）=8臺(tái)
（3）取整數(shù)臺(tái)8。
說(shuō)明：空氣源熱泵系統(tǒng)常規(guī)用于制取生活熱水，實(shí)際上空氣源熱泵用于泳池系統(tǒng)恒溫加熱是目前熱源當(dāng)中最適用，最經(jīng)濟(jì)的，是真正符合熱泵本身的特性，在珠三角，長(zhǎng)三角以市場(chǎng)已經(jīng)被廣泛的運(yùn)用。
在泳池配置空氣源熱泵系統(tǒng)時(shí)建議甲方選用：空氣預(yù)熱加板式換熱器的模式進(jìn)行對(duì)泳池進(jìn)行加熱恒溫（如選用鎳白銅熱泵機(jī)組對(duì)于甲方增加初始投資，增加后期清洗主機(jī)頻率）。
空氣源熱泵系統(tǒng)和太陽(yáng)能系統(tǒng)組成混合系統(tǒng)進(jìn)行加熱制取熱水的比例：一般在甲方?jīng)]有要求初始投資及方案要求前提下，以空氣源熱泵為主熱源制取熱水，太陽(yáng)能制取熱水配置以空氣源熱泵制取熱水的三分之一為宜。
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