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學(xué)校熱水工程解決方案
時(shí)間:2017-04-20
一、現(xiàn)狀分析
廣州中醫(yī)藥大學(xué)三元里校區(qū)目前共有12棟學(xué)生宿舍,分別為學(xué)生宿舍1棟至10棟和綜合樓(原港澳生樓)以及護(hù)理樓,學(xué)生宿舍6棟為留學(xué)生樓,除學(xué)生樓有熱水供應(yīng)外,其他學(xué)生宿舍目前都沒(méi)有熱水供應(yīng)。除了學(xué)生宿舍6棟,廣州中醫(yī)藥大學(xué)三元里校區(qū)現(xiàn)有學(xué)生大約4662人。根據(jù)供電供水條件可達(dá)到安裝熱水裝置系統(tǒng)要求的樓宇有學(xué)生宿舍:2、3、4、5、6、7、8、9棟、護(hù)理樓、綜合樓共9棟樓。
其中,樓宇設(shè)有獨(dú)立衛(wèi)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(hù)理樓、綜合樓;設(shè)有公共衛(wèi)生間的樓宇有:學(xué)生宿舍2棟、3A棟、4棟。如下表所示。
二、熱水系統(tǒng)的介紹與比較
(1)熱水系統(tǒng)的介紹
1)按照加熱方式的不同主要分為三大類:儲(chǔ)水式,即熱式,速熱式。
儲(chǔ)熱式是指將水加熱的固定式器具,它可長(zhǎng)期或臨時(shí)儲(chǔ)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(duì)流經(jīng)加熱杯的冷水進(jìn)行快速加熱,迅速提升冷水的溫度,達(dá)到即可即熱的效果。速熱式是指采用無(wú)縫純鋼加熱艙,加熱過(guò)程中,熱水形成螺旋對(duì)流,啟動(dòng)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(gè)房間的每個(gè)熱水器為一個(gè)單獨(dú)的主體,這樣不利于統(tǒng)一的控制和節(jié)能的管理,且初次投入的成本和后續(xù)的管理、維護(hù)成本較高,故不建議采用。
目前,絕大多數(shù)高校均采用儲(chǔ)水式供熱模式,統(tǒng)一加熱,分戶定時(shí)供應(yīng)(一般為17:00-24:00),這種方式較容易實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的控制和節(jié)能的管理,故建議采用這種方式。
2)熱水系統(tǒng)按照熱源來(lái)源的不同主要分成四大類:天然氣熱水系統(tǒng)、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)、電熱水系統(tǒng)和空氣能熱水系統(tǒng)。下面將這四種方式的主要優(yōu)缺點(diǎn)簡(jiǎn)單如下:
1、天然氣熱水系統(tǒng)
優(yōu)點(diǎn):加熱快、出水量大、溫度穩(wěn)定,結(jié)水垢少。
缺點(diǎn):使用過(guò)程中會(huì)因燃燒不充分而排出有毒氣體,有較大的安全隱患;起動(dòng)水壓高,若樓層較高,需裝增壓泵否則無(wú)法起動(dòng);不同的燃?xì)猓淙紵餍螤?、噴嘴大小、燃?xì)馔ǖ澜孛娣e均不同;安裝不方便,該校天然氣管道鋪設(shè)至教師生活區(qū),學(xué)生宿舍樓無(wú)天然氣管道。
2、太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)
優(yōu)點(diǎn):安全,避免了燃?xì)鉄崴骱碗姛崴鞔嬖诘陌踩[患,不存在中毒和觸電的隱患,十分安全。節(jié)能,太陽(yáng)能熱水器可節(jié)省日常用于加熱水電費(fèi)、氣費(fèi)90%,減少地球有限能源的消耗,使這些能源用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上,生產(chǎn)更大的社會(huì)效益。環(huán)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?dú)浠衔锏取?/p>
缺點(diǎn):安裝較復(fù)雜,室外維護(hù)較麻煩;普通的落水式太陽(yáng)能熱水器的出水靠落差水壓,如果樓頂與出水點(diǎn)的距離小于三米的話,出水壓力不大;對(duì)上水時(shí)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(qū)的氣候特點(diǎn),冬季光照強(qiáng)度不夠,往往需要空氣能和電輔熱,在對(duì)廣外、美院、廣藥等高校的調(diào)研中了解到太陽(yáng)能的投資較大,收回成本周期較長(zhǎng),且冬季制熱效果不理想,均不推薦。
3、電熱水系統(tǒng)
優(yōu)點(diǎn):能適應(yīng)于任何天氣變化,長(zhǎng)時(shí)間通電可以大流量供熱水。目前市場(chǎng)上銷售的電熱水器多數(shù)還帶有防觸電裝置。
缺點(diǎn):占用室內(nèi)空間較大,易結(jié)水垢,對(duì)電能浪費(fèi)大;最新型的電熱水器內(nèi)置了陽(yáng)極鎂棒除垢裝置,解決了該產(chǎn)品容易結(jié)垢的問(wèn)題,但陽(yáng)極鎂棒需兩年更換一次,保養(yǎng)難度大;防觸電漏電工作需嚴(yán)格到位,否則將會(huì)出現(xiàn)極大的安全隱患。
4、空氣能熱水系統(tǒng)
優(yōu)點(diǎn):超大水量,水箱容量根據(jù)具體要求量身訂做,水量充足;經(jīng)濟(jì)節(jié)省,從空氣中獲取大量的能源,能效比高達(dá)300%~400%;適合范圍廣,不受陰雨天等氣候影響,在環(huán)境溫度為-25℃~43℃下能正常工作;持久恒溫,使用非常簡(jiǎn)單,整個(gè)熱水系統(tǒng)配套自動(dòng)化智能控制系統(tǒng);安全環(huán)保,結(jié)構(gòu)上水電安全分離,且無(wú)任何有害有毒氣體排放或燃燒,不受以臺(tái)風(fēng)等自然災(zāi)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(huán)境下穩(wěn)定運(yùn)行;使用壽命長(zhǎng),維護(hù)費(fèi)用低,設(shè)備性能穩(wěn)定,使用壽命一般可達(dá)15年以上。
缺點(diǎn):冬季氣溫低時(shí)制熱能力衰竭嚴(yán)重,與其它熱水系統(tǒng)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(tǒng)的比較
以熱水量為80噸/天方案為例,各種制熱設(shè)備性價(jià)比較參考:
注:表中每天用水量為80噸,熱水溫度為55℃,升溫40℃為例計(jì)算,燃料價(jià)格按市場(chǎng)價(jià)為參考,太陽(yáng)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(jù)上述分析的內(nèi)容和調(diào)研時(shí)其它高校的經(jīng)驗(yàn),以及在廣州冬季日照差的氣候特點(diǎn),再結(jié)合我校的具體情況,空氣能熱水系統(tǒng)較為適合該校的實(shí)際需注。
主要理由如下:
1)安全性:不用燃?xì)猓粫?huì)產(chǎn)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(tǒng)對(duì)于公共機(jī)構(gòu)用熱最為突出的優(yōu)點(diǎn)。
2)經(jīng)濟(jì)性:空氣能熱泵以環(huán)境空氣作為冷熱源,通過(guò)熱泵夏季制冷,冬季制熱。下表為制取1噸熱水所需能源費(fèi)用對(duì)比。
太陽(yáng)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(chǎn)水量低,與產(chǎn)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(fù)投資建設(shè)的可能,根據(jù)調(diào)研學(xué)校的實(shí)際應(yīng)用情況,效果并不理想。由以上分析可知,空氣能熱泵在經(jīng)濟(jì)性優(yōu)勢(shì)比較明顯。
3)水垢問(wèn)題的考慮
一般情況下溫度越高結(jié)垢會(huì)越嚴(yán)重,因空氣能熱泵熱水系統(tǒng)出水溫度55℃,不容易產(chǎn)生水垢。而電熱水器高溫280~300℃加熱,很容易產(chǎn)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(fā)安全事故。
三、投資回報(bào)分析
(1)總投資估算
1)熱泵主要設(shè)備總價(jià)的估算(熱泵機(jī)組、保溫水箱)
根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù),初步估算各區(qū)域空氣能熱泵機(jī)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(jì)算過(guò)程如下所示:
環(huán)境溫度取5℃,自來(lái)水溫度按冬季冷水溫度10℃計(jì)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(shè)計(jì)機(jī)組平均運(yùn)行時(shí)間為12小時(shí),最不利天氣條件下,不超過(guò)16小時(shí),此次估算取16小時(shí)計(jì)算,則8棟宿舍選定的主機(jī)效率應(yīng)不小于:
19170010Kcal÷860Kcal/KW÷16小時(shí)=139.32Kw/h
以10匹空氣能熱泵機(jī)組為例進(jìn)行估算,10p空氣能熱泵機(jī)組理論制熱量為33kw/h,故理論需要的機(jī)組數(shù)量為:
139.32kw/h÷33kw/h≈4.22,故需選取5臺(tái)10匹空氣能熱泵機(jī)組。