前言

为响应国家政策及集团租赁战略,长租公寓–团队已经如火如荼的开展业务。为规范长租公寓的热水供应系统,顺应公共建筑节能设计规范的要求、节约能源、节省初投资、降低运行成本,特制定长租公寓集中热水系统的设计指引与建设标准。

1设计要求

1.1除非有更好的热源形式或屋面实在无空间布置太阳能板及相关设备的空间,长租公寓应採用太阳能+空气源热泵热水机组联合供应热水的方式。

【释义】目前集中热水供应形式至少有如下方式:

1)太阳能热水+空气源热泵联合供热;

2)燃气锅炉集中供热(含99KW热水器集中供热);

3)太阳能热水+燃气锅炉集中供热;

4)市政蒸汽+板换+热水箱集中供热;

5)空气源热泵单独供热;

6)地源热泵空调(含土壤源、江水源、河水源、污水源)+热回收供热;

7)空气源热泵热水机组空调+全热回收集中供热;

方式2)造价高,受空间限制方式;方式3)需要建设燃气锅炉(真空锅炉或常压锅炉或商业燃气热水器)且需要申请燃气,造价高,时间长;方式4)需要有市政热源;方式5)、6)、7)适合高标准星级酒店及特殊空调热源系统,且方式5)在合肥地区使用不节能。

而方式1)採用太阳能+空气源热泵的方式,属于可再生能源利用的简单形式,冬天太阳能不足部分採用空气源热泵补热,整个系统全部採用电能方式供应,形式简单;诸多太阳能设备公司及集成化公司愿意与XX签署BOT合作协议,免费初投资,运营时销售热水,降低了长租公寓的初投资。因此,只要业务项目的屋面有可摆放太阳能板及其附属设备的空间,应採用该方式提供24小时生活热水。

1.2长租公寓的热水定额为每人每日30-40L/d,每个房间按照1.5人考虑,使用时间为24小时。

【释义】根据建筑给排水设计规范2009年版及09给排水技术措施,规定如下:

宿舍中的一类:博士研究生、教师和企业科技人员,每居室1人,有单独卫生间;

宿舍中的二类:高等院校内的硕士研究生,每居室2人,有单独卫生间;

宿舍中的三类:高等院校的本、专科学生,每居室3-4人,有相对集中的卫生间;

宿舍中的四类:中等院校的学生和工厂企业的职工,每居室6-8人,有相对集中卫生间。

罗列了所有24小时供应热水的不同类型业态的热水用量,长租公寓的热水用水量类似于宿舍1-2类之间。实际选择小于一二类宿舍的用量。经过大量的调研发现,规范上的热水用量普遍偏大已经是不争的事实。同时对插卡收费的公寓、公共浴室等进行长期数据调研,分析个人洗浴的习惯,发现热水用量较小,普遍在25-30L之间。考虑到太阳能热泵热水的冬季供应温度一般在55度左右,假定热水用量为40L,折算为60度的热水用量时,为:,综合以上考虑,因此规定用量为30-40L/s。

1.3 冷、热水系统按照上行下给的方式为每户提供冷热水,冷热水分区保持一致,水压差不应大于5m;应保证干管和立管中的热水循环,配水点的水温不低于45度。

【释义】由于太阳能系统设置在屋面,供应必然从上往下供,为保持冷热水的均衡,要求冷水也需採用上行下给方式,如发现某些已完成项目,已经实施了冷水管安装,没有採用上行下给的方式,需进行改造。上行下给的方式见下图。

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1.4太阳能热水系统採用衬塑复合钢管、热水干管採用衬塑复合钢管,支管採用PPR管。所有外露管材採用保温形式,採用橡塑保温,室外管道需增设保护层。

【释义】基于成本考虑,及保证热水系统的可靠性,设置本条。

1.5 採用真空集热管的太阳能板集热方式,集热板直接摆放在屋面上,设土建基础。

【释义】基于成本考虑,及考虑到直接换热的可靠性,设置本条。

1.6系统分别设置集热水箱和供热水箱。

【释义】为确保热水供应水量及水温的可靠性、稳定性,分别设置太阳能集热水箱及供热水箱。考虑到热泵对水箱内水加热不如燃气热源加热的迅速和快捷,同时考虑合用水箱的温度分层现象,水温不够稳定,考虑将集热水箱和供热水箱分开设置。

1.7屋面太阳能系统设备和管路的布置应综合考虑屋顶其他设备的摆放。

【释义】考虑到一般项目的屋面设有正压送风风机等设备,如某长租公寓为幕墙结构体系,採用了VRV空调方式,存在大量VRV外机,因此在布置好屋面太阳能系统设备后,应与屋面其他设备排布综合叠图,以保证屋面所有设备的摆放的合理、整洁、有序、美观。

1.8应对太阳能热水系统的补水、用电实施计量。

【释义】要求对BOT(Build

-Operate-Transfer,建设、运营、管理)採用的太阳能系统进行水电监测,是长租公寓商业运营的内在要求,本身需要对热水系统的使用量进行检查与核实,也可以约束BOT合作商在设计和实施过程中採用合理的设计、合理的施工手段,採用先进的自控系统和设备,以最大限度地发挥该系统的效能。

1.9长租公寓太阳能热水系统的典型系统原理图。

【释义】给出长租公寓的太阳能热水系统图,为长租公寓太阳能热水系统标准化服务。见图2。设有真空集热管集热器(不带背板);集热水箱、集热循环泵、循环管路、供热水泵、补热水泵、空气源热泵热水机组、供热水箱、供热循环泵、配电柜、自动控制系统等。

1.10长租公寓空气源热泵的选型应考虑极端天气下,空气源热泵的除霜修正与温度修正。

【释义】除霜修正考虑系数为η1=0.8;合肥地区温度修正按照-10度情况下的热泵温度修正系数进行修正η2。如热泵不能满足极端天气下的正常供热要求,应设置电加热器。

图二 长租公寓集中热水标准图

2 计算方法

2.1 太阳能集热系统集热面积Ajz的选型计算

其中,

Ajz–真空集热管太阳能板的总集热面积;

Qr–设计日用热水量;

M—用水单位数;

Tr–热水水温,按照60度;

T1–冷水温度,按照5度;

Jt–集热器採光面上年平均日太阳辐射量(KJ/m2d),合肥取13.24;

f—太阳能保证率,取50-55%;

ηj–年平均集热效率;

η1–储水箱和管路的热损失率,取15-30%。

2.2集热水箱的选型计算

Vrx=Qrjd×Ajz

其中,

Vrx——循环泵流量L;

Qrjd——集热器单位採光面积平均每日产热水量,按照60-70L/m2×d;

Ajz——集热器总面积。

2.3集热系统循环泵的选型计算

循环泵的流量

qX=1.1×qgz×Ajz

qx—-集热系统循环流量;

qgz—单位採光面积集热器对应的工质流量L/s,取0.015-0.02L/(s×m2)。

循环泵的扬程

Hx=hp+hj+hz+hf

Hx—-循环水泵扬程(Kpa);

hp—-循环管道沿程与局部阻力(Kpa);

hj—-集热器的阻力(Kpa);

hz—-集热器与储热水箱之间的高差(Kpa);

hf—-附加压力(Kpa);取20-50Kpa。

2.4小时耗热量的计算

长租公寓设计小时耗热量Qh为:

其中,

Qh–设计小时耗热量KJ/h;

M—用水计算单位数;

Qr–热水用水定额;

ρr-热水密度Kg/L;

Tr–热水温度,取60度;

T1–冷水温度,取5度;T=24h;

Kh–小时变化系数,长租公寓取2.5。

2.5 供热水箱的供热量及有效容积计算

供热水箱的取值,根据日用热水小时变化变化曲线、自动控制装置、热泵的工作制度与供热能力计算确定。长租公寓取45min×Qh来计算。

Qgr=0.75×Kh×M×C×Qr×(Tr-T1)×ρr/24

供热水箱的有效容积:

Vgr=0.75×Kh×M/1000

其中,

Vgr–供热水箱的有效容积;

M—用水单位数;

2.6补热用热泵机组的选型计算

按照水源热泵机组相同的公式进行计算,考虑空气源热泵的修正系数。

2.7热水循环泵的选型

长租公寓热水循环流量

Qx–全热供应热水的循环流量,L/h;

Qs–配水管道的热损失,按照5%Qh;

TX-Ty–配水管道的温度差;按照5-10度选取;

热水循环泵的扬程,一般不超过20m,该水泵的选项由设计院负责校核。

Hb=hp+hx

Hb–循环水泵的扬程(Kpa);

hp–循环水量通过配水管网的水头损失(Kpa);

hx–循环水量通过供水管网的水头损失(Kpa)。

3 自控系统

W1–太阳能集热器水箱水位传感器(压力式)包含T2;

T1–集热器顶部温度传感器;

T3–防冻循环温度传感器(安装于集热循环管路最低温度点);

T5–水管道温度传感器(安装于用水循环管路最低温度点);

P1–集热管路循环泵,亦作为防冻循环泵;

P2–用水管路循环泵(亦可用电磁阀+自动增加泵形式);

P4–恆温水箱温差循环泵;

W2–恆温水箱水位传感器(压力式),包含P4;

T2–太阳能集热水箱温度传感器与水位W2一体;

T6–集热和恆温水箱之间管道温度;

P3–恆温水箱定温进水泵,亦是恆温水箱温差循环泵;

DCF1–上水电磁阀(自来水进集热水箱补水);

DCF2–定温上水电磁阀(自来水进恆温水箱补水);

集热系统控制柜实现的主要功能:

1.定温循环:在设定的三个时间段内,当管道循环温度T5小于管道循环温度定值(默认36度),且恆温水箱温度高于设定值5度,启动管道循环。当T5高于设定值3度或T4小于设定值或T4小于设定值或T4低于T5温度3度时停止。

2.温差循环:当集热器顶部温度与集热器水箱温度之差T1-T2大于等于温差循环起始温度(默认7度),水泵P1打开,进行集热循环,当T1-T2小于等于3度,集热循环停止;

3.定温出水

(1)集热器水箱自动补水:当集热水箱水位小于水位设定下限时,启动电磁阀DCF1,当集热水箱水位大于水位设定上限时,电磁阀DCF1关闭。

(2)集热器定温出水:当集热水箱水温T2大于恆温水箱温度设定值上限+2度时,且循环泵P3未启动时,启动电磁阀DCF1。当集热水箱温度T2小于恆温水箱温度设定上限,关闭电磁阀DCF2。

4.定时辅助加热功能

(1)自动加热:当恆温水箱温度T4小于温度设定下限45度时,自动启动辅助加热,达到水温设置上限后停止加热。

(2)定时加热:在定时加热时间点,当水箱温度T2低于恆温水箱温度设定上限时,启动辅助加热到温度设定上限后停止加热,可设定四个定时时间点。

(3)手动加热:当恆温水箱T4低于恆温水箱温度设定上限时,手动即时启动辅助加热,加热到温度设定上限后停止加热。

5.防冻控制

(1)集热管道防冻:当集热器顶部温度T1或集热器底部温度T3低于防冻温度设定值,水泵P1启动进行防冻循环,当T1和T3都大于等于防冻设定值时,防冻循环停止。

(2)用水管道防冻:当T5低于或等于用水管道设定值即启动水泵P2,到T5达到或等于设定值后,停止启动P2。

(3)集热和恆温水箱之间的防冻:当集热和恆温水箱之间的管道温度T6低于设定值时,水泵P3和P4启动,大于设定值时关闭水泵。

6.集热器高温保护:当集热器温度T2大于95度时,集热器高温保护启动,电磁阀E1、E2和循环泵P1关闭。当集热器温度低于90度时,集热器高温保护关闭,恢复E1、E2、P1功能。

7.集热水箱低水位保护:当集热水箱水位低于集热水位低水位设定数值时,低水位保护启动,循环泵P1、P3关闭。当集热水箱水位大于集热水箱设定值时,水位保护关闭,恢复P1和P3循环泵运行。

8.恆温水箱低水位保护:当恆温水箱水位低于恆温水箱水位设定值时,启动低水位保护,循环泵P2、P4关闭。当恆温水箱水位大于恆温水箱设定值时,水位保护关闭,恢复P2和P4循环泵运行。

9.恆温水箱低温保护:当恆温水箱水位低于恆温水箱水温设定值时,启动低温保护,循环泵P4关闭。当恆温水箱水温大于恆温水箱温度设定值时,低温保护关闭,恢复P4循环泵运行。

10.恆温水箱高温保护:当恆温水箱水位高于恆温水箱水温设定值时,启动高温保护,循环泵P3关闭。当恆温水箱水温低于恆温水箱温度设定值时,高温保护关闭,恢复P4循环泵运行。

11.集热水箱自动补水:当集热水箱水位小于设定值时,启动电磁阀DCF1,当集热水箱水位大于设定值时,关闭DCF1。

12.集热水箱定温进水:当集热水箱温度T2大于恆温水箱设定值上限,且循环泵P3未启动,启动电磁阀DCF1,当集热水箱温度T2小于恆温水箱设定温度设定值上限时,关闭电磁阀DCF1。

4 结语

编制长租公寓热水技术标准,以期节省设计周期,节约运行能耗、节约社会成本,实现长租公寓建设与BOT太阳能热水系统建设单位达到双赢。

附录算例

某长租公寓项目计算书

5.1集热面积

Ajz=30×287×1.5×4.187×(60-5)×0.5/13.24×(1-0.15)×1000×0.5=264m2

5.2集热水箱有效体积

Vrx=70×264=18.5m3

5.3集热系统循环泵流量的选择

Vrb=1.1×0.017×264=5L/s

5.4设计小时耗热量

Qh=2.5×287×1.5×40×(60-5)×1×4.187/24=413073.7Kj/h,换算为114.7KW。

5.6供热水箱有效容积

Vgr=2.5×287×1.5×40×0.75/1000=32.3m3

5.7热泵的选择

Qg=1.05×287×1.5×40×4.187×(60-5)×1/16=260236KJ/h=72.3KW。空气源热泵热水机组在7度情况下的名义制热量为Q7,Q7η1η2>72.3KW,才能满足要求。

作者:撒世忠