王晓菊 王建新

摘要：根据项目所在区域地热资源条件和综合体不同区域用水特点，确定了生活热水系统与深层地热水供冷供热系统以及光伏发电系统进行整合的设计方案，充分利用当地地热、太阳能资源丰富的优势，通过系统优化，实现了可再生能源利用的最大化。同时，寻找经济合理、技术可行的其他可再生能源利用方式，最大限度降低了生活热水系统能耗，实现了整体项目节能降耗目标。

关键词：清洁能源;生活热水系统;能耗

1.工程概况

本项目建筑面积15580㎡，地下一层，地上六层，为多功能综合楼，包括：①健身功能区;②文教功能区;③休闲娱乐功能区等。本项目充分利用地热资源和太阳能资源充沛的自然条件，在可再生能源利用方面，一是利用深层地热水的中温段作为空调冷热源，降低空调系统能耗;二是采用光伏发电系统实现场零能耗目标;三是对降低整体建筑能耗指标起关键作用的生活热水系统进行了重点优化，对地热水利用系统和光伏发电系统进行整合设计，实现可再生能源利用的最大化，最大限度降低能耗指标。

2.生活热水使用部位及加热负荷分析

本项目生活热水供应范围主要是四部分：①游泳池池水加热;②戏水池池水加热;③淋浴间用水;④卫生间洗手盆用水等。在进行负荷分析时，采暖季、供冷季、过渡季冷水温度分别取4℃、22℃、15℃进行计算。

2.1游泳池负荷分析

游泳池容积600m3，日补水量按其容积5%计，日需补水30m3，小时补水量为1.85m3/h。计算游泳池加热负荷时，应包括水面蒸发热负荷、传导热负荷和补水加热负荷三部分负荷。经计算，采暖季、供冷季、过渡季总加热负荷分别为：128.1kw、129.1kw、104.2kw。

2.2戏水池负荷分析

戏水池容积为24m3，日补水量按15%计，日需补水3.6m3，小时补水量为0.25m3/h。计算戏水池加热负荷亦应分别计算水面蒸发热负荷、传导热负荷和补水加热负荷。经计算，采暖季、供冷季、过渡季戏水池总加热负荷分别为：15.4kw、15.5kw、12.5kw。

2.3淋浴用水负荷分析

健身淋浴最高日用水量为6.6m3，最大小时用水量为1.24m3/h，供水温度设计为60℃。经计算，采暖季、供冷季、过渡季供热负荷分别为：74kw、48kw、59kw。

2.4卫生间洗手盆用水负荷分析

卫生间洗手盆最高日热水用量为1.8m3/d，最大小时热水用量0.24m3/h。热水温度设计为60℃。经计算，采暖季、供冷季、过渡季供热负荷分别为：14.8kw、9.9kw、11.3kw。

3.可供选择的热源分析

本工程可供选择的热源有：①地热尾水;②太阳能;③空气能;④天然气;⑤电。

3.1工程所在区域深层地热资源丰富，地热出水温度88℃，流量100m3/h。根据项目所在地地热资源利用规划要求，采暖季和供冷季时可抽取深层地热水，因此，上述两季地热尾水具有较高的利用价值。供冷季时，地热水换热后作为驱动能源，先经过低温发电机组，进、出水温度分别为85℃、75℃，后进入热水型吸收式高温冷水机组，进、出水温度分别为75℃、65℃。采暖季时，地热水换热后，经发电机组进入供暖换热器，通过热交换器换热为受热区域提供55℃/45℃热水。

3.2 工程所在地区太阳能资源丰富，当地纬度倾角平面年太阳能辐射量为5886.892MJ，当地纬度倾角平面年平均日太阳能辐射量为16348KJ，可见当地太阳能资源具有较高的利用价值。而且，近年来，太阳能热水技术日趋成熟并得到广泛应用，太阳能热水系统供应生活热水对于降低建筑能耗发挥的作用非常明显。

3.3 空气源热泵技术近年来发展较快，其工作原理是热泵系统吸收空气中的低温热能，经系统集热整合后成为高温热源，可用作供暖或提供生活热水。空气源热泵具有较高的能效比，COP达到3.5，因此，空气源热泵热水器作为继燃气热水器、电热水器和太阳能热水器后新一代热水器，在各类建筑中得到广泛应用。但是，环境温度对空气源热泵的供热性能产生一定的影响，供暖季效率降低。

3.4 随着我国基础设施建设不断完善，燃气和电力供应得到充足保障，作为生活热水的常规能源，一直以来是生活热水供应稳定和主要的能源。

4.不同形式热源的能源成本分析

进行能源成本分析的基础，首先要根据当地自然条件状况、能源供应状况和建筑体不同部位使用功能要求，确定计算条件：①由于采暖季和供冷季才有地热水的供应，因此，地热尾水利用系统在过渡季的热源形式为电力;②太阳能热水系统的设计保证率不同季节平均值取值为50%，辅助热源形式为电辅热;③空气源热泵系统在采暖季的效率较低，因此，在采暖季其热源形式为电力。以下是以健身淋浴用水为例进行的能源成本分析：

不同热源形式的能源成本价统计表（表一）

根据上表可知：利用地热尾水加热生活热水的能源成本单价最低，应作为优先方案。燃气加热吨水的能源成本次之，但根据近年经验，存在季节性供应不足的风险，燃气价格也存在长期向上浮动的风险，而且，本着降低建筑能耗和提高可再生能源利用的原则，不推荐使用燃气加热方案，而是着重考虑了地热尾水、太阳能、空气源热泵方案。

5.不同热水系统的投资费用分析

设计方案确定前，对采用不同能源形式的年能源费用、初投资以及10年内的总费用（年维修费用按初投资的1%计）进行了测算。见下表：

不同热水系统的投资费用分析（表二）

由上表可以看出，综合考虑能源成本、投资费用以及可再生能源利用等因素，地热尾水利用系统是最优的生活热水供应方案，应优先选择。

游泳池和淋浴用水比较集中，需配置供水可靠、经济合理的供水系统，地热尾水蕴含大量的余热，并且满足供水稳定、经济合理、环保节能等要求，因此，采暖季和供冷季利用地热尾水作为泳池和淋浴供水热源。关于过渡季泳池和淋浴用水，从可再生能源利用的角度出发，对太阳能热水系统和空气源热泵系统进行了工程经济性综合分析，最终确定了空气源热泵系统作为过渡季热源。

卫生间洗手盆用水量少、用水点分散，对水温要求低，同时，本项目考虑进行光伏光热一体化尝试，因此，确定了太阳能热水系统供应卫生间洗手盆用水的方案。

6.热水供应系统设计

泳池及戏水池设置独立的循环系统，池水加热系统分别设置。为进一步降低能耗，夜间泳池和戏水池表面覆盖保温盖板，池壁和池底增设保温隔热层。

健身淋浴用水采用设置在楼顶的热水水箱利用水的重力供水。

卫生间洗手盆用热水利用安装在楼顶的光伏光热一体化集热器，采用闭式机械循环系统，每个卫生间安装一个60L闭式热水罐进行储水、供水。

7.结语

建筑生活热水热源的选择应结合项目的使用功能、具体需求、当地自然条件、能源供应状况等进行确定，本着可再能源利用的原则，对可利用能源进行整合和优化，提高热源的综合利用效率，实现建筑节能环保、减排降耗目标。本工程采用地热尾水余热、空气源热泵和太阳能集热作为生活热水热源，年提供热量占系统耗热量的96.8%，有效降低了生活热水系统能耗，从而大大降低了整体建筑能耗。

參考文献：

[1]住房和城乡建设部工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院，全国民用建筑工程设计技术措施—给排水[M].  北京：中国计划出版社，2009.

[2]郑瑞澄.民用建筑太阳能热水系统工程技术手册[M].  北京：化学工业出版社，2006.

（作者单位：天津华北地质勘查局）