杨玥 王伟东

摘 要：以青岛市某宾馆项目为例，详细探讨了空气源热水系统的设计思路及项目方对空气源热水机组的功能要求，阐述了空气源热水机组系统设计时的注意事项，并对供热系统的经济性进行了分析。

关键词：空气源热水机组;供热系统改造;清洁能源;设计要点;经济性

0    引言

空气源热水机组产品是以空气为冷却介质的空调设备，其直接与空气换热，属于清洁能源产品，可替代燃煤、燃气锅炉等传统供热设备。在环保方面，该机组不使用煤炭及燃气，无污染废气产生;在能效方面，空气源热水机组性能系数可达4左右，可有效节省运行费用;在舒适度方面，该机组具有全自动稳压系统，使用时不会出现忽冷忽热的现象。此外，该机组安装形式简单，可放置于屋顶或室外庭院，与水源热泵机组相比，其不需要专用机房和冷却塔，节省初投资，可广泛应用于供热系统改造项目。因此，积极推广空气源热水机组对于实现环境、能源、经济的平衡发展具有十分重要的意义。

1  工程概况

青岛市某宾馆热水系统改造项目，原热水系统采用燃煤锅炉作为热源，现改造为空气源热水机组系统。基于空气源热水机组在冬季会出现制热量衰减的情况，该项目在冬季采用市政管网与容积式换热器相结合的方式制取热水，而在夏季和春秋季则采用空气源热水机组制取热水，并配置蓄热水箱，热水机组每天的运行时间为14 h。

经与客户沟通，该项目确定设计负荷采用全日制集中供应热水的形式，供应热水床位按300个计算。

2  方案设计

2.1  热水设计参数

该项目热水设计参数如表1所示。

2.2   設计计算

2.2.1   实际热水用量

根据《全国民用建筑工程设计技术措施》，用水定额的设计温度为60 ℃，但是实际空气源热水机组提供的热水温度最高为55 ℃，需进行热水量的换算，计算公式如下：

q1=K·q2·m·（t2-tl）/（t1-t冷）

式中：q1为设计热水量（L）;q2为用水定额热水量（L）;t1为设计热水温度（℃）;m为用水计量单位数;t2为定额热水温度（60 ℃）;t冷为设计冷水温度（℃）;K为热水使用率（按建筑用途，或与业主沟通、协商，取0.5～1，该项目夏季、春秋季取0.8，冬季考虑宾馆和厨房取0.9）。

t冷的温度，根据该项目当地夏季、春秋季及冬季的自来水平均温度确定，夏季t冷为15 ℃，春秋季t冷为10 ℃，冬季t冷为5 ℃。夏季每天使用热水量：q夏= 37 800 L，春秋季每天使用热水量：q春秋= 37 333 L，冬季每天使用热水量：q冬= 53 460 L。

2.2.2   热水负荷计算

根据热水用水量和被加热水的温升，热水负荷按下式计算：

Q=C·M·△T·Kh= C·（q1·ρ）·（t1-t冷）·Kh

式中：Q为每天的热水负荷（kJ）;△T为冷热水温差（℃）;M为每天用水量（kg）;ρ为水的密度（kg/L）;C为水的比热容，为4.186 8 kJ/（kg·℃）;Kh为设计小时变化系数，根据经验，取夏季、春秋季为1.6，冬季为2.5。

计算结果：

Q夏季=4.186 8×（37 800×1）×（55-15）×1.6≈10 128 707 kJ

Q春秋季=4.186 8×（37 333×1）×（55-10）×1.6 ≈11 254 018 kJ

Q冬季=4.186 8×（53 460×1）×（55-5）×2.5=27 978 291 kJ

2.2.3   空气源热水机组选型

因该项目采用空气源热水机组为客户提供热水，根据2.2.2热水负荷的计算结果及空气源热水机组每天的工作时间进行设备选型，按如下公式计算：

W=Q/（H·3 600）

式中：W为空气源热水机组制热量（kW）;Q为每天热水负荷（kJ）;H为空气源热水机组每天工作的时间（一般按照每天工作10～14 h计算，考虑经济性取14 h）。

计算结果：

W夏季=10 128 707÷（14×3 600）≈201 kW

W春秋季=11 254 018÷（14×3 600）≈223 kW

综上，在夏季及春秋季热水负荷全部由空气源热水机组提供的情况下，拟选某品牌制热量为110 kW的空气源热水机组CA100，数量为2台。

2.2.4   水箱选型（根据实际热水用量计算）

储热水箱（罐）选型：

V水箱=（q/h1）·h2·A·K1

式中：V水箱为储水箱容积（m3）;q为每天使用的热水量（m3），取夏季q夏;h1为热水使用时间，考虑宾馆实际使用情况，取24 h;h2为保证高峰用水时间，一般取2～5 h，该项目取3 h;A为最高日最高时热水量与该日平均小时热水量的比值，根据改造前实际使用情况取3.33;K1为设计安全系数值，一般为1.1～1.3，该项目取1.3。

计算结果：

V水箱=（37 800÷24）×3×3.33×1.3≈20 455 L =20.455 m3

综上，选取某品牌不锈钢保温水箱1台，标准容量为21 m3。

2.2.5   水泵选型

循环水泵循环水流量确定：循环水泵循环水流量=设备额定水流量×台数×余量系数（余量系数取1.05～1.2），即18.9×2×1.1=41.58 m3/h，根据该项目水泵实际安装位置情况，扬程初步核算设计为20 m。

综上，取水泵流量为42 m3/h，扬程为20 m。

2.2.6   冬季采用市政管网

采用2台不锈钢材质的容积式热水器，该热水器功率为323 kW，体积为2 m3。管网侧进出水温度为90/75 ℃，用户侧出水温度为55 ℃。

3  空气源热水机组系统

空气源热水机组系统主要由空气源热水机、水泵、水箱、循环水管道等设备组成，该系统流程图如图1所示。

4  供热系统经济性分析

4.1   初投资概算

根据具体选型结果对初投资进行概算，具体如表2所示。

4.2   运行费用概算

根据夏季90天，春秋季150天，冬季120天计算运行费用，具体如表3所示。