热水改造工程设计

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摘 要：随着经济的发展，目前很多校区、厂区、宾馆等都存在集中热供水总量不足的现象；文章以某电子厂职工宿舍热供水工程改造项目为例，在保留原有设备的基础上，增加热水机组，整合新老设备，扩充热供水总量，保证了职工宿舍有充足的热水供应，同时又最大限度减少设备投入及运行成本。

关键词：热水工程改造；兼容性；节能环保；空气源热泵

引言

随着节能减排政策的不断推广，经济的发展和人民生活水平的不断提高，太阳能集热器、空气源热泵等第三、四代节能热水器使用率会不断提高[1][2]。目前很多学校、厂区等生活区都采用太阳能集热器空气能热泵等节能方式加热，集中供应热水。但随着厂区、学校的发展，热水容量不足就凸现出来，普遍存在热供水改造问题，如果废掉原有的设备，这样会加大设备投入。在此以河源市高新区某电子公司职工宿舍的热水改造工程为例，说明如何保留原有的设备基础上，改造很好兼容原有设备，达到增大热供水容量，最大限度减少设备投入及运行成本[3]。

1 工程概况

1.1 工程建设气候特点

河源市位于中国广东省东北部，东经114℃30～114℃40'，北纬23℃10'～23℃40'，属热带季风气候，年平均气温20℃-21℃，年平均相对湿度77%，年平均日照2051.1小时。结合本地区气候特点，热水机组选用方案一：太阳能平板集热器+空气源热泵机组辅助加热，这种组合方案的特点是一次性设备投入大，运行成本最低；方案二：空气源热泵机组加热，特点是一次性设备投入适中，运行成本适中。

1.2 电子厂区职工A栋宿舍人员及热水使用情况

宿舍共七层，二～七楼宿舍，有56间宿舍，每个宿舍标准住4人，合计224人，采用集中供热水、用桶提水方式，热水供应时间：18：00-00：00，原有10P空气源热泵机组一台、保温水箱10m3，安装在天面，在冬季每到晚上9点后热供水严重不足，直接影响员工的稳定性。

1.3 改造工程厂家要求

采用空气源热泵加热，加10P空气源热泵机组一台、保温水箱10m3，不安装电辅助加热，预留太阳能集热器接口，安装太阳能集热器为后续工程，预留B栋职工宿舍热水、回水管接口。改造后总热供水量为20m3，保证职工宿舍有充足的冲凉用的热水供应。

2 原有热供水系统存在的问题

图1改造前热水机组

（1）供热水管没有采用循环回水，在间歇热供水过程中因热水管自然冷却，热水浪费大；（2）供热水管没采取保温措施，热量损失大（见图1）；（3）补水控制在50%，且在热水供应期间不设置温度控制补水，水温下降快；（4）热水总量不足，只有10m3（实际能用9m3，考虑水箱底存水及上面留空）；（5）每一楼层10多个宿舍采用一个固定点提桶取热水，终端水龙头安装距离地面0.8米，位置太高，造成取水时热量散失大；（6）水管及线路布局凌乱；存在上述不合理的因素，在冬季热供水时70%的职工可以使用46度以上的热水，剩余的只能用温水甚至是冷水，且在高层供水端在用水高峰期存在水压严重不足的现象。

3 改造方案总体设计要求

50L/每人每天计（标准桶容积约为20L），224人计，预计每天需要55℃热水总计：11.2m3（以冬季热水高峰期为准，夏天热水使用量少），考虑热水余容及B栋宿舍二期热供水建设，设计总容量为20m3，并且新旧设备兼容。

（1）加10P空气能热水机组、10m3保温水箱一套（5m32个，考虑楼面承重问题），保证在下午5点前储备55℃的热水20m3（平面图见图2）；（2）18：00-00：00定时供水、加压、热供水末端循环回水水箱，在末端并通过阀门控制流速，保证热供水管线有足够的水压（平面图见图3）；（3）热水供应时间设定水箱温度低于43度停止补水，非供水时间水位不足随时加水；（4）整合两套空气能热水机组供电、供水、补水、加压、温度控制；（5）预留B栋宿舍热供水及回水热水管接口；（6）预留太阳能热水集热器冷热水管接口；（7）预留水箱三个电辅助加热安装孔。

图2改造后设备布局平面示意图

图3供水回水示意图

4 设备的选择

原有机组10m3水箱、10P机组加热基础上，改造后增加保温水箱10m3、10P空气源热泵机组一台。

4.1 机组选择

考虑在楼顶天面露天安装（如图4），机组选用不锈钢外壳，考虑08年南方雪灾那样的恶劣天气，选用广东长菱空调冷气机制造有限公司生产的热泵，型号CL-H-90K，工作环境温度：-10～43℃，气候类型：普通型/低温型，名义产水量600L/h（环境干球温度20℃，湿球温度15℃下，进水温度15℃）。预计加热55℃、10m3的热水，在冬天平均气温5℃时，每台热泵机组需要工作20小时，间歇时间为4小时；在夏天平均气温30℃时，每台热泵机组需要工作14小时，间歇时间为10个小时。

4.2 水箱选择

10m3保温水箱一套（5m3的水箱2个，分开放置，考虑楼面承重问题），考虑在楼顶天面露天安装（如图4），水箱选用不锈钢外壳，结合紧密，表面光滑，外形美观且材料本身强度大，耐老化。采用厚度为4mm的SUS304食品级不锈钢内胆，亚弧焊接而成，中间保温层为聚氨酯一次性发泡成型，厚度为80mm，保温效果好。

4.3 供热水管的保温

所有热水管均采用联塑PPR热水管，外包PEF保温棉，最外层包扎铝板（如图4）。

图4 主机、水箱、水管安装示意图

4.4 控制方式

两台机组主机采用独立控制，进出水既采用可以同时使用、也可以各自独立使用的控制方式（采用阀门手动控制），定时供水、回水加压采用一套管路统一管理，目的是在夏天热水使用两小时，可以机组轮换使用，节能环保。

使用水温检测、时控器、交流接触器等按要求在供水时间温控补水、加压等功能（见图5、图6）。M2为水箱补水加压水泵，热水供应时段时间控制器2断开，冷水进水受温度控制器控制，热水水箱温度高于45℃并水位低于进水水位时水箱补水，低于45℃或处于高水位时停止补水，非供水时段时间控制器2接通，水箱补水不受温度控制器控制。通过时间控制器1定时控制热水加压水泵M1在供水时段（18：00-00：00）加压、循环回水，供热主管的热水跟水箱循环起来，保证供水点随时放出的都是热水，减少热水的损失。在回管的末端通过阀门控制流速，保证在高层宿舍热供水点有足够的水压。

4.5 循环水泵的选择

循环热水温度在40-55℃之间，泵的工作介质长时间高温状态，要求考虑水泵的寿命，在此选择杭州某公司生产的高性能热水泵。

5 改造后达到的效果

改造后总热水容量为20m3、温度设定为55℃，考虑补水、水箱底存水原因，实际能用水量在18m3。以冬天热水使用量最大来计算。

5.1 按提桶用水计算，每人30L（相当于1.5桶、标准桶为20L），可同时提供550人洗澡热用水。

5.2 按安装花洒用水计算，每人40L，可同时提供412人洗澡热用水。

6 结束语

通过工程完工运行半年后回访，达到总体设计效果。在保留原有的设备基础上，工程改造方案很好兼容原有设备，达到增大热供水容量，保证了职工宿舍有充足的热水供应，同时采用多机联动的控制方式，最大限度减少设备投入及运行成本。

参考文献

[1]郑勇辉.揭阳市卫生学校学生公寓热水工程方案设计[J].企业技术开发，2011（2）：66-69.

[2]关健，蔡声镇，苏伟达，等.面向集群应用的太阳能中央热水工程控制器的设计与实现[J].福建师范大学学报（自然科学版），2011（2）：66-69.

[3]卢长魁，曹静，许全宝等.太阳能热水系统用水箱的多种形式[J].中国住宅设施，2009（11）：46-48.

[4]罗存金.大连港某酒店太阳能集中供热水工程的设计[J].才智，2009（18）：54-55.

作者简介：李春来（1968-），男，广东河源市人，电气工程副教授，学士，研究方向为电力仪表及应用电子技术。