日用35吨水，热水工程怎么设计？
某单位办公楼为含地下2层、地上5层的公用建筑。该楼设有按三星级宾馆的标准客房55间, 以及公共食堂, 要求设置集中供应55℃的生活热水工程。
按每人日用热水量为150 L计算, 客房日用热水量16.50t(55℃), 食堂日用热水量约18.50 t, 总计日最大用热水量35 t, 采用全日供水的模式。
该工程采用太阳能与空气源热泵热水机组结合加蓄热水箱的循环加热、蓄热的开式热水制备系统。太阳能集热板、太阳能循环加热泵、太阳能热水中间水箱, 以及空气源热泵热水机组、循环加热泵、冷水补水泵、循环加热热回水泵和开式蓄热水箱均布置在该楼的屋顶平台上。蓄热水箱中的55℃热水依靠重力(与冷水箱一样), 向下输送至室内热水供应管路系统。管路系统的循环热回水总管由下向上, 通过置于屋顶上的循环热回水泵打入蓄热水箱。
太阳能热水工程设计
1) 气象资料
(1)年平均气温15.30℃
(2)季节日平均气温:夏季(6月～ 8月, 92天),26.79℃;春秋季(3 月～ 5 月、9 月～11 月, 共183天), 15.53℃;冬季(12月～ 2 月, 90天), 3.39℃；
(3)最高月平均气温:32.40℃;最低月平均气温:1.60℃;最低日平均气温:-9℃。
(4)该地区年日照时间2182.40h;太阳年总辐射量1390W/m2 .y;日照百分率49%。
2) 自来水温:春季, 15℃;夏季, 20℃;秋季,15℃;冬季, 5℃;年平均水温, 15℃。
3) 日用热水量:35t
4) 客房部分设高峰时段为晚上7:00 -10:00, 共3 h。热水供应小时变化系数Kb=8.40。
最大小时供热水量：(16500/24)×8.40 =5775 L/ h；
高峰时段的供热水量：5775 ×3 ×0.75 =12994 L；
5) 设食堂用水每日3个高峰:高峰时段2h。最大小时供热水量：(18500/3)÷2 =3083 L/小时.日最大小时的供热水量:5775 +3083 =8858 L/ h；
6) 燃料热值和价格
(1)柴油价7元/kg。燃油锅炉的热效率为0.80, 0#柴油的当量热值为10300 ×0.80 =8240 kcal/ kg=34.49MJ/ kg。
(2)天然气价2.80元/ m3 。
燃气锅炉的热效率为0.85, 天然气的当量热值为8500 ×0.86 =7225 kcal/ kg=30.24MJ/ kg。
(3)电价0.74 元/kWh, 低谷电价0.30 元/kWh。热泵的COP=3.5, 电的当量热值为860 ×3.5 =3010kcal/ kWh =12.60MJ/ kWh。
电锅炉的热效率为0.95, 电的当量热值为860×0.95 =817 kcal/ kWh=3.42MJ/ kWh。
7) 机组参数设计采用KRS-1700 /G-B01型循环式空气源热泵热水机组。
热水负荷计算和设备选择
1) 日用热负荷按冬季平均日气温3.39℃, 上水温度5℃, 热水温度55℃, 日用水量为35000L计算, 日用热负荷2142kWh。
2) 热泵机组选型(按全部应用热泵制热水计)
(1)选用4 台KRS-1700/G-B01型循环式空气源热泵热水机组。在不同季节日产55℃热水35 t。机组日工作小时和季节耗电量见表1。
(2)当低温天气日平均气温为-5℃, 水温为5℃时, KRS-1700/G-B01 机组的输入功率为13.17kW, 输出制热功率为35.21 kW, COP值为2.67。机组每小时可制热水:35.21 ×4 ×860 ×0.95 ÷(55 -5)=2301 L。
机组日均工作时间:35000 ÷2301 =15.21 h;
说明出现-5℃的低温天气时, 即使不用太阳能助推, 四台热泵机组单独运行也可满足全天的用水要求。
(3)当出现该地区罕见的极端最低气温-9℃时, 已超过了本设计所选用的热泵热水机组的工作范围, 此时热水工程将采用太阳能集热板与辅助电加热相结合的传统热源工作模式。设计选定电加热器的日工作时间为20 h, 辅助电加热器加装在蓄热水箱中, 配置的电功率应为2142 ÷20 =107.1 kW必须说明, 电加热器只是作为保证安全可靠供水的辅助手段, 只是在极短的时间内运行。本设计取用2组辅助电加热器, 每组电功率50 kW。
3) 蓄热水箱的容积:客房部分高峰时段的用水量13 t(时间为晚上7:00 -10:00)。
食堂部分每日3次用水高峰, 高峰时段2 h, 用水量18.5 ÷3 =6.17 t。
如果客房和食堂两个高峰用水都在晚上7:00 -10:00发生, 则高峰时段总用热水量为13 +6.17 =19.17 t。
高峰时段4台机组的制热水量为：43.75 ×4 ×3 ×860 ×0.95 ÷(55 -5)=8579 L。
蓄热水箱的有效容积为19.17 -8.58 =10.59m3 。本设计取蓄热水箱容积15 m3 , 并在水箱中加装2组50 kW辅助电加热器。
太阳能集热板年平均日产热水量的核算
1) 根据建筑物屋顶的具体情况, 本工程采用太阳能真空集热管的集热板共180 m2 。采用太阳能集热板加开式蓄热水箱, 机械循环加热, 平均晴日可供应55℃的热水量计算如下。
该地区年日照时间2182.4h(合273天),全年太阳能辐照总量I=1390kW/m2 .y,全年日照百分率49%(日照時数2182.40 h/可照時数4454 h)。
2) 全真空玻璃集热管组成的集热板的集热量
按年平均工况计算:年日照小时2182.4h,日照辐射量1390kW/m2 .y平均小时辐射功率Ih =1390/2182.4 = 0.6369kW/m2 .h。
全日日照小时以8 h计, 集热器效率按55%计(晴天时), 则集热器每日每m2 可获得的热量为0.6369 ×8 ×0.55 =2.80kW/m2.d集热器每日每m2 的制热水量为2.80 ×860 ÷(55 -15)=60.25L/m2 .d180m2 集热板的日总产水量为：60.25 ×180 =10845 L/d。
3) 太阳能热水部分开式中间水箱的容积太阳能集热只能在白天, 180m2 集热板的日平均产水量约10t, 因而该水箱的容积至少要10m3 , 本设计取为10m3 。
一般180平米的太阳能集热器，1天产多少热水？
本中央热水供应系统的热源， 采用以热泵制热水为主， 以太阳能集热为辅的方案， 太阳能集热量在晴好天气时， 仅占全日设计用热量的30%。假如某太阳能热水工程使用的大型集热板分成三组， 每组60m2 ， 总共180m2 。空气源热泵热水机组的能力是以可承担100%的日用热负荷来设计的， 共选用机组4 台， 制热量86kW(环境温度25℃, 水温升K), 总制热功率344 kW, 总输入电功率76.80 kW。
在冬季平均日气温为3~4℃, 冷水温度5℃时， 4台机组在没有太阳能助推的情况下， 全日仅需连续工作12.24h, 可以制备出55℃热水35t, 而且完全可以充分利用夜间的低谷电来制备全日所需的热水。在日气温为-5℃及以上、冷水温度5℃时， 4台机组在没有太阳能助推的情况下， 全日也仅需连续工作15. 21h, 可以制备出55℃热水35t, 而且完全可以不需要辅助电加热。
由于所选用热泵的工质和适应环境温度在(-5～ 40)℃所限制， 当气温骤降至低于-5℃(例如云南昆明极端低温-3℃)时， 可以改用传统的太阳能加电辅助热的运行模式。设计已用100 kW的水箱电加热器， 即使在没有太阳能集热器的情况下， 每小时还可以制取55℃的热水1720L, 日产35000L的热水可在20h内制取， 但这种情况出现的机会极少、持续的时间也很短。根据上述可知， 本设计完全能满足全年连续日夜供应55℃的生活热水。
这4台热泵机组分为两套独立的循环加热系统， 每套两台机组， 配置一台循环加热泵(CR45 -1),另外配置1台备用。两套系统可人为切换：冬季可两套(4台)同时开启， 即使气温在-5℃, 也可以不用辅助电加热。如有太阳能助推， 则机组运行时间更为缩短， 更加节电。春秋季及夏季改用一套热泵加热， 夏季机组日运行时间为8.28h;春秋季也仅为13h, 如有太阳能助推， 则运行时间会更短。
全年只要有太阳能可以利用， 则采用太阳能+热泵联合运行的模式。云南某些地的日照时数2182h, 折合天数约273天。180m2 的太阳能集热板日均产55℃热水10845 L（11吨）, 约占全日需要量的30%。全年有273天中的70%和92天的制热水将由热泵承担。
复合型太阳能热水系统介绍
本文对辅助型采暖系统的三种采暖方式与集中采暖方式进行了比较分析。
并从经济分析的角度对复合型热水系统进行了分析，阐述了复合型热水系统的优越性。
复合型热水系统的某些方面，在太阳能蓄热采暖方式方面，采用再生水；这三个方面分别是初始投资、年度运营成本和静态回收期。结果就是合成能量采暖系统具有较高的初始投资但较低的运行成本，结合静态投资回收期的比较，具有较好的经济效益，辅助型加热方式具有显著的经济效益和良好的市场竞争力。
太阳能集热器和热泵联合系统在我国尚处于起步阶段。有一些原因：一方面，在过去几十年的中国，环境问题没有引起足够的重视。在北方地区，暖房通常使用锅炉房面积。虽然投资少，周期短等，但锅炉房区域的存在仍存在严重的环境污染问题，应予以消除国外经济发达地区。另一方面是经济能力，在当今时代，能够实现太阳能集热器和水泵组合的国家都是经济的发达地区。这主要是由于投资的复杂能源供应，热能远远高于初始加热方法很明显。从而为系统的经济分析提供了理论依据生产和应用。
太阳能蓄热式采暖模式是以太阳能为主要热源进行采暖，然后关闭。水源热泵和通过太阳能集热器回收的水被加热到热水箱中，并在风机盘管末端为房间提供热量。太阳能集热器的性能是影响其性能的主要因素在这种情况下，太阳能集热器的效率是影响集热器发热效果和经济性的主要因素整个系统的成本。太阳能集热器的效率不仅由于产品本身具有很多优点参数还与集热器所需的加热系统温度有关。当使用太阳能作为主要的能源，水温应达到35度。
再生水源热泵供热方式以再生水源热泵为一次供热电源系统，然后关闭太阳能热水加热系统，低再生水通过加热中水源热泵循环利用，将低品位的热量转化为高品位的热量，储存热量储罐，储罐通过风机盘管末端向房间提供热量。再造水源热泵的性能系数是造成这种情况的主要因素，机组的能效比是加热效果的主要因素和整个系统的经济成本。当使用水泵时主要的能量来源，冷凝器水温度可以达到45度，辅助型供热模式以太阳能和再生水源热泵为主要供热方式
系统的主要热源，并通过储水箱来实现能量的释放和储存，太阳能热水系统通过冷水箱中的串联蒸发器进行热泵，通过太阳能集热器进行蓄热在冷藏箱里。当电价处于低谷时，开启中水热泵转低档供热冷藏箱通过夜间热泵加热循环进入高等级供热，一部分可储存在冷藏箱中，另一部分提供给风机盘管，以满足房间的加热要求。当电价上涨时，白天关闭再生水源热泵机组，利用蓄热水箱提供的热量进行蓄热房间靠风机盘管。
