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學校熱水工程解決方案
時間：2017-04-20
一、現狀分析
廣州中醫藥大學三元里校區目前共有12棟學生宿舍，分別為學生宿舍1棟至10棟和綜合樓(原港澳生樓)以及護理樓，學生宿舍6棟為留學生樓，除學生樓有熱水供應外，其他學生宿舍目前都沒有熱水供應。除了學生宿舍6棟，廣州中醫藥大學三元里校區現有學生大約4662人。根據供電供水條件可達到安裝熱水裝置系統要求的樓宇有學生宿舍：2、3、4、5、6、7、8、9棟、護理樓、綜合樓共9棟樓。
其中，樓宇設有獨立衛生間的樓宇有：男生宿舍有3棟B、7棟、5棟（男女博士生住）、女生宿舍有8棟、9棟、護理樓、綜合樓；設有公共衛生間的樓宇有：學生宿舍2棟、3A棟、4棟。如下表所示。
二、熱水系統的介紹與比較
（1）熱水系統的介紹
1）按照加熱方式的不同主要分為三大類：儲水式，即熱式，速熱式。
儲熱式是指將水加熱的固定式器具，它可長期或臨時儲存熱水，并裝有控制或限制水溫的裝置。即熱式是指利用高功率的加熱管，對流經加熱杯的冷水進行快速加熱，迅速提升冷水的溫度，達到即可即熱的效果。速熱式是指采用無縫純鋼加熱艙，加熱過程中，熱水形成螺旋對流，啟動后2.5分鐘或8分鐘后可用。如采用即熱式或速熱式，由于加熱原理和功率的影響，必須做到安裝到戶，即每個房間的每個熱水器為一個單獨的主體，這樣不利于統一的控制和節能的管理，且初次投入的成本和后續的管理、維護成本較高，故不建議采用。
目前，絕大多數高校均采用儲水式供熱模式，統一加熱，分戶定時供應（一般為17:00-24:00），這種方式較容易實現統一的控制和節能的管理，故建議采用這種方式。
2）熱水系統按照熱源來源的不同主要分成四大類：天然氣熱水系統、太陽能熱水系統、電熱水系統和空氣能熱水系統。下面將這四種方式的主要優缺點簡單如下：
1、天然氣熱水系統
優點：加熱快、出水量大、溫度穩定，結水垢少。
缺點：使用過程中會因燃燒不充分而排出有毒氣體，有較大的安全隱患；起動水壓高，若樓層較高，需裝增壓泵否則無法起動；不同的燃氣，其燃燒器形狀、噴嘴大小、燃氣通道截面積均不同；安裝不方便，該校天然氣管道鋪設至教師生活區，學生宿舍樓無天然氣管道。
2、太陽能熱水系統
優點：安全，避免了燃氣熱水器和電熱水器存在的安全隱患，不存在中毒和觸電的隱患，十分安全。節能，太陽能熱水器可節省日常用于加熱水電費、氣費90%，減少地球有限能源的消耗，使這些能源用于工農業生產上，生產更大的社會效益。環保，減少由于燃煤向大氣排放的二氧化碳、一氧化碳、粉塵、二氧化硫、氮氫化合物等。
缺點：安裝較復雜，室外維護較麻煩；普通的落水式太陽能熱水器的出水靠落差水壓，如果樓頂與出水點的距離小于三米的話，出水壓力不大；對上水時間有限制，中午暴曬后不允許上水，否則有可能炸管；由于廣州地區的氣候特點，冬季光照強度不夠，往往需要空氣能和電輔熱，在對廣外、美院、廣藥等高校的調研中了解到太陽能的投資較大，收回成本周期較長，且冬季制熱效果不理想，均不推薦。
3、電熱水系統
優點：能適應于任何天氣變化，長時間通電可以大流量供熱水。目前市場上銷售的電熱水器多數還帶有防觸電裝置。
缺點：占用室內空間較大，易結水垢，對電能浪費大；最新型的電熱水器內置了陽極鎂棒除垢裝置，解決了該產品容易結垢的問題，但陽極鎂棒需兩年更換一次，保養難度大；防觸電漏電工作需嚴格到位，否則將會出現極大的安全隱患。
4、空氣能熱水系統
優點：超大水量，水箱容量根據具體要求量身訂做，水量充足；經濟節省，從空氣中獲取大量的能源，能效比高達300%~400%；適合范圍廣，不受陰雨天等氣候影響，在環境溫度為-25℃~43℃下能正常工作；持久恒溫，使用非常簡單，整個熱水系統配套自動化智能控制系統；安全環保，結構上水電安全分離，且無任何有害有毒氣體排放或燃燒，不受以臺風等自然災害的影響；防凍功能，具有智能化霜功能，確保熱水器在低氣溫環境下穩定運行；使用壽命長，維護費用低，設備性能穩定，使用壽命一般可達15年以上。
缺點：冬季氣溫低時制熱能力衰竭嚴重，與其它熱水系統相比較，初次投入成本較高；體積較大，安裝地方有限制。
（2）熱水系統的比較
以熱水量為80噸/天方案為例，各種制熱設備性價比較參考：
注：表中每天用水量為80噸，熱水溫度為55℃，升溫40℃為例計算，燃料價格按市場價為參考，太陽能按每年30%~40%陰雨天氣用電輔助加熱或熱泵熱水器加熱。
根據上述分析的內容和調研時其它高校的經驗，以及在廣州冬季日照差的氣候特點，再結合我校的具體情況，空氣能熱水系統較為適合該校的實際需注。
主要理由如下：
1）安全性：不用燃氣，不會產生任何廢氣，避免了“煤氣中毒”的安全隱患；不用電加熱棒加熱，避免了“漏電”的安全隱患。安全性是空氣能系統對于公共機構用熱最為突出的優點。
2）經濟性：空氣能熱泵以環境空氣作為冷熱源，通過熱泵夏季制冷，冬季制熱。下表為制取1噸熱水所需能源費用對比。
太陽能熱水器受日照影響明顯，在廣州冬季日照差，其單位面積產水量低，與產水量與熱水需求量不一致，其只能與其它加熱方式配合使用，因此存在重復投資建設的可能，根據調研學校的實際應用情況，效果并不理想。由以上分析可知，空氣能熱泵在經濟性優勢比較明顯。
3）水垢問題的考慮
一般情況下溫度越高結垢會越嚴重，因空氣能熱泵熱水系統出水溫度55℃，不容易產生水垢。而電熱水器高溫280~300℃加熱，很容易產生水垢，繼而造成熱效率降低，耗電量增加，出水壓力減少，甚至引發安全事故。
三、投資回報分析
（1）總投資估算
1)熱泵主要設備總價的估算（熱泵機組、保溫水箱）
根據現有數據，初步估算各區域空氣能熱泵機組制熱量能力理論選取值如下表所示：
以8棟宿舍為例，其計算過程如下所示：
環境溫度取5℃，自來水溫度按冬季冷水溫度10℃計算，則每天將42.6噸10℃冷水加熱成55℃熱水所需的熱量：
Q=CM△=1Kcal/L℃x42.6Tx(55-10)℃=1917000Kcal
設計機組平均運行時間為12小時，最不利天氣條件下，不超過16小時，此次估算取16小時計算，則8棟宿舍選定的主機效率應不小于：
19170010Kcal÷860Kcal/KW÷16小時=139.32Kw/h
以10匹空氣能熱泵機組為例進行估算，10p空氣能熱泵機組理論制熱量為33kw/h，故理論需要的機組數量為：
139.32kw/h÷33kw/h≈4.22，故需選取5臺10匹空氣能熱泵機組。
