高校生活热水系统的选择和设计

图 1 机房布置图
3.2 热水管输送设计 从专业的角度出发，一个好的热水系统，能让
水压力的平衡是压力稳定的关键基础，是热水供应 系统首先要考虑的问题。热水管道的布置形式主要
使用者在用水点可随时使用温度适宜、压力稳定的 有枝状、星状、环装。其优缺点如表 5 所示：
热水，这是评价系统好坏的两个重要标准。系统供
经验，《城镇直埋供热管道工程技术规程》(CJJ/T81-98) 也已于 1999 年 6 月 1 日起实施。直埋敷设与地沟敷设
埋管，由于热水管道直埋技术在国内已有丰富的使用 相比，可以节省用地、加快施工速度、减少工程投资
第 23 卷第 3 期
龚伟申：高校生活热水系统的选择和设计
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(DN≤500，管径越小越明显)、减少维护工作量，因直 埋管采用导热系数极小的聚氨酯硬质泡沫塑料保温， 热损失小于地沟敷设，还能避免地沟管道长期运行导
缺点
1 寒冷冬季性 能系数低；2 需要辅助加 热 1 冬季浅水温 度低需加防 冻液；2 需要 水利部门许 可；3 水质需 要处理 1 相对投资 高；2 占有小 量的土地面 积；3 出力依 赖土壤的物 性与采集器 面积
COP 2.2~3
2.2~4
4以 上
3 土壤源热泵生活热水的设计与运用
土壤源热泵系统具有制冷性能系数高、节能效
热泵热水机组具有节能环保、安全可靠等优点。
表 3 热泵的特点与效能
热源 空气源 水源
土壤源
特征
环境空气
湖河、海 洋等浅 表水及 工业、生 活废水
浅层土 壤（垂直 与水平 采集器）
优点
1 无限制使 用；2 投资 低
1 可无限制 使用；2 具 有合适的 循环与流 动的水温
1 潜在的无 限制使用； 2 全年水温 相对稳定， 性能系数 高
表4 加热生活用水所需理论制热量及时间
工作季节
工作负荷
工作时间
夏季 冬季 春秋季
8166.67kmh 12833.33 kmh
10500 kmh
9.8h 15.4h 12.6h
水冷式制冷机组选择：选用双螺杆式压缩机的 制冷机组、制冷剂为 R134a、当制热工况 50~60℃ 时、其制热量为 833kW，机组功率为 220.4kW,蒸 发器侧水泵为二备一用，其运行功率为 45kW,冷凝 器侧水泵为二备一用，其运行功率为 30kW。其机 房与热水箱布置如图 1 所示。
有污染 无污染
投资费用 投资费用为 投 资 费 投 资 费
为 1.2
1
用为 0.5 用为 0.5
20 年以上 10~20 年 4~6 年 5~6 年
2.2 学校热水常用热源经济性比较
以往我国高校热水系统所采用热源主要以煤
炭、煤气、天然气、柴油等为主，煤炭因污染严重，
在城市内基本淘汰，而节能型热泵热水系统及太阳
4 结束语
土壤源热泵生活热水系统的运行费用是所有 热源系统中费用最低的，虽然风冷（空气源）热泵 热水系统的费用最接近土壤源热泵系统，但在寒冷 的冬季，风冷热泵在冬季使用时，有冲霜问题，对 于热泵的冲霜，需要专门的控制设施，即在冲霜过 程中，主机要进行逆向循环，制热就要受到限制。 所以土壤源热水系统作为学校生活热水系统是合 适的，也是最经济的，能符合国家节能减排的要求。
土壤源热泵系统一年四季为学生提供生活用水，无
需专用热水锅炉等设施，节约了初投资，降低了日
常费用。
3.1 土壤源热泵生活热水系统设计 本工程设计是与学校图文信息中心共用一个
土壤源地下换热器，使土壤源热泵系统能够夏季为
图文信息中心降温、冬季采暖、一年四季为学生提
供生活用水。
热水系统设计参数的选取：取热水加热至 60
2
13:00 15.6 10.99 32.88 37.47
2
14:00 15.1 10.4 37.2 41.7
2
15:00 14.6 10.3 41.7 46.1
2
16:00 14.5 10.4 45.9 50.0
2
17:00 14.6 10.5 49.8 53.5
2
表 7 学校热水系统实际运行比较：
【摘 要】 以往我国高校热水系统所采用热源主要以煤炭、煤气、天然气、柴油、电力等为主,随着高校教育 大众化进程的逐步加快，高校无论在规模、占地，还是学生人数都呈现高速的发展，同时学校的 能源耗损、经营成本也在逐年上涨，其中学校学生生活热水的耗能是重要之一，本文就学校生活 热水系统的选择设计运用作其论述。
表 6 所示：水箱的注水量为 185m3，其送水温度为
49.8℃，回水箱温度为 46.9℃，采用土壤源热泵制
取 1m3 水，所需电费为 4.87 元，低于其它制热水
的热源(见表 7)。
表 6 2008.10.21 的热水机组运行记录
时间
蒸发器侧水温度
℃
进
出
冷凝器侧水温度
℃
进
出
压缩机工 作台数
2
12:00 18.04 12.65 28.4 33.5
能热水设备也是目前学校优先选用的设施，它们的
经济性如表 2 所示，计算以苏州地区冬季为例，由
冷水温度为 5℃加热至 60℃，苏州地区的商用电价
格为 0.61 元/KWh，城市管道煤气的价格为 600m3/
年以内为 1.02 元/m3，600 m3/年以外为 0.90 元/m3。
城市管道天然气的价格为 2.1 元/m3，0#柴油的价格
果好、利用可再生能源、环保效果好、系统简单、
维护方便等优点，已被欧美国家广泛地应用。我国
各地在政府的积极支持推动下，也在注重土壤源热
泵的应用。
我校在新校建设中，经学校多方考查论证，决
定采用土壤源热泵系统的制冷机组为学生宿舍提
供生活热水（8000 人、平均每人每天提供 25L 左 右 60℃的热水），同时还用于学校图书馆空调；使
表 5 热水管道的布置形式
特 点
枝状
放射状
环状
优 点
管路最短，节约管材
只需放掉使用的支管中的冷水，两个 随时有热水供应，两个用水点
用水点同时使用相互影响较小
同时使用相互影响小
缺 末段用水需放掉管中所有的冷水，两个 点 用水点同时使用相互影响大。
需要分水器等配水件相连接
管路最长，浪费管材，能耗高
本工程热水管路由机房热水箱输送至学生宿舍, 管道选用高密度聚乙烯外护层的聚氨酯镀锌钢管的直
0 引言
随着我国高校教育大众化进程的逐步加快，高 校无论在规模、占地，还是学生人数都呈现高速的 发展，同时学校的能源耗损、经营成本也在逐年上 涨，其中学校学生生活热水的耗能是重要之一。
1 我国高校生活热水供应方式
目前我国高校生活热水供水方式可分为整个 宿舍群集中式热水供应、每幢宿舍楼的分散式热水 供应和每间宿舍为单位的单元宿舍热水供应。
集中式热水系统：整个宿舍群建立以热源和大 型开式或闭式蓄热水箱为主的中央热水供应站，通 过室外热水管道，将热水送到每幢楼，再由室内输 配管路送到每宿舍。
分散式热水系统：每一幢楼屋顶或室外空地安 装一套热水机组为热源的中央热水供应系统。此系 统配用开式或闭式储热水箱，由管路送至各处。
单元宿舍热水系统：每一室内或室外空间安装 一套热水机组为热源的热水供应系统。此系统一般 配用闭式储热水箱或采用即热式热水器，由管路送 至用水处，一般直接用自来水压力供热水。
第 23 卷第 3 期
龚伟申：高校生活热水系统的选择和设计
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表 1 热水系统各类热源的特点
热源 热泵热水 太阳能电热 燃气热 电加热热
特点 系统
水系统
水系统 水系统
所用 能源
安全 性
舒适 方便 实用
美观 性 环保 性 投资 使用 寿命
环境热、电 太阳光、电 燃气
电
安全
热水供应 量大，多 处同时使 用，即开 即有、即 用恒温热 水
【关键词】 高校生活热水；土壤源热泵；直埋管；节能 中图分类号 TU832.1 文献标识码 A
College Living hot water system selection and design Gong Weishen
（Suzhou campus of Nanjing institute of Railway Technology, Suzhou, 215137） 【Abstract】 The past, China's Universities heat hot water system used mainly in coal, gas, natural gas, diesel, electricity and other mainly With the popularization of higher education to speed up the step-by-step process, institutions of higher learning both in scale, covering, or the number of students have shown the development of high-speed, School of energy depletion at the same time, operating costs are rising year after year, one of hot water Living School students are important energy-consuming one, This article on the Living School Choice hot water system design to use for its exposition. 【Keywords】 College Living water；Ground Source Heat Pump；Direct-buried pipe；Energy Saving
室内无设 备
较安全
热水量小， 受气候影响 大，热水温 度低，需要 电热补充。
室内无设备
有中毒、 失火、爆 炸等危 险
热水量 小，只能 区域性 用水，可 连续供 热水，操 作简单。
室内有 设备
有触电、 短路等 危险
热水量 受电功 率限制， 间断性 供水，需 预先加 热，才有 热水 室内有 设备
无污染
无污染
·第762·3 卷第 3 期 2009 年 6 月
制制冷冷与与空空调调 Refrigeration and Air Conditioning
文章编号：1671-6612（2009）03-076-04
Vol.23 No.23009 年 Jun. 2009.76～79
高校生活热水系统的选择和设计
龚伟申
（南京铁道职业技术学院苏州校区 苏州 215137）
℃，夏季冷水温度为 25℃，春秋季冷水温度为 15 ℃，冬季冷水温度为 5℃，由热量计算公式：
Q=cm( t1- t2)
(1)
式中：Q 为水的加热量、c 为水的比热容、m
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制冷与空调
2009 年
为水箱容积，取 200m3，t1 为水箱出水温度、t2 为 水箱进水温度；则每天加热生活热水所需理论制热 量及时间的计算结果如表 4 所示。
为 2.82 元/m3。
表 2 制取 1m3 热水所需的电费
序 号
热源
热效 率
热值
单价
制取 1m3 热 水（60℃）
1
电热
90%
3559
0.61
kJ/kW.h 元/kW.h
43.846 元
2 柴油 60%
41868 km/kg
2.82 元/kg
管道 3 煤气 70%
15072 kJ/m3
0.9 元/ m3
致保温层开裂、损坏以及地沟浸水造成热损失增加等 问题。学校热水管道以环状系统布置，总的循环管长 度约有四千多米，热水管路设计布置如图 2 所示。
图 2 生活热水管路图
3.3 热水机组及输送管道进行测试
热水Байду номын сангаас组于 2008 年 10 月 10 日调试运行，基
本上能满足学生洗澡的要求，热水机组工作状况如
序号
热源
热效率
1m3 热水的费用
差值 （元）
1
电热
90% 17.117（元） 12.25
2
柴油
60%
10.09（元）
5.22
3 管道煤气 70%
7.667（元） 2.797
4
天然气
70%
8.05（元）
3.18
5 风冷热泵 260% 5.925（元）
1.05
6 土壤源热泵 >300% 4.87（元）
0
2 高校生活热水热源的比较
2.1 热水系统各类热源特点 一般集中式热水系统都以煤、燃油、天然气或城
市管道煤气为燃料，分散式热水系统都以燃油、天然 气或城市管道煤气、热泵为燃料。单元宿舍以太阳能、 电热以储热式为主。各热源特点如表 1 所示。
作者简介：龚伟申（1961-），男，副教授，主要从事空调与制冷教学研究。 收稿日期：2009-02-06
天然 4 气 70%
33494 kJ/m3
2.1 元/m3
风冷 220% 3559 0.61 元 5 热泵 ~300% kJ/kw.h /kW.h
25.85 元 19.64 元 20.62 元 13.15 元
2.3 各类热泵的特征
热泵又可分为空气源热泵、水源热泵、土壤源
热泵与废热热泵，它们的特点与效能如表 3 所示，