江苏天舒电器工程案例之杭州游泳馆供热工程

1、杭州市游泳馆供热工程案例

一、项目概况
本工程为杭州游泳馆热水工程，馆内每天淋浴用水量约100m3，另其现有两座游泳池，泳池Ⅰ尺寸分别为50m*25m*（1.6～3.2）m、Ⅱ尺寸为25m*15m*（1.3～1.6）m，容积分别约为3000m3、544m3。夏季空调峰值总冷负荷为3175KW，冬季空调热负荷为2500KW。现拟采用空调热泵机组作为制热设备，冬季及春秋季节用于制取生活热水、泳池恒温、空调采暖，夏季用于游泳馆制冷，同时通过回收制冷时排放的热量从而制取热水及泳池恒温。

二、系统选型理念
系统拟分别选用兼具空调制冷的泳池恒温热泵专用机组、热泵热水专用机组，在夏季制冷空调季节，为游泳馆提供冷量，起空调和除湿功能，同时制冷时产生的余热完全可以免费进行泳池恒温、生活热水制备。在非空调季节各模块分别提供泳池恒温、生活热水制备、空调采暖等功能。系统根据各部分负荷采用多台机组模块式拼装，同时根据各功能负荷合理分配投入。

三、设计依据
建筑给水排水设计手册
建筑给水排水设计规范（GB50015—2003）
建筑给水排水和热水供应设计规范
给水排水*家建筑标准设计图集
热泵产品样本及说明书（天舒电器有限公司）
热泵智能环境模拟实验室的运行数据（天舒电器有限公司）
客户提供的数据

四、气候概况
杭州气候温暖湿润，四季分明，年平均气温为16.2℃，夏季平均气温28.6℃，冬季平均气温5℃。

五、方案计算
      计算参数：
1、选型环境温度（冬季）：5℃
   夏季空气月平均温度：28℃
春秋季空气月平均温度：15℃
2、选型冷水温度（冬季）：5℃
   夏季冷水平均温度：15℃
春秋季冷水平均温度：10℃
3、冬季、春秋季淋浴热水温度：55℃
夏季淋浴热水温度：45℃
4、泳池水温日均温降（我司对同类游泳池项目调试实践经验数据）：
春秋季2.5℃
夏季1℃
冬季4℃
热量计算
所需的热量按下式计算
泳池Ⅰ：春秋天——=3000m3×1000kg/m3×1kcal/kg·℃×2.5℃=7500000kcal＝8720.9kWh
夏天——=3000m3×1000kg/m3×1kcal/kg·℃×1℃=3000000kcal＝3488.4kWh
冬天——=3000m3×1000kg/m3×1kcal/kg·℃×4℃=12000000kcal＝13953.5kWh

泳池Ⅱ：春秋天——=544m3×1000kg/m3×1kcal/kg·℃×2.5℃=1360000kca＝1581.4kWh
夏天——=544m3×1000kg/m3×1kcal/kg·℃×1℃=544000kca＝632.6kWh
冬天——=544m3×1000kg/m3×1kcal/kg·℃×4℃=2176000kca＝2530.2kWh
淋浴热水：春秋天——=100m3×1000kg/m3×1kcal/kg·℃×（55－10）℃＝4500000kcal＝5232.6kWh
夏天——=100m3×1000kg/m3×1kcal/kg·℃×（45－15）℃=3000000kcal＝3488.4kWh
冬天——=100m3×1000kg/m3×1kcal/kg·℃×（55－5）℃＝5000000kcal＝5814.0kWh
机组运行时间按20小时计算，则小时耗热功率：
游泳池Ⅰ恒温：冬天—— P时＝13953.5kWh÷20h＝697.7kW
夏天—— P时＝3488.4kWh÷20h＝174.4kW
游泳池Ⅱ恒温：冬天—— P时＝2530.2kWh÷20h＝126.5kW
夏天—— P时＝632.6kWh÷20h＝31.6kW
淋浴热水：    冬天—— P时＝5814.0kWh÷20h＝290.7kW
夏天—— P时＝3488.4kWh÷20h＝174.4kW

六、设备选型
冬季采暖季节
根据我司实验数据，当环境温度为5℃时，在泳池恒温工况下（*高出水温度32℃）KRSL-1700/G-BY01机组的输出功率为58.5kW；在制热水工况下（*高出水温度60℃）KRSL-1700/G-B01机组的输出功率为56.1 kW；在采暖工况下（*高出水温度52℃）KRSL-1700/G-B01机组的输出功率为58.0 kW。所以我司建议设备选型如下：
游泳池Ⅰ恒温：冬天——697.7kW÷58.5kW≈12台KRSL-1700/G-BY01
游泳池Ⅱ恒温：冬天——126.5kW÷58.5kW≈3台KRSL-1700/G-BY01
淋浴热水：    冬天——290.7kW÷56.1kW≈5台KRSL-1700/G-B01
空调采暖：    冬天——2500kW÷58.0kW≈43台KRSL-1700/G-B01
即冬天制取淋浴热水需KRSL-1700/G-B01机组5台，泳池恒温需KRSL-1700/G-BY01机组15台，空调采暖需KRSL-1700/G-B01机组43台。
夏季制冷季节
根据我司实验数据，当环境温度为28℃时，在泳池恒温工况下（*高出水温度32℃）KRSL-1700/G-BY01机组的额定余热输出功率为60.0kW；在制热水工况下（*高出水温度60℃）KRSL-1700/G-B01机组的额定余热输出功率为30.0kW；在制冷工况下（冷冻水进出温度12℃/7℃）。所以我司建议设备选型如下：
游泳池Ⅰ恒温：夏天——174.4kW÷60kW≈3台KRSL-1700/G-BY01
游泳池Ⅱ恒温：夏天——31.6kW÷60kW≈1台KRSL-1700/G-BY01
淋浴热水：    夏天——174.4kW÷30kW≈6台KRSL-1700/G-B01
空调制冷：    夏天——3175kW÷66kW≈48台KRSL-1700/G-B01
夏天制取淋浴热水需热泵KRSL-1700/G-B01机组6台，泳池恒温需KRS-1700/G-BY01机组4台，空调制冷需热泵KRSL-1700/G-B01机组48台
根据设备选型以满足夏季制冷，冬季热量不足部分由锅炉补充的原则，实际空调热泵选型数量为48台KRSL-1700/G-B01。

七、热量校核
泳池恒温：
游泳馆内制冷后，泳池的散热量将大幅上升，根据我司以往类似项目调试经验及游泳馆日常运行数据，制冷后游泳池日均温降接近2℃，即制冷后夏季泳池恒温实际所需热量如下（夏季基本只开放泳池Ⅰ）：
泳池Ⅰ：夏天——=3000m3×1000kg/m3×1kcal/kg·℃×2℃=6000000kcal＝6976.8kWh
则小时耗热功率（制冷时间以12h计，故热回收也以12h计）：
游泳池Ⅰ恒温：夏天—— P时＝6976.8kWh÷12h＝581.4kW
所以泳池恒温夏季实际所需热泵数量如下：
游泳池Ⅰ恒温：夏天——581.4kW÷60.0kW≈10台 KRSL-1700/G-BY01
淋浴热水：
根据上面计算内容，夏季制取淋浴热水需热量4651.2 kWh，
则小时耗热功率（制冷时间以12h计，故热回收也以12h计）：
淋浴热水：夏天—— P时＝3488.4kWh÷12h＝290.7kW
所以淋浴热水夏季实际所需热泵数量如下：
淋浴热水：夏天——290.7kW÷30.0kW≈10台
根据上述热泵选型计算，夏季拟选设备数量为48台，及满足热量校核后设备选型，故实际夏季制冷季节设备选型为夏季制冷季节总需KRSL-1700/G-B01机组34台，KRSL-1700/G-BY01机组10台。

八、冷量校核
根据本方案冷量利用以更衣室为主，剩余冷量对游泳馆辅助降温的原则，实际所需冷量如下：
计算参数：
1、更衣室制冷负荷：150W/?
2、游泳馆制冷负荷：250W/?
冷量计算
所需的冷量按下式计算
更衣室：Q =1000?×150W/?＝150000W＝150kW
游泳馆：Q =28000?×250W/?＝7000000W＝7000kW
当环境温度为35℃时，KRS-1700/G-BY01的制冷量为50.0 kW，因此满足更衣室冷量需求的热泵台数约3台。

九、制冷复核计算
根据本方案冷量利用以更衣室为主，剩余冷量对游泳馆辅助降温的原则，以及上文热泵制冷量的计算，热泵系统的制冷量完全满足更衣室的制冷需求，同时能够满足游泳馆部分的制冷需求（计算如下）。
17台*50 kW/台÷7000 kW×100％＝12％

十、辅助热源计算
根据我司实验数据，当环境温度为－5℃时，在泳池恒温工况下（*高出水温度32℃）KRSL-1700/G-BY01机组和KRS-1700/G-BY01机组的输出功率为40.1kW；在制热水工况下（*高出水温度60℃）KRS-1700/G-B01的输出功率为39.2kW。所以当环境温度为－5℃时热泵系统需补充热量如下(以机组工作时间20h计)：
游泳池Ⅰ恒温补充热量：Q＝13953.5kWh－40.1kW×20h×12＝4330kWh
游泳池Ⅱ恒温补充热量：Q＝2530.2kWh－40.1kW×20h×3＝224kWh
淋浴热水补充热量：    Q＝5814.0kWh－39.2kW×20h×5＝1894kWh
即总需补充热量为：4330kWh+224kWh+1894kWh＝6448kWh

十一、设备负荷表
 

十二、运行费用

       淋浴热水
以下按冬季平均环境温度为10℃，使用天数60d（其中30d低于5℃，需启用辅助热源，在此不做比较），冷水温度5℃，热泵机组COP值为3.3；春、秋两季平均环境温度为15℃，冷水温度10℃，使用天数180d，热泵机组COP值为4.1；夏季平均环境温度为28℃，使用天数90d，冷水温度15℃，热泵机组COP值为4.8；电费按正常电价0.89元/kwh、低谷电价0.37元/kwh计算。燃气价格按3.2元/m3，燃气锅炉效率为75%，燃气燃烧值为8600 kcal/ m3。（冬季恶劣工况下采用燃气锅炉加热系统补热，运行费用在此不作比较）
本方案中热泵设计运行时间为20h，故通过技术措施，可以将低谷电时间段充分利用。
冬季热泵平均运行时间为20h，故热泵运行时间2/5时间在低谷时间段，另3/5时间在非低谷时间段。
春秋季热泵平均运行时间为:
20h×3.30（5℃时热泵COP值）÷4.10（15℃时热泵COP值）＝16，故热泵运行时间约1/2时间在低谷时间段，另1/2时间在非低谷时间段。
夏季热泵平均运行时间为:
夏季热量为热泵制冷时免费回收的，所以运行基本费用为0。这里只计算其中用于水箱恒温的热泵所消耗费用。
则热泵冬季运行费用是：
100000kg/d×(55-5) ℃×1kcal/kg·℃÷860 kcal/kwh÷3.30×0.37元/kwh×60d×2/5＝15645元
100000kg/d×(55-5) ℃×1kcal/kg·℃÷860 kcal/kwh÷3.30×0.89元/kwh×60d×3/5＝56448元
春秋季运行费用是：
100000kg/d×(55-10) ℃×1kcal/kg·℃÷860 kcal/kwh÷4.10×0.37元/kwh×180d×1/2＝42499元
100000kg/d×(55-10) ℃×1kcal/kg·℃÷860 kcal/kwh÷4.10×0.89元/kwh×180d×1/2＝102227元
夏季运行费用是：
19.2kW×12h×0.89元/kwh×90d＝18455元
总运行费用：15645＋56448＋42499元＋102227元＋18455元＝235275元

燃气锅炉冬季运行费用是：
100000kg/d×(55-5) ℃×1kcal/kg·℃÷8600 kcal/m3÷0.75×3.2元/m3×60d＝148837元
春、秋季运行费用是：
100000kg/d×(55-10) ℃×1kcal/kg·℃÷8600 kcal/m3÷0.75×3.2元/m3×180d＝401860元
夏季运行费用是：
100000kg/d×(45-15) ℃×1kcal/kg·℃÷8600 kcal/m3÷0.75×3.2元/m3×90d＝133953元
总运行费用：148837＋401860元＋133953元＝684650元
使用热泵年节约费用：684650元－235275元＝449375元

泳池恒温
以下按冬季平均环境温度为10℃，热泵机组COP值为4.5；春、秋两季平均环境温度为15℃，热泵机组COP值为5.0；夏季平均环境温度为25℃，热泵机组COP值为6.0；电费按正常电价0.89元/kwh、低谷电价0.37元/kwh计算。燃气价格按3.2元/m3，燃油锅炉效率为75%，燃油燃烧值为8600 kcal/ m3。
热泵运行时间段同上。
则热泵冬季运行费用是：
（3000000＋544000）kg/d×4.0℃×1kcal/kg·℃÷860 kcal/kwh÷4.5×0.37元/kwh×60d×2/5＝32620元
（3000000＋544000）kg/d×4.0℃×1kcal/kg·℃÷860 kcal/kwh÷4.5×0.89元/kwh×60d×3/5＝117695元
春秋季运行费用是：
（3000000＋544000）kg/d×2.5℃×1kcal/kg·℃÷860 kcal/kwh÷5.0×0.37元/kwh×180d×1/2＝68807元
（3000000＋544000）kg/d×2.5℃×1kcal/kg·℃÷860 kcal/kwh÷5.0×0.89元/kwh×180d×1/2＝165509元
夏季热量为热泵制冷时免费回收的，所以运行基本费用为0。
总运行费用：32620＋117695＋68807元＋165509元＝384631元

燃气锅炉冬季运行费用是：
（3000000＋544000）kg/d×4.0℃×1kcal/kg·℃÷8600 kcal/m3÷0.75×3.2元/m3×60d＝423173元
春、秋季运行费用是：
（3000000＋544000）kg/d×2.5℃×1kcal/kg·℃÷8600 kcal/m3÷0.75×3.2元/m3×180d＝791219元
夏季运行费用是：
（3000000＋544000）kg/d×1℃×1kcal/kg·℃÷8600 kcal/m3÷0.75×3.2元/m3×90d＝158244元
总运行费用：423173＋791219元＋158244元＝1372636元
使用热泵年节约费用：1372636元－384631元＝988005元
其实，当环境温度低于5℃，仍可使用热泵，cop值可以达到2.5以上，其热量不足部分由燃气锅炉加热提供。故年节约运行费用将更多。
故使用热泵系统较原使用燃气锅炉系统年可节约费用：
449375元＋988005元＝1437380元
 

江苏天舒电器有限公司供稿