空气源热泵组合热水系统应用与分析

２００

第３５卷第１６期

９年６月

山

ＳＨＡＮＸＩ

西

ＡＲＣＨＩＴＥＣ兀瓜Ｅ

建

筑

Ｖｏｌ＿３５Ｎｏ．１６Ｊｕｎ．２００９

１９７

文章编号：１００９—６８２５（２００９）１６—０１９７—０３

太阳能和空气源热泵组合热水系统应用与分析

林飞庆

摘要：分别介绍了太阳能和空气源热泵在建筑热水系统中的应用，结合工程实例，就太阳能和空气源热泵组合热水系统的应用和社会经济效益作了论述，得出太阳能和空气源热泵组合热水系统有较大的节能空间的结论。关键词：太阳能，空气源热泵，热水系统，建筑节能中图分类号：ＴＵ８３２

近年来，我国经济一直保持着较快的增长速度，与此同时，能源紧张的矛盾也日益突出。我国能源相对稀缺，人均能源资源量远低于世界平均水平。另一方面，能源工业技术水平低、能耗高、能源利用率低又加剧了国内能源紧张的局面。目前，我国现有建筑中９５％达不到节能标准，建造和使用建筑直接、间接消耗的能源已经占到全社会总能耗的４６．７％，为缓解当前能源危机，节能减排、开发利用新能源日益受到人们的重视。

文献标识码：Ａ

１

太阳能在建筑热水系统中的应用

传统的建筑热水系统供热方式主要有燃煤锅炉加热、燃气锅

炉加热、燃油锅炉加热、电加热等。这些供热方式消耗的均为不可再生能源，且存在利用效率低、燃烧不完全、热损失较大等缺点，因此，不仅造成巨大的能源浪费，在使用过程中排放的氮氧化物、ＣＯ和ＳＯ等废气也对环境造成了巨大的危害。在这种形势下，探索一些新型可再生、无污染的清洁替代能源成为必然趋势。补水，闸阀ＺＦｌ则为补水检验阀。

其优点为投资少，电气化控制要求低，对场地无特殊要求，启动迅速及时；缺点为底阀漏损较大时难保证吸水管内充满水，底阀增加少许水头损失。在采用此系统时应选用质量上乘的底阀，并注明加强对底阀日常管理；补水装置的管径应选大些，建议采用ＤＮ５０以上的补水管。

３采用底阀和补水设施装置

此措施是在水泵吸水管末端安装吸水底阀，水泵出水管止回阀前安装补水装置。安装没计见图３。

４结语

从以上分析可知，三种措施都能保证消防泵在火灾延续时间内迅速及时启动。其中排吸（自吸）式消防水泵和真空引水装置不仅能适应非完全自灌式消防泵，还能适用于抽吸式消防泵。但

圈３

底阀和补水设施装置

采用排吸（自吸）式消防泵时，由于目前市场卜已经消防部门论证的此类消防泵比较少，在选泵时会比较困难，且吸水管路的长短会制约消防泵的启泵正常运转时间，有时吸水管路较长难保证

３０

由于底阀的作用和水池平时液位高于消防泵轴，吸水管内的水不会流入水池，消防泵能静态自动迅速启动，但底阀会经常由于锈蚀或水中杂质卡在橡胶片上等原因而失灵，失去单向阀作用，不能保证消防水位在０点以下及时启动。为保证吸水可靠性，确保在火灾延续时间内吸水管路始终处于充满水的状态，在水泵出水管止回阀前安装补水装置，并把此装置连接到市政给水管或屋顶水箱。平时补水系统上的电磁阀ＤＦ和闸阀ＺＦｌ，ＺＦ２处于常闭状态，闸阀ＺＦ３处于常开状态，在消防泵接到消防控制中心或现场启动信号的同时打开电磁阀，向吸水管内补水，保证在底阀失灵少量漏损的情况下吸水管内也能充满水，确保消防泵在水池液位处于任何位置都能及时启动。由于消防水池的静水压打不开吸水底阀，增设闸阀ＺＦ２用于每次试水复位后及时人工

Ｓ内消防泵正常运行。采用真空引水装置，若吸水管路较长，

其真空罐容积较大，对水泵房的面积要求较高，在实际工程（特别是改建工程）中有时难适应。采用底阀和补水装置设施在理论和实际操作上都能满足消防要求，且投资少，电气化控制要求低，对场地和水泵的要求和以往做法相同，可行性较强。参考文献：

［１］ＧＢ５００１６—２００６，建筑设计防火规范Ｉｓ］．

［２］ＧＢ５００４５．９５，高层民用建筑设计防火规范（２００５年版）Ｉｓ］．［３］

ＧＢ

５００８４—２００１，自动喷水灭火系统设计规范（２００５年版）［ｓ］．

［４］ＧＢ５００１５．２００３，建筑给水排水设计规范［ｓ］．

Ｔｈｅｈｉｄｄｅｎｄａｎｇｅｒｏｕｓａｎｄｐｒｅｖｅｎｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｓｏｆ

ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｌｙａｕｔｏｍａｔｉｃ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒ

ｓｕｃｔｉｏｎ

ｓｔａｌ＇ｔ

ｔａｎｋｆｉｌｌｆｉｒｅｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇ

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Ｊｉａｎ－ｗｕ

ｆｒｏｍｓｔａｎｄａｒｄｉｌｌｕｓｔｒａｔｉｏｎａｂｏｕｔａｕｔｏｍａｔｉｃｔａｎｋｆｉｌｌｓｕｃｔｉｏｎ，ｔｈｅｈｉｄｄｅｎｄａｎｇｅｒｏｕｓｏｆｉｎｃｃｒｍｐｌｅｔｅｌｙａｕｔｏｍａｔｉｃｔａｎｋｆｉＵ

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ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｗｌ丑－ｅａｎａｌｙｚｅｄ，ｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｓｔＯｅｎｈａｎｃｅｉｔｓｓａｆｅｔｙａｎｄｓｔａｂｉｌｉｔｙ

ｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄ．８０

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ｔｉｍｅｉｎｆｉｒｅｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｅｄｏｄ．

Ｋ留ｗｏｒｄｓ：ｉｎｃｏｍｐｌｅｔｄｙａｕｔｏｍａｔｉｃｔａｎｋｆｍｓｕｃｔｉｏｎ，ｆｉｒｅｅｘｔｉｎｇｕｉｓｈｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｈｉｄｄｅｎｄａＤｇｅｒｏＬｉｓ，ｍｅａｓｕｒｅｓ

收稿日期：２００９－０２．０３

作者简介：林飞庆（１９７５一），男，工程师，广东华方工程设计有限公司，广东广州５１０１００

万方数据

．１９８．

爹孑丢专荤訾膂

山

西建筑

太阳能热水系统可分为集中太阳能热水系统和分散太阳能热水系统。太阳能热水系统由太阳能集热器、热水贮水箱和热水输送管网３个部分组成，其中太阳能集热器是决定其热效率的关键构件。

太阳能热水系统中，接受太阳能辐射并向其内部介质（水）传递热量的部件，称为太阳能集热器。目前主要有平板型、伞玻璃真空管、真空热管３种太阳能集热器。平板型太阳能集热器是金属管板式结构，热效率高，产热水量大，可承压，耐空晒，性价比高，但无抗冻能力，适用于广东、云南、海南等冬季不结冰的地区。全玻璃真空管太阳能集热器有一定的抗冻能力，适用于冬季气温在一２０℃－０℃的地区，但不能承受高压，使用时不能缺水空晒，玻璃管易爆裂。真空热管太阳能集热器有很强的抗冻能力，适用于冬季气温在一４０℃～Ｏ℃的地区。可承压，耐空晒，不易爆管。

器的ＣＯＰ为３，即消耗１ｋｗ ｈ的电能，将可以获得３ｋｗ ｈ的热能，与只可以将电能作１：１交换的电加热热水器相比，热泵可以节约２／３的能量。在标准工况下，热泵机组的ＣＯＰ值通常大于４。对于不同循环工质、不同压缩机类型、不同容量和种类的热泵

机组，其ＣＯＰ值还会有差异。在运行中影响热泵机组ＣＯＰ值的

主要因素是蒸发器和冷凝器外部介质（空气或水）的工作温度，以及它们之间的温差。通常在机组允许的温度范围内，蒸发器外部

介质温度越低，或冷凝器外部介质温度越高时，ＣＯＰ值越低。

空气源热泵热水系统通常由空气源热泵、辅助热源、贮（换）热、热水管网组成。

３太阳能和空气源热泵组合热水系统应用实例３．１工程概况

该项目建设用地位于东莞松山湖大道南侧。院区总建筑面积为１１８

９９０

２空气源热泵在建筑热水系统中的应用

热泵是解决能苗等级不合理使用的有效手段。它可以利用高级别能量所具有的潜力，去提取周围环境或将被排放的“废热”中的能量，使其温度升高，从而得到远比这些高级别能昔直接转换时更多的热能。热泵机组用ＣＹ）Ｐ（性能系数）＝制热（冷）功率／输入功率来评价其运行效率。假如１台以电能驱动的热泵热水

ｍ２，其中住院楼为１１层的塔楼；建筑高度５２．５０ｍ。

热水供病房卫生间、沽净手术部刷手间、淋浴间。分区同给水系统，热源采用太阳能＋热泵，设集中热水供应系统。保证全天２４ｈ不问断供应热水，管网内热水温度不低于５５℃。

设计热水用水量见表１。

时变化系数／ｋｈ

１．９５１．７５１．５

表１住院楼热水用量计算表１６０℃）

序号

１２３４５

用水名称病房（住院楼）医务人员食堂未预见用水量总川水量

单位数疑８００床１（Ｊ【Ｊ（Ｊ人

１

用水定额

２００１００１０

供水时ｆｕｌ／ｈ

２４８１ｌ

最高Ｈ用水量／ｎ１３ ｄ一１

１６０．０１００５４３１．４０

最大时用水馈／ｒｎ３ ｈ一１

１３．Ｏ２１．８８７．３６４．２２４６．４６

Ｌ“床 ｄ）Ｌ／（班 人）

８００人Ｌ／（人 次）每Ｅｔ二次１０％用水量

３４５．４０

３．２热水系统及加热设备

以住院楼热水系统为例。

本工程采用２４ｈ热水系统。设计中，太阳能＋空气源热泵热水系统是按在各自独立运行时可满足最高日热水用水量考虑。太阳能集热器选用平板型集热器，因受到屋面安装面积限制，只能安装一部分太阳能集热器。在屋面设置容积为１５６ｍ３的不锈钢装配式热水贮水箱和容积为１０ｍ３的太阳能加热水箱。热水由高位水箱供应各用水点，同时热水回水至贮热水箱，整个系统为立管循环，由连接温度控制系统的电磁阀控制循环的启闭，以确保管网内水温不低于５５℃。

该地区在４月～１１月期间太阳１＝ｔ照时间相对较长，冷水温度较高，加热所需热量较少，在此期ｌ’日Ｊ太阳能加温热水效果较好，因此在４月～１２月期间住院楼热源设备采用太阳能为主，热泵为辅助；当遇到阴雨天气或日照时间和日照强度不足，太阳能系统产水量小，则启动空气源热泵补充热水贮水量，以满足最高日热水用水量的要求。整个系统通过空气源热泵对贮热水箱的循环加热，实现对管网热损失的补偿及对热水贮水昔的补充。在此过程中的运行控制均由温度及水位传感自动控制系统完成。

在１２月～次年３月期间，是一年中气温较低的时间段，阴雨天也占有相当多的一部分时间。在此期间，太阳能产品在该地区的实际效果很差，因此在１２月～次年３月期间热源设备以热泵为主，太阳能加热为辅。启动空气源热泵提供热水贮水量，以满足最高日热水用水量的要求，太障ｊ能系统以日照时间和日照强度提供部分热量。整个系统通过空气源热泵对贮热水箱的循环加热，实现对管网热损失的补偿及对热水贮水量的加热。在此过程中的运行控制均由温度及水位传感自动控制系统完成。

１

１）每天热水总用量Ｍ＝３４５．４ｍ３，热水由１０℃加热至６０℃，温升５０℃。２）每天所需总热茸Ｑ＝３４５．４ｍ３ｘ

ｋｃａｌ／（蟾 ℃）＝１７２７０

０００

１０００

Ｘ

５０℃Ｘ

ｋｃａｌ。３）能源单价：电费１．００元／ｋＷｈ；

天然气３．９５元／ｍ３。４）能源热值：电能８６０ｋｃａｌ／ｋＷｈ；天然气热值８

０００

ｋｃａｌ／ｍ３。５）设备热效率：空气源热泵４００％；燃气加热

８０％。

３．３．２

各种能源设备产热水运行成本对比

１２月～次年３月期间加热３４５．４ｍ３热水运行费用对比表

项目使Ｊ｝Ｉ能源能源啦价能源热值

太阳能＋空气源热泵

电１元／ｋＷｈ

８６０

各种能源设备产热水运行成本对比见表２。

表２

太阳能＋燃气锅炉天然气

３．９５元脯

８０００

ｋｃａｌ／ｋＷｈ

４００

ｋｃａｌ／ｈｐ

８０

加热设备年平均能效比／％

所耗能量每天所需赞用／元

每月所需费川（按３０ｄ计）／元

１２ＪＪ～次年３月所ｊ蔷费用（按１２３ｄ．扣减太ＲＪ能系统提供１５％热鞋汁）／元

５０２０ｋ、ｖｈ２６９８ｍ３

５０２０１５０６【）ｏ５２４８４１

１０６５７．１３１９７１３１１１４１９９．８

仃省费用／－）７元

（其他年费坩一热泉年费用）

５８．９

注：凼受到屋而安装而积限制，只能安装７６０ｍ２太阳能集热器，太ＲＩ能产水量：

按９０Ｌ＾ｎ２汁，１２月～次年３月太阳能集热效率取０．７０，在此期间太ＲＩ能系统约提供１５％热鼋

１２月～次年３月期问太阳能＋空气源热泵系统的节能费用为５８．９万元。空气源热泵热水机组生产单位体积热水的成本仅为天然气热水锅炉生产单位体积热水成本的４７．１％。空气源热泵热水机组与液化气热水锅炉相比，其节能效果明显。

太阳能热水系统与空气源热泵热水系统均具有较大的节能空间。将两者结合应用，不仅可以最大限度地利用太阳能，降低运行成本，而且能够有效利用空气源热泵补偿太阳能的不确定性，

３．３工程社会经济效益分析

３．３．１

１２月～次年３月期间热泵供热系统与其他加热方式运

行费用对比万方数据

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西建筑

Ｖｄ．３５Ｎｏ．１６Ｊｕｎ．２００９

ＡＲＣＨＩＴＥＣＴＵＲＥ １９９

文章编号：１００９—６８２５｛２００９）１６—０１９９—０２

浅论某大空间建筑火灾探测器的设计研究

光艳李洁滨黄进达．

摘要：以某展览建筑的主展厅这一大空间区域为模型，介绍了几种火灾探测器的特点和适用性，分析了如何合理选择和设置火灾探测器，通过采用红外光束感烟探测器和火焰探测器相结合的方式，以实现火灾的早期探测。关键词：大空间，火灾探测器，设置

中图分类号：ｎＪ９９８．１１工程概况

某综合展览建筑采用大跨度空间桁架结构，南北长约１５９ｍ，东西宽１２３ｍ，地上部分总建筑面积为２７

５０７

文献标识码：Ａ

火焰探测器只靠火焰的辐射就能响应，无需燃烧产物的对流产物，对明火的响应比感温和感炯探测器快得多，无需安装在顶棚卜。它的探测区域必须有一个清楚的视野，主要用于火灾初期有明显火焰辐射的情况。目前有两种火焰探测器，一种是通过感知火焰发出的特定频段的红外线或紫外线的火焰探测器，另一种是通过ＣＬ＇Ｄ将采集的视频图像信号进行分析来进行火灾探测报警，通常又称为图像犁火灾探测器。一般在使用自动消防水炮的场合需要使用火灾探测器进行火源定位。

２．３

ｍ２。主展厅一层，

ｍ２；东西入

南北长约１６２ｍ，东西宽约７２ｍ，屋顶内面板距离室内地面的高度为２１．５ｍ～２６ｎｑ，桁架下净高１２．５ｍ，面积１４

２５４

口大厅为三层，入口大厅的一层为展厅辅助用房，二层为办公室和小型会议室，三层为设备用房。本次讨论对象主要是该展览建筑的主展厅。由于使用功能的需要，主展厅建筑面积大、内部宅间高，这样使得火灾燃烧产物在空间传播受空间高度和面积的影响，常常当火灾发展到相当程度，探测器才能感应，难以实现早期火灾报警。因此，火灾探测器的设计研究对这类大空间建筑的早期火灾报警相当重要。

高灵敏度吸气式感烟探测器（ＨＳＡＳＤ）

适用场所：超干净环境，如机房、电站、航卒测试中心等特殊

场合。高灵敏度吸气式感烟探测器，通过空气采样管网不停采集被保护区域内的卒气样品，并对采集的空气样品中的微粒进行分析，以此判断是否发生火灾。此类探测器属于感烟探测器，与普通的点型感烟探测器和红外光束感烟探测器相比有很高的灵敏度，并且在火灾的酝酿阶段即町感知火灾，可以实现极早期探测报警的功能。高灵敏度吸气式感烟探测器可以感知ｌＯｗ～１００Ｗ的小功率燃烧，如果不考虑阴燃阶段，其探测时间一般叮取６０

ｓ。

２火灾探测器探测方式的特点和适用性２．１红外光束感烟探测器

适用场所：无遮挡大空间或有特殊要求的场所，如大型库房、博物馆、档案馆、飞机库房、展览馆等。

该类探测器一般由发射装置和接收装置两部分组成。在正常情况下，发射装置发出的红外光束能够顺利地被接收装置所接收，当有火情时，烟雾扩散至光束通过的空间，对红外线起到吸收和散射的作用，使得接收装置接收到的光信号强度减弱，从而发出火灾报警信号，如果光束被阻挡一般会发出故障信号。

３火灾探测方式的选择

火灾探测方式的选择，应考虑探测区域内可能发生的初期火灾的特性、房间高度、环境条件以及可能引起误报的原因等因素。

本项目主展厅的主要功能为展厅，可燃物性质比较复杂，但是一般应以火灾探测初期发烟的可燃物为主，因此首选感烟类型的火灾探测器。高灵敏度吸气式感烟探测器通常应用于环境比较清洁的场所，由于展厅区域人员和展品较多，因此周嗣空气中会有比较多的灰尘，这些灰尘容易附着在高灵敏度吸气式感烟探

２．２火焰探测器

适用场所：１）火灾时有强烈的火焰辐射；２）液体燃烧火灾等无阴燃阶段的火灾；３）需要对火焰做｝ｎ快速反应，如呵燃气体的泵房、阀门、管道、大开阔窄间的仓库和储木场等。

使整个热水系统在运行中更加安全、可靠。油、天然气、电等传统能源，缓解当前日益严重的能源危机，创造更大的经济价值；另一方面，由于太阳能为清洁、无污染的可再生能源，空气源热泵是高效率、低污染的热机，两者配合使用大大降低ｒ建筑本身对周嗣环境的污染。随着国家对建筑节能的重视不断加大，这一应用领域将迎来更加广阔的发展空间。

４结语

通过工程实例分析可以看出，用太阳能和空气源热泵组合热水系统取代传统热源热水系统应用于建筑中，一方面能够节约柴

Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙａｎｄａｉｒ—ｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐｈｏｔｗａｔｅｒｓｙｓｔｅｍ

ＬＩＮＦｅｉ ｑｉｎｇ

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ

ｏｆｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙａｎｄａｉｒ－ｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐｈｏｔｗａｔｅｒｓｙｓｔｅｍｒｅｓｐｅｃｔｉｖｅｌｙ，ａｎｄｃｏｍｂｉｎｉｎｇｐｒａｃｔｉｃａｌ

ｐｒｏｊｅｃｔ，ｉｔ

ｓｔａｔｅｓ

ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎａｎｄｓｏｃｉａｌｂｅｎｅｆｉｔｏｆｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙａｎｄａｉｒ－ｓｏｕｒｃｅｈｅａｔｐｕｍｐｈｏｔｗａｔｅｘｃｏｍｂｉｎｉｎｇｓｙｓｔｄ＇ｎ，ａｎｄｉｔｃｏｎｃｌｕｄｅｓｔｈａｔｔｈｅ

ｎＫ）ｒｅ

ｃｏｍｂｉｎｉｎｇｓｙｓｔｅｍｍａｉｎｔａｉｎｓ

ｅｎｅｒｇｙ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｐａｃｅ．

ｈｅａｔｐｕｍｐ，ｈｏｔｗａｔｅｒｓｙｓｔ锄ａ，ｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｅｒｖａｔｉｏｎｉｎａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｓｏｌａｒｅｎｅｒｇｙ，ａｉｒ－ｓｏｕｒｃｅ

收稿日期：２００９一０２—０３

作者简介：光艳（１９８２一）。女，助理工程师，中ＩＪＪ市火炬开发区公安消防大队，广东中山５２８４３７

李洁滨（１９８１一），男，助理工程师，中Ｉ“市东升公安消防大队，广东中山５２８４００

黄进达（１９７７一），男，工程师，中ＩｌＪ市港口公安消防大队，广东中山５２８４００

万方数据

太阳能和空气源热泵组合热水系统应用与分析

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：引用次数：

林飞庆， LIN Fei-qing

广东华方工程设计有限公司,广东,广州,510100山西建筑

SHANXI ARCHITECTURE2009，35(16)0次

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