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            游泳池的耗熱量及選型設計

            日期:2016/1/7 15:47:04

            空氣能如何滿足游泳池的耗熱量

            一、項目概況


            根據所提供的相關數據:

            室內成人泳池,池表面積約為220m2(長*寬=25.8*8.6m),平均池深約1.6m(1.2-2m),池水總量約為350m3。泳池所在室內空間,長*寬*高=43*13*4.5m。本案以泳池室內恒溫22℃,池水恒溫設定在28℃,并控制在27℃至29℃之間(正負1度)。

            二、本案室內泳池恒溫熱水系統設計

             

            根據《建筑給水排水設計規范》(GB50015-2003)中關于用水定額的規定。

             

            本熱水工程采用高效熱泵機組的運行效率隨水溫的升高而下降,超過55℃機組的功耗就會增大,耗電量也隨著增大,機組的能效比就會下降。因此為了機組的能效能達到最佳的運行狀態,本案中泳池最高熱水溫度控制在30℃。根據客戶要求,在室內溫度22℃,相對濕度65%的個工況下,使泳池恒溫溫度保持在28℃。

            1    各工況下日耗熱量計算

            根據《建筑給水排水設計規范》GB50015-2003和《游泳池和水上游樂池給排水設計規程》CECS14:2002設計規范,結合客戶提供的熱水參數資料和泳池的實際需要,各工況下游泳池水表面蒸發損失的熱量。按下式計算: 

            QX=α×у(0.0174Vf+0.0229) (Pb-Pq)A(760/B)

            式中:

            QX——泳池表面蒸發損失的熱量(kJ/h);

            α——熱量換算系數,α=4.1868kJ/kcal;

            у——與泳池水溫相等的飽和蒸汽的蒸發汽化潛熱(kcal/kg),28℃下y=581.4kcal/kg;

            Vf——泳池水面上的風速(m/s),一般按下列規定采用:室內池Vf=0.2~0.5 m/s;露天池Vf=2~3 m/s;

            Pb——與泳池水溫相等的飽和空氣的水蒸汽壓力(mmHg),28℃下Pb=28.3mmHg;

            Pq——泳池的環境空氣的水蒸汽壓力(mmHg),22℃相對濕度65%環境下Pq=12.9mmHg;

            A——泳池總的水表面面積(m2),此泳池計算表面積A=220m2;

            B——當地的大氣壓力(mmHg),冬季工況下B=760.4mmHg,年平均工況下B=755.4mmHg,夏季工況下B=749.4mmHg。

            泳池補充水加熱所需的熱量,應按下式計算:

            Qb=αFу(Tr-Tb)/t

            式中:

            Qb——泳池補充水加熱所需的熱量(kJ/h);

            α——熱量換算系數,α=4.1868(kJ/kcal);

            F——泳池每日總的補充水量(L),補水量按總水量的5%計算,為350*5%≈18m3;

            у——水的密度(kg/m3),y=1000kg/m3;

            Tr——泳池水的溫度(℃)。

            Tb——泳池補充水水溫(℃);

            t——加熱時間(h)。

             

             2   最冷工況下日耗熱量計算

             

            1)最冷工況下泳池表面池水蒸發損失的熱量

            QX=α×у(0.0174Vf+0.0229) (Pb-Pq)A(760/B)

            =4.2×581.4×(0.0174×0.4+0.0229)×(28.3-12.9)×220×(760/760.4)

            ≈2.40491×105 kJ/h≈66.8kW

             

            2) 最冷工況下補水耗熱量:

            Qb=αFу(Tr-Tb)/t=4.2×18×1000×(28-10)/18=0.756×105 kJ/h≈21kW

             

            3)游泳池的水表面、池底、池壁、管道和設備等傳導所損失的熱量,應按游泳池水表面蒸發損失熱量的20%計算

            QZ=QX×20%=66.8kW×20%≈13.4kW

            冬季工況下泳池恒溫單位小時負荷為:QX+Qb+QZ=66.8kWh+21kWh+13.4kWh=101.2kWh,即需要的制熱量為101.2kW。

             3   年平均工況下日耗熱量計算

             

            (1) 年平均工況下泳池表面池水蒸發損失的熱量

            QX=α×у(0.0174Vf+0.0229) (Pb-Pq)A(760/B)

            =4.2×581.4×(0.0174×0.4+0.0229)×(28.3-12.9)×220×(760/755.4)

            ≈2.42083×105 kJ/h≈67.2kW

             

            (2)年平均工況下補水耗熱量:

            Qb=αFу(Tr-Tb)/t=4.2×18×1000×(28-15)/18≈0.546×105kJ/h≈15.2kW

             

            (3)游泳池的水表面、池底、池壁、管道和設備等傳導所損失的熱量,應按游泳池水表面蒸發損失熱量的20%計算

            QZ=QX×20%=67.2kW×20%≈13.4kW

            平均工況下泳池恒溫單位小時負荷為:QX+Qb+QZ=67.2kWh+15.2kWh+13.4kWh=95.8kWh,即需要的制熱量為95.8kW。

             

            4   夏季工況下日耗熱量計算

             

            (1)夏季工況下泳池表面池水蒸發損失的熱量

            QX=α×у(0.0174 Vf+0.0229) (Pb-Pq)A(760/B)

            =4.2×581.4×(0.0174×0.4+0.0229)×(28.3-12.9)×220×(760/749.4)

            ≈2.44021×105 kJ/h≈67.8kW

             

            (2) 夏季工況下補水耗熱量:

            Qb=αFу(Tr-Tb)/t=4.2×18×1000×(28-20)/18≈0.42×105 kJ/h≈11.7kW

             

            (3)游泳池的水表面、池底、池壁、管道和設備等傳導所損失的熱量,應按游泳池水表面蒸發損失熱量的20%計算

            QZ=QX×20%=67.8kW×20%≈13.6kW

            夏季工況下泳池恒溫單位小時負荷為:QX+Qb+QZ=67.8kWh+11.7kWh+13.6kWh=93.1kWh,即需要的制熱量為93.1kW。

             

            表一 日耗熱量計算

            工況

            C(kJ/kg·℃)

            初水溫(℃)

            終水溫(℃)

            水量(kg)

            日耗熱量(kWh),以18小時計

            最冷工況

            4.2

            10

            28

            350000

            101.2*18≈1822

            平均工況

            4.2

            15

            28

            350000

            95.8*18≈1724

            夏季工況

            4.2

            20

            28

            350000

            93.1*18≈1676

             

            三 設備選型及機組工作時間的確定

            根據熱泵產熱原理及特性,它的小時產熱量是隨外界工況變化而變化的,室外溫度越低,產熱量越低,而地域不同,室外溫度不同,故熱泵機組選型時要對產熱量進行修正。同時機組的能效比也是隨著熱水溫度的升高而下降的,故機組設定的熱水最高溫度值不要太高,根據國家標準《商業或工業用及類似用途的熱泵熱水機》GB/T21362—2008的規定,空氣源熱泵熱水機的額定熱水溫度為55℃。

             1   本案泳池恒溫及初加熱設備選型

            維持系統熱量需求(恒溫機組選型),所需的機組制熱最大能力為:101.2kW/小時(冬季工況下)。

             

            根據XX品牌熱泵機組的產品技術參數,決定選用ZKFXRS-80Ⅱ-20P型產品,其額定制熱量為q=80kW,在當地最冷工況下運行時其制熱量的修正系數0.65則每天機組在最冷工況下運行的制熱量為:q′=q×0.65=80×0.65=52kW

            N=QS÷q′=101.2kW÷52kW≈2.0

            根據上述計算,理論上確定該工程中的熱水供應設備應選用2臺ZKFXRS-80Ⅱ-20P泳池機組。

              泳池恒溫設備實際運行時間

            在最冷工況下運行的時候,機組的平均修正系數為0.75,則機組運行的時間為:

            H1=QS1/(q′·n)=1822kWh/(80kW×0.65×2)≈17.5小時

             

            年平均工況運行的時候,機組的平均修正系數為1.0,則機組運行的時間為:

            H2=QS2/(q′·n)=1724kWh/(80kW×1.0×2)≈10.8小時

             

            夏季工況下運行的時候,,機組的平均修正系數為1.1,則機組運行的時間為:

            H3=QS3/(q′·n)=1676kWh/(80kW×1.1×2)≈9.5小時

             

            在設計熱水系統的時候,最主要的是機組在當地最冷工況下也能滿足泳池恒溫的熱水供水需求,因此在進行熱量計算和機組選型的時候,都是按照最冷工況下的要求進行的,所以,當機組不在最冷工況下運行的時候,機組運行的時間顯然要低于在最冷工況下運行的時間。

             

            表二 本案各工況下兩座泳池約350噸池水恒溫熱泵機組工作時間校核

            工況

            機組修正系數

            機組制熱功率(kW)

            機組應提供熱量(kWh)

            機組實際運行時間(h)

            冬季工況

            0.65

            2*80*0.65=104

            1822

            17.5

            春秋工況

            1.00

            2*80*1=160

            1724

            10.8

            夏季工況

            1.10

            2*80*1.1=176

            1676

            9.5

             

            四 本案設計空氣源熱泵熱水機運行費用核算

            本案泳池恒溫所用2臺空氣源熱泵熱水器機組KFXRS-80Ⅱ-20P運行費用

             

            1 機組每天運行耗電量核算

            按照機組工作在最冷工況下的運行狀態,機組每天需要工作的時間為17.5個小時,按照機組的的額定消耗功率(在最冷工況下消耗的功率小于額定工況的消耗功率)為16kW計算,另循環泵功率1.5kw,共17.5kw,機組每天需要消耗的電量為:

            E11=∑ P·H1·n=17.5kW×17.5h×2≈613kWh

             

            年平均工況下機組每天需要消耗的電量為(按照平均每天運行10.8小時計算):

            E12=∑ P·H2·n=17.5kW×10.8h×2≈378kWh

             

            夏季工況下機組每天需要消耗的電量為(按照平均每天運行9.5小時計算):

            E13=∑ P·H3·n=17.5kW×9.5h×2≈333kWh

             

            2 機組每天運行費用核算

            按照目前市場上的平價電電價為1.0元/kWh計算

             

            表三各工況下費用核算(日平均電價為1.0元/kWh)

            項目

            冬季工況

            (90天)

            春秋工況

            (180天)

            夏季工況

            (90天)

            單日耗電量(kWh)

            613

            378

            333

            單日電費(元)

            613

            378

            333

            總耗電費(元)

            5,5170

            6,8040

            2,9970

            全年合計熱泵的運行費用為:15,3180

             

             



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