太阳能作为医院建筑洗浴热水系统的热源存在一定的局限性。一是由于太阳能受季节、气候影响较大,当遇阴雨天气日照不充足时,不能满足使用要求;二是受建筑布局及面积的影响,太阳能集热板在病房楼屋顶上布置的数量有限,不能提供足够的热量。医院建筑洗浴热水用水量大,太阳能热水系统需要与其他热源系统联合供应热水。
以山东省某医院为例,在冬季由热电厂提供的热水作为该院生活热水系统的热源,采用热媒换热系统为主、太阳能热水系统为辅的制热水方式,可为医院生活热水用水末端提供稳定可靠的洗浴热水。但是只在冬季才有热电厂供应热水,在夏季和过渡季节,仅靠太阳能系统在阴雨天气仍不能满足医院对生活热水的需要。于是,该院在夏季和过渡季节采用了太阳能热水系统为主、空气源热泵热水机组系统为辅的制热水方式,减轻了热水制备对于日趋紧张的燃料供应的依赖和节能减排压力,降低了热水制备的成本。
一、建筑概况
该院总建筑面积71219m2。主楼部分地上16层, 建筑面积为26151m2; 地下1 层, 建筑面积为1571m2;建筑高度为65.55m。裙房部分地上5层,建筑面积为34751m2;地下1 层,建筑面积为8746m2;建筑高度22.75m。
主楼各层功能布置如下:地下一层为空调机房、水泵房、变配电室、库房(丁戊类)、高压配电室、太平间;一层为出入院办理、银行、商店、鲜花超市、值班室、消防控制室等;二层为静脉配置中心、病房药房、办公区等;三层为透析中心、办公区等;四层为ICU、净化机房等;五至十六层为标准护理单元(48 床)。裙房主要为门诊医技部分。
二、热水系统概况
热水系统在冬季采用热媒换热系统为主、太阳能系统为辅的制热水方式,热媒为热水,接自热电厂的热力管网,供水80℃,回水50℃,水- 水板式换热器(立式)放置在地下室生活水泵房内。夏季和过渡季节采用太阳能系统为主、空气源热泵热水系统为辅的制热水方式。太阳能集热器、空气源热泵热水机组放置在主楼屋顶。室内洗浴热水系统竖向分为3 个区:一区为十六层,由水箱间内的变频机组供水;二区为十一层至十五层,三区为五至十层,二区、三区由热水箱重力供水,热水箱放在屋顶水箱间内,有效容积为32m3。
热水设计温度为55℃,热水系统设计为干管、立管同程循环。病房洗浴热水为定时供水,每次供水时间不小于2 小时,建议尽量在下午或晚上供水,以充分发挥太阳能的作用。
表1 各区热水供水量及小时耗热量
热水分区 | 设计小时热水量(m3/h) | 设计小时耗热量(kJ/h) |
一区 | 2.75 | 577400 |
二区 | 13.75 | 2886800 |
三区 | 16.5 | 3464200 |
该院选用3 台BAH-4600C 空气源热泵热水机组,制热量为173.2kW,制热水量为4.6t/h;选用两组M6-MFG 水-水板式换热器(立式),换热量为1585kW。
三、热水系统工作原理
系统工作原理如图1 所示。
在冬季,系统分三种运行工况:
工况一:太阳能热水系统单独工作。光照充足、太阳能集热器的温度大于储水箱设定温度5℃时运行此工况。
工况二:热媒换热器单独工作(只要条件具备,太阳能热水系统即优先投入运行)。冬季遇阴雨天气,太阳能集热器温度不能满足要求时运行此工况。
工况三:太阳能热水系统与热媒换热器联合工作。
水箱热水设定温度为55℃。机组每隔30 分钟检测水箱温度一次,如果比设定值低8℃,热媒换热器系统循环泵自动启动,同时停止太阳能系统循环泵,待水温达到设定温度,系统即自动关闭;当集热器温度大于水箱设定值2℃时停止热媒换热器系统,启动太阳能系统;在光照条件下,当集热器温度大于储水箱温度5℃时,启动太阳能热水系统循环泵,当集热器与储水箱水温温差小于2℃时,太阳能热水系统循环泵停止工作。
夏季和过渡季节系统分三种运行工况:
工况一:太阳能热水系统单独工作。光照充足、太阳能集热器的温度大于储水箱设定温度5℃时运行此工况。
工况二:空气源热泵热水机组单独工作(只要条件具备,太阳能热水系统即优先投入运行)。遇阴雨天气,太阳能集热器温度不能满足要求时运行此工况。
工况三:太阳能热水系统与空气源热泵热水机组联合工作。
水箱热水设定温度为55℃。机组每隔30 分钟检测水箱温度一次,比设定值低8℃,空气源热泵热水机组自动启动,同时停止太阳能热水系统循环泵,待水温达到设定温度,系统即自动关闭;当集热器温度大于水箱设定值2℃时停止空气源热泵热水机组系统,启动太阳能热水系统;在光照条件下,当集热器温度大于储水箱温度5℃时,启动太阳能热水系统循环泵;当集热器与储水箱水温温差小于2℃时,太阳能热水系统循环泵停止工作。
当热水系统回水端温度≤ 50℃时启动热水系统循环泵,当温度等于55℃时停泵,定时供热水系统在设定的工作时间外不启动,以节约能量。热水的制备以太阳能热水系统为主,充分节约能源。
补水控制:当水箱水位低于最低水位时,补水电磁阀开启,向水箱补水;当水位达到高水位时,补水电磁阀关闭,停止补水。
四、经济性比较
以每吨水从15℃加热到55℃需167200kJ 热量为例,电价取1元/度,对各种热水加热设备的运行成本进行对比,如图2 所示。
图中数据显示出空气源热泵热水机组的运行具有明显的经济性。另外,在夏季和过渡季节,太阳能热水系统和空气源热泵热水机组的运行效率均比较高;在冬季,当太阳能热水系统不能满足使用要求时,有热电厂的热水做热源,使得热水系统能够稳定可靠运行。虽然在初期热水设备的投资较大,但能够节约热水系统常规的能源消耗,从而带来可观的经济和环境效益。
五、结束语
太阳能热水系统已广泛应用于医院建筑洗浴热水供应,其组合热源的选择根据院区可利用资源的情况不同有多种形式。将太阳能系统与能效比较高的热源结合起来,有利于保证热水系统稳定可靠地运行,满足医院洗浴热水的需求,充分节约能源,保护环境。
来源:互联网。
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