辅助热源及热源设备

第五章、系统设备选型第十节、辅助热源及设备的选择一、相关概念1.热源用以制取热水的能源。比如城市热力管网、燃气、燃油、电、热泵等。2.热源站制备生活热水热媒（蒸汽、热媒水）的设备站室。3.热媒热传递载体，常为热水、蒸汽、烟气。4.废热工业生产过程中排放的带有热量的废弃物质，如废蒸汽、高温废水（液）、高温烟气。5.燃油、燃气常压热水机组（简称热水机组）机组水套与大气相通，其本体始终保持常压状态的燃油、燃气热水机组。6.锅炉的分类按利用的能源形式，锅炉分燃煤锅炉、燃气锅炉、燃油锅炉和电锅炉等。7.蒸汽锅炉应用于加热水使之转变为蒸汽的锅炉称之蒸汽锅炉。8.热水锅炉应用于加热水使之提高温度转变为热水的锅炉称之热水锅炉。9.空气源热泵以环境空气为低温热源的热泵。10.水源热泵以水或添加防冻剂的水溶液为低温热源的热泵。11.热泵热水供应系统通过热泵机组运行吸收环境低温热能制备和供应热水的系统。12.设计小时耗热量热水供应系统中用水设备、器具最大时段内的小时耗热量。13.设计小时供热量热水供应系统中加热设备最大时段内的小时产热量。14.太阳能热水系统按辅助能源设备安装位置可分为下列两种系统：内置加热系统、外置加热系统。按辅助能源启动方式可分为下列三种系统：全日自动启动系统、定时自动启动系统、按需手动系统。二、辅助热源设备的设计计算与选用要求1.辅助热源及其加热设施宜按无太阳能热水系统状态配置。辅助热源的供热量应按GB50015--2009中5、3、3条设计计算。2.辅助热源及其水加热设施应结合工程当地的能源情况，即天然气、城市燃气、燃油、电力的供应价格，以及供应的可靠程度，经综合对比，选择经济可靠的能源，按各种热水机组的性能、热效率、设备造价、运转成本、自动化程度、操作条件等选择相应的设备。3.辅助热源加热设备应根据热源种类及其供水水质、冷热水系统形式等选用直接加热或间接加热设备。4.辅助热源的控制应在保证充分利用太阳能集热量的条件下，根据不同的热水供水方式采用手动控制、全日自动控制或定时控制。5.当采用集中热水供应系统时，配置宜不少于两套；一套检修时，其他各套加热设备的总供热能力不小于50％的系统耗热量。6.当采用分散热水供应系统时，加热设备通常为一套电或燃气热水器，采用快速式燃气热水器时，该热水器的允许进水温度应能满足集热系统出水温度的要求。7.辅助热源设备可参照下表选用：能源形式推荐选用设备市政热力优先利用工业余热、废热、地热等市政热力，通过热交换器与太阳能组合供热热泵根据当地的地热资源、气候条件，可选用空气源热泵、水源热泵燃气可采用燃气锅炉、贮水式热水器、快速式热水器、燃气热水机组燃油可采用燃油锅炉、燃油热水机组电可采用电锅炉、快速式热水器、贮水式热水器、热水机组，应充分利用低谷电三、常用加热设备—锅炉1.锅炉的定义锅炉是利用燃料燃烧释放出的能量或其他形式的能量将工质（中间热载体）加热到一定参数的设备。从能源的利用角度来看它使一种能源转换设备。这种传输热量的中间热载体属于二次能源，它的用途就是向用能设备提供能量。当中间的热载体用于在热机中进行热—功转换时，就叫做“工质”。如果中间热载体只是向热设备传输、提供热量以进行热利用，则通常称为“热媒”。2.蒸汽锅炉蒸汽锅炉的供热能力从能源的转换角度来看应该用额定供热量（额定热功率）来表示，单位为千瓦，但是，习惯上用额定出力（额定蒸发量）来表示。额定出力是在额定的出口蒸汽参数、额定的给水温度、使用设计燃料和保证设计效率的条件下连续运行所应达到的每小时产汽量（蒸发量）。额定出力也叫做铭牌蒸发量或锅炉容量。蒸发量用符号D表示，单位是kg/h或t/h。从能源转换的角度，锅炉的产品应该是其供出的热量，即水在锅炉内转换成蒸汽的过程中所吸收的热量。蒸汽锅炉供出的热量为Q＝D（iq－igs）/3600式中Q——锅炉供热量（KW）D——锅炉蒸发量（kg/h）iq————出口蒸汽比焓（kw/kg）igs————锅炉给水比焓（kw/kg）蒸汽锅炉的供热品位用额定的出口蒸汽压力（Mpa）和温度（°C）表示。3.热水锅炉热水锅炉的供热能力用额定供热量（热功率）表示，单位为KW，可按下式计算：Q=GC(trs-ths)/3600G——供出热水量（kg/h）trs——出口热水温度（°C）ths——进口回水温度（°C）C——水的平均比热[KJ/(kg·°C)]热水锅炉的供热品位用额定的出口热水温度、压力和额定进口回水温度表示。四、锅炉和太阳能系统的连接方式在大型的太阳热水系统中，往往安装燃油、燃气或电锅炉和太阳能结合着使用。锅炉在太阳热水系统的应用，主要有两种方式：一种是锅炉串接在热水系统中,即热水使用时经过锅炉,锅炉可通过控制系统设定温度。当水温低时,锅炉自动启动,升温；水温高时,锅炉不启动。一种是锅炉并联接入热水系统中,通过控制系统控制锅炉与循环水泵的启动,进行锅炉与水箱的热交换,热水使用时直接从水箱中流出,不经过锅炉。五、辅助加热设备的选型计算一般来说，辅助热源通过水加热设备的形式向系统提供热量，辅助热源提供的辅助加热量即为水加热器的供热量。(一)设计小时耗热量的计算1）设有集中热水供应系统的居民小区的设计小时耗热量，当公共建筑的最大用水时时段与住宅的最大用水时时段一致时，应按两者的设计小时耗热量叠加计算。当公共建筑的最大用水时时段与住宅的最大用水时时段不一致时，应按住宅的设计小时耗热量加公共建筑的平均小时耗热量叠加计算。2）全日供应热水的宿舍（Ⅰ、Ⅱ类）、住宅、别墅、酒店式公寓、招待所、培训中心、旅馆、宾馆的客房（不含员工）、医院住院部、养老院、幼儿园、托儿所（有住宿）等建筑的集中热水供应系统的设计小时耗热量应按下式计算：()rrlrhhmqcttpQKT式中hQ：设计小时耗热量（kJ/h）m:用水计算单位数（人或床位数）rq：热水用水定额（L/人·d或L/床·d），按《建筑给水排水规范》上5.1.1表采用。C:水的比热，4.187kJ/(kg·℃)rp：热水密度（kg/L）；rt：热水温度，rt=60℃。lt：冷水温度，按《建筑给水排水规范》上表5.1.4采用。T:每日使用时间（h），按《建筑给水排水规范》上表5.1.1采用。hK:小时变化系数，按《建筑给水排水规范》上表5.3.1采用。热水小时变化系数hK类别住宅别墅酒店式公寓宿舍（Ⅰ、Ⅱ类）招待所培训中心、普通旅馆宾馆医院、疗养院幼儿园托儿所养老院热水用水定额（L/人（床）·d）60~10070~11080~11070~10025~5040~6050~8060~100120~16060~10070~130110~200100~16020~4050~70使用人（床）数≤100~≥6000≤100~≥6000≤150~≥1200≤150~≥1200≤150~≥1200≤150~≥1200≤150~≥1000≤50~≥1000≤50~≥1000hK4.8~2.754.21~2.474.00~2.584.80~3.203.84~3.003.33~2.603.63~2.564.80~3.203.20~2.74注：1、hK应根据热水用水定额高低、使用人（床）数多少取值，当热水用水定额高、使用人（床）数多时取低值，反之取高值，使用人（床）数小于等于下限值及大于等于上上限值的，hK就取下限值或上限值，中间值可用内插法求的；2、设有全日集中热水供应系统的办公楼、公共浴室等表中未列入的其他类建筑的值可参照参照《给水排水设计规范》2009版中表表3.1.10中给水的小时变化系数选值。3）定时供应热水的住宅、旅馆、医院及工业企业生活间、公共浴室、宿舍（Ⅲ、Ⅳ类）、学校、剧院化妆间、体育馆（场）运动员休息室等建筑的集中热水供应系统的设计小时耗热量应按下式计算：()hhrlroQqttnbC式中：设计小时耗热量（KJ/h）;：卫生器具热水的小时用水定额（L/h）,按《建筑给水排水规范》表5.1.1-2采用。C:水的比热，4.187KJ/（kg·℃）rp：热水密度（kg/L）；rt：热水温度，按《建筑给水排水规范》表5.1.1-2采用。lt：冷水温度，按《建筑给水排水规范》上表5.1.4采用。on:同类型卫生器具数;b：卫生器具的同时使用百分数：住宅、旅馆、医院、疗养院病房，卫生间内浴盆或淋浴器可按70％~100％计，其它器具不计，但定时连续供水时间应大于等于2h。工业企业生活间、公共浴室、学校、剧院、体育馆（场）等的浴室内额定淋浴器和洗脸盆均按100％计。住宅一户设有多个卫生间时，可按一个卫生间计算。4）具有多个不同使用热水部门的单一建筑或具有多种使用功能的综合性建筑，当其热水由同一热水供应系统供应时，设计小时耗热量，可按同一时间内出现用水高峰的主要部门的设计小时耗热量加其它部门的平均小时耗热量计算。(二)全日集中热水供应系统中，锅炉、水加热设备的设计小时供热量全日集中热水供应系统中，锅炉、水加热设备的设计小时供热量应根据日热水用量小时变化曲线、加热方式及锅炉、水加热设备的工作制度经积分曲线计算确定。当条件不允许时，可按下列原则确定：a.容积式水加热器或贮热容积与其相当的水加热器、燃油（气）热水机组应按下式计算：rrrhgttTVQQC)(1式中：gQ――容积式水加热器（含导流型容积式水加热器）的设计小时供热量，（KJ/h）；hQ――热水系统设计小时耗热量，（KJ/h）；――有效贮热容积系数；容积式水加热器=0.7~0.8，导流型容积式水加热器=0.8~0.9；第一循环为自然循环时，卧式贮热热水罐=0.8~0.85；立式贮热水罐0.85~0.9第一循环为机械循环时，卧、立式贮热水罐=1.0；rV――总贮热容积，（L）T――辅助加热量持续时间（h）；T=2~4h；rt――热水温度，（℃），按设计水加热器出水温度或贮水温度计算；1t――冷水温度，℃；按《建筑给水排水规范》上表5.1.4采用。r――热水密度，Kg/L。注：当gQ计算值小于平均小时耗热量时，gQ应取平均小时耗热量。b.半容积式水加热器或贮热容积语气相当的水加热器，燃油（气）热水机组的设计小时供热量应按设计小时耗热量计算。c.半即热式、快速式水加热器及其他无贮热容积的水加热设备的设计小时供热量应按设计秒流量所需的耗热量计算。(三)热媒耗量的计算容积式或半容积式水加热器的热媒为蒸汽或热水。①以蒸汽为热媒的水加热器设备，蒸汽耗量如下：式中：G——蒸汽耗量，kg/h；gQ——水加热器设计供热量，W；k——热媒管道热损失附加系数，k=1.05~1.10；i——饱和蒸汽的热焓，KJ/kg；i——凝结水的焓，KJ/kg；mzt——热媒终温，应由经过热力性能测定的产品样本提供。iiQkGg6.3饱和蒸汽的热焓蒸汽压力（MPA）0.10.20.30.40.50.6温度120.2133.5143.6151.9158.8165.0焓（KJ/kg）2706.92725.52738.52748.52756.42762.9②以热水为热媒的水加热器设备，热水耗量如下：)(163.1mzmcgttkQG式中：G——热媒耗量，kg/h；gQ——水加热器设计供热量，W；k——热媒管道热损失附加系数，k=1.05~1.10；mct、mzt——热媒的初温与终温，℃，由经过热力性能测定的产品样本提供；1.163——凝结水的焓，KJ/kg；mzt——热媒终温，应由经过热力性能测定的产品样本提供。（3）常压燃油、燃气热水锅炉/热水器常压燃油、燃气热水锅炉/热水器通过燃料燃烧来直接加热其炉管内的水。燃油、燃气耗量可按式计算：QQGgK6.3式中：G——热源耗量，kg/h或Nm³/h；k——热媒管道热损失附加系数，k=1.05~1.10；gQ——水加热器设计供热量，W；Q——热源发热量，KJ/kg或，KJ/Nm³；参考下表——水加热设备的热效率；参考下表热源发热量及加热装置热效率热源种类消耗量单位热源发热量Q加热设备效率（％）备注轻柴油kg/h41800~44000（KJ/kg）≈85重油kg/