文_冯建茹 王奕 郝玲 王赫
1 北京科住物业管理有限公司 2 中国科学院计算机网络信息中心
本项目游泳馆位于北京,属于小型游泳馆,室内环境温度为26℃;泳池表面为280m2,泳池体积为380m3。该游泳馆设计温度为28℃,保证24小时游泳池水恒温。
该项目为游泳馆节能改造工程,游泳馆原为天然气热力供热,池水恒温控制不均,且供热管道较长,热损失严重,导致能源浪费,整体能源费用较高,因此决定对游泳池及淋浴系统进行节能改造。
空气源热泵技术是基于逆卡诺循环原理,建立起来的一种节能、环保、制热技术 。空气源热泵的原理是热泵机组在运行过程中,通过少量电能驱动压缩机做功,通过自然能获取低温热源,冷媒和水泵持续工作,合成高温热源,用来取暖或者供应热水。
空气源热泵的优势:
(1)用途广泛。空气源热泵在大部分天气条件下,可以实现一年四季、24小时不间断供应。
(2)安全、环保。空气源热泵采用热泵加热的形式,无需燃煤或者天然气,不会产生燃烧废物。
(3)节能降耗。空气能可免费获得,不需要运输,方便快捷,并且空气源热泵制热效率高省电,可节能降耗。
(4)灵活。空气源热泵安装灵活并且占地面积较小,不受位置的限制。
自来水冷水水温的计算温度以当地最冷月平均水温资料确定,北京地区地面水温度4℃,地下水温度10~15℃。本文取自来水温度为4℃。
游泳池总热损耗量Q,包含池面水蒸发损失的热量Qs、池壁、池底、管道和水处理设备传导散热量Qt、补充新水加热量Qf。
3.1.1 池面水蒸发损失的热量计算
式中 y—与池水等温的饱和水蒸汽的蒸发汽化潜热,Kcal/kg;
Vf—池面上的风速,对室内泳池可取0.2~0.5m/s,对室外泳池可取2~3m/s;
Pb—与池水等温的饱和空气的水蒸气分压,mmHg;
Pq—浴池环境空气的水蒸气分压,mmHg;
A—浴池池面面积,m2;
B—当地大气压,760/B可取1.0。
3.1.2 池壁、池底、管道和水处理设备传导散热量计算
3.1.3 补充新水加热量计算
式中 qb—浴池在一天内补充新水的数量 L,按泳池容积的5%取;
ρ—水的密度, kg/L;
Ta—池水设计温度, ℃;
Tf—补充新水水温, ℃;
th—加热设备一天内的运行时间,h。
Q=Qs+ Qt+ Qf=100380.82 Kcal/h
体育馆最高用水定额每人每次为最高日17~26L、平均日15~20L,使用时间为4h。此游泳馆淋浴区有14个淋浴头,每日使用时长为3h,根据热水用量定额按照300L/h计算,淋浴水温为35℃,则按照热水用水量计算公式,淋浴室热水所需热量为QL=3×300×4.187×(35-4)×1×14×1.15=1880758.53KJ=449292.32Kcal
根据游泳馆耗能计算可知,游泳池耗热量为100380.82 Kcal/h ,故改造后的游泳池采用2台95kW的空气源热泵机组,即可满足供热要求;淋浴系统每天的耗热量为449292.32Kcal,为了保证系统的供水温度稳定和系统循环的稳定,改造后的淋浴系统使用2台8.36kW空气源热泵机组作为加热设备,即可满足供热要求。
4.1.1 游泳池运行费用分析(表1)
表 1 游泳池使用天然气热力费用
根据表1对游泳馆改造前运行费用分析可知,每月耗热量为284515502.84 KJ,每月天然气供热需要15016.26元,每年需要花费180195.15元,运行费用较高。
4.1.2 淋浴运行费用分析(表2)
表2 淋浴使用天然气热力费用
由表2可知,改造前的淋浴系统每月需要花费3019.26元,年费用为36231.13元。
表3 改造后游泳馆年运行费用
4.2.1 泳池运行费用分析
泳池设计24h全天候恒温,平均每天设备满负荷运行时间约为14h,其它时间恒温。游泳馆所在地的电价为0.4883元/kWh。在计算中充分考虑了不同月份温度的变化,对空气源热泵机组性能的影响。
4.2.2 淋浴运行费用分析(表4)
表4 改造后淋浴系统年运行费用
已知1L水温升1℃需要1kcal热量, 1kW·h=860kcal,在改造后淋浴系统计算中充分考虑了不同月份温度的变化,对空气源热泵机组性能的影响。
由表3与表4可知,根据北京实际情况,改造后的游泳馆,充分考虑到不同月份空气源热泵COP的不同,得出每月耗电量、每月电费用,得到游泳池的年运行费用为 138903.57元,淋浴系统的年运行费用为 26541.42元,游泳馆共计年运行费用为165444.99元。改造后的游泳池借用空气能,加之每度电费用较便宜,游泳馆全年费用比改造前大幅度下降。
表5 工程改造前后费用对比
工程改造由游泳池系统改造与淋浴系统改造两部分组成,整体投入为250111元,其中游泳池系统改造投入为161990元,淋浴系统改造投入为88121元。经计算,由表5可知,改造后游泳馆每年共节约50981.29元;改造后的游泳馆整体的投资回收期为4.91年,故空气源热泵系统比天然气供热经济。
空气源热泵技术较成熟且应用广泛,本项目的游泳馆在改造后,可节约资金50981.29元/年,投资回收期为4.91年,实现了节能、经济、安全、环保的目标。