1工程概况
体育学校位于该市体育中心基地西北部，地处新城区，地段相对独立、幽静。学校由教学楼、训练楼和宿舍楼三栋建筑通过连廊互相连接。其中教学楼不需热水供应。宿舍楼建筑面积：2850m2，共四层，96个房间，房间设计标准为四人间（III类宿舍），均配有独立卫生间，每个卫生间配备洗脸盆和淋浴喷头，需有热水供应。学校宿舍楼地下一层、训练楼一层和二层均设置公共浴室。本工程采用全日制集中热水供应系统，系统由地源热泵、保温平衡水箱、热水变频供水设备、热水循环泵及管网组成。 2 设计内容
考虑到本工程需热水供应的房间位置特点，热水系统采用干、立管循环和横支管循环相结合的热水系统形式，见图1。热水水箱内热水由变频供水加压设备输送到各个卫生间的淋浴器和洗脸盆末端，回水集中后流至热水水箱，管道系统采用同程布置方式。学生宿舍楼每个房间的卫生间位置上下对位，热水横支管较短，管道布置采用干、立管循环方式，立管布置在卫生间旁的管道井内，回水横干管设置在宿舍楼四层走廊上方。此种布置方式，由于横支管短，基本上能够保证打开水龙头就有热水供应。此种布置方
智能定位式节省管材，易于施工，能够减少系统的复杂程度。宿舍楼地下一层和训练楼的公共浴室空间相对较大，每个浴室均布置有若干喷头，热水横支管很长，宜采用横支管循环方式。此种布置方式，可保证横支管内始终存有热水，避免使用前需放空管道内的冷水，节水、节能。
蒸汽泵零件
图1 热水管道系统形式
2.2热水用水量
2.2.1最高日热水用水量
热水用水定额和最高日用水量详见表1。根据《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003），以下简
称“规范”,III类学生宿舍最高日热水定额范围为40L/人~80L/人。学校的学生从事体育活动，出汗量较大，故选取定额的最大值80L/人。体育训练后，学生去公共浴室淋浴次数按学生数的50%考虑，最高日用水定额选取80L/次。热水温度按60℃热水计算，计算出的最高日用水量为40.0m³。本工程供的热水温度为50℃，折合后的最高日供水用水量为48m³。为减轻热泵的供热负荷，在宿舍楼地下室设置保温水箱，储存一天用热水量，水箱的有效容积为48 m³。表1热水用水定额和最高日用水量
单位数用水定额热水温度最高日计算用水量m³最高日供水用水量m³使用时数
N0q h t r q rh q rh t
L ℃60℃热水m³50℃热水m³h
住宿400人80 60 32.0 38.4 24
公共浴室200次40 60 8.0 9.6 12
总计40.0 48.0
2.2.2最大时热水用水量
目前，有两种计算最大时热水用水量的方法1，一种是将各项用水量分别算出各分项最大时热水用水量q hmax，然后将各项q hmax叠加之和即最大时热水用水量。另一种是主要用水对象（本工程主要用水对象是学生宿舍）的最大时热水用水量加其他用水对象的平均时热水用水量q hav。宿舍热水的使用时间比较集中，用水高峰主要集中在早晨、中午和晚上，尤其是晚上8-11时，用水量达到最大。训练楼公共浴室的用水时间基本在白天学生上课训练的间歇时期，这部分用水时间不会处于宿舍用水的高峰阶段。因此，将宿舍最大时热水用水量与公共浴室平均时热水用水量叠加之和作为本工程最大时热水用水量较为合理。最大时热水用水量按下式计算：
q hmax=K h•q rh/t （1）
平均时热水用水量按下式计算：
q hav=q rh/t （2）
式中：q rh-最高日计算用水量m³；K h-热水小时变化系数；t-使用时数。
根据规范，III类宿舍热水小时变化系数K h取值3.5，使用时数为24h，宿舍最大时热水用水量q hmax=4.67m³/h。公共浴室平均时热水用水量q hav=0.67m³/h。计算该学校最大时热水用水量Q h=q hmax+q hav=4.67+0.67=5.34 m³/h。
2.2.3热水管道设计秒流量
热水管道设计秒流量的计算结果直接影响热水管道系统的管径及热水变频供水设备的选型。本工程热水管道设计秒流量，应按下列公式计算：
太阳能风扇帽q g=Σq0n0b （3）
式中：q0为同类型的一个卫生器具给水额定流量，L/s，按规范3.1.14条规定采用；n0为同类型的卫生器具数；b为卫生器具的同时给水百分数，按规范3.6.6条规定采用。对III类有独立卫生间的宿舍，规范3.6.6条文说明指出卫生器具数量在51~100之间，洗手盆和淋浴器的同时给水百分数范围为35%~45%，本工程取值45%。
学校宿舍楼和训练楼需要热水供应的卫生器具数量、各卫生器具的给水额定流量和给水百分数如表2所示。
表2卫生器具数量、各卫生器具的给水额定流量和给水百分数
卫生器具个数n0
额定流量q0同时给水百分数b
宿舍训练楼总计宿舍训练楼洗脸盆96 56 152 0.1 45% 15%
淋浴器56 14 70 0.1 45% 80%
由公式（3）计算设计秒流量为q g=8.80L/s。
2.3热水耗热量
2.3.1热源的选择
目前，市场上热水供应的热源主要有燃气锅炉，燃气热水器、电热水器、太阳能热水器，空气源热泵和地源热泵等。该体育中心不设置燃气锅炉用房，燃气热水器和电热水器需要消耗大量的天然气和电能；此外，燃油、燃气的燃烧还污染大气。电热水器的运行效率不高，耗电量大，能耗高、不节能。太阳能热水器利用太阳能加热，太阳能是一种清洁安全的可再生能源，无污染，环保，但考虑到太阳能热水器易受气候因素影响，不能全天候工作，在冬季阴天情况下不能保证加热效果。学校学生训练后淋浴的频率高，对热水供应的要求较高，故本工程不使用太
阳能热水系统。空气源热泵将空气中的热能吸收后，压缩机压缩升温，与水换热得到高温热水。但空气源热泵的应用受到气候条件的约束，在很低的室外温度下，压缩机会因防止过热而自动停机保护，使得空气源热泵只能在不太低的室外气温下运行2。该学校位于我国华东地区，冬季最冷月1月平均气
温低于5℃，也有低于0℃的时候，这使空气源热泵在冬季的使用受阻。此外，空气源热泵风机的噪声污染比较大，耗电量比地源热泵稍高。
地源热泵以清洁、可再生的地热源为能源，利用地下土壤、地表水等的温度相对稳定的特性，在冬季把低位热源的热量转移到需要供热的地方，在夏季还可以将室内的余热转移到低位热源中，达到制冷的目的3。地源热泵无燃烧污染，对地下水体也无污染，运行效率高，主要的耗电设备是热泵机组4。考虑到该学校所在城市的气候特点，冬季热泵系统不如常规能源的燃气系统供热稳定，寒冷天气热水供水温度可能会低于50℃。设计中在水箱间设置了一个45kw，容积300L的电热水器作为冬季辅助加热设备。电热水器并联在热泵回水管道上，电热水器管道装有控制阀，在冬季寒冷季节，当热泵机组提供的热水温度低于55℃时，阀门1，2接通，
热泵回水流入电热水器进行加热，加热到55℃后回到热水水箱，供学校的宿舍和训练楼淋浴用热水，见图2。本工程采用地源热泵机组为主要热源、电热水器辅助加热的热水供应系统能够有效利用能源，节能、环保，又能够保证学校在冬季寒冷天气的热水供应。
图2.热水循环和辅助加热系统
2.3.2.设计小时耗热量
设有全日集中热水供应系统的设计小时耗热量按下式计算：
Ｑh=K h•m•q r•C•(t r-t1)•ρｒ/T （4）
式中，K h-小时变化系数，K h取值4.5；ｍ为用水计算床位数，m取值100；q r－热水用水定额Ｌ/床•d，q r取值400；C-水的比热,C=4.187KJ/Kg•℃；t r-热水温度，t r取值60℃；t1-冷水温度，按规范5.1.4条t1取值4℃。
熔断器式隔离开关
计算结果Ｑh=1730000kJ/h。
2.3.3热泵机组功率
最高日耗热量按下式计算：
Ｑh=m•q r•C•(t r-t1)•ρｒ（5）
式中各符号意义同公式（4）。计算出最高日耗热量Ｑh=2558.72kw。为降低热泵机组的装机容量，拟热泵机组每天的运行时间为15小时，热泵机组需每日提供2560kw的热量，机组的每小时制热能力应不小于W=2558.72/15=170kW。
2.4热水循环系统
2.4.1热水系统循环方式
mvkkk系统采用全日制机械循环供水，循环泵设在热水水箱间内。热水系统回水管路上设置的温度控制阀控制回水阀门的开启，当回水温度低于50℃时，阀门开启，回水流至热水水箱。当水箱内的温度低于50℃时，循环泵开始工作，将低温热水送回至热泵加热。此时，水箱内水位降低，热泵加热的热水（55℃）进入热水水箱，水位通过设置在进水管道上的浮球阀进行控制。在冬季寒冷季节热泵提供的热水温度不能达到55℃时，采用电热水器辅助加热。见图2。
2.4.1热水循环泵的确定
循环水泵的出水量应为热水系统管道的循环流量q x，水泵的扬程应满足将水箱中的热水送至热泵机组。循环流量q x按下式计算：
q x=Q s/C•ρr•Δt （6）
式中：Q s-配水管道的热损失，按取5% Q h取值；Δt-配水管道的热水温度差，取值5℃。
计算出循环流量q x=1.15L/s。
热泵机组放置于室外草坪地面，热水循环泵与热泵机组间的高差为6m。本工程选取流量为5m3/h，扬程为10m的循环水泵。
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