藍焰高科1.工程概況該工程為太原市住宅小區會所的游泳池，長25m，寬12m，設計水深為1.5m，池水溫度要求為26℃。游泳池位于1層，室內輔助設

1.工程概況

該工程為太原市住宅小區會所的游泳池，長25m，寬12m，設計水深為1.5m，池水溫度要求為26℃。游泳池位于1層，室內輔助設施包括更衣室等。根據業主要求，太陽能集熱器僅供游泳池加熱。

2.系統分析

游泳池設置在首層，游泳池水處理設備、加熱設備以及太陽能儲熱水箱置于地下1層，太陽能集熱器置于屋面。輔助熱源采用空氣源熱泵機組，同樣置于屋面。為了盡可能最大化利用太陽熱能，其太陽能加熱部分采用直接加熱方式，同時為保證游泳池水質安全，池水加熱采用間接加熱的方式。空氣源熱泵機組采用間接加熱方式。所有間接加熱換熱器均采用板式換熱器，既可以提高換熱效率，也能減少占地面積。空氣源熱泵輔助加熱太陽能泳池系統示意圖如1所示。該系統共有四個循環過程，分別為太陽能集熱循環、游泳池水加熱熱媒循環、游泳池池水加熱循環以及輔助熱源加熱循環過程。

3.設計依據

（1）GB50736-2012《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》；

（2）GBT22069-2008《燃氣發動機驅動空調（熱泵）機組》；

（3）GB50015-2003(2009年版)《建筑給水排水設計規范》；

（4）CJJ122-2017《泳池給水排水工程技術規程》；

（4）《實用制冷與空調工程手冊》；

（5）《空氣調節用制冷技術》（第四版）；

（6）《小型制冷裝置設計指導》；

（7）根據用戶所提要求。

4.基本計算

4.1 游泳池傳熱分析

根據國家現行游泳池的規范，游泳池的熱損失主要包括泳池表面蒸發損失的熱量，泳池水表面、池底、池壁、管道和設備等傳導損失的熱量，泳池補水加熱所需要的熱量等，綜合上述熱損失可得到游泳池的總熱損失，此數據是計算太陽能集熱板面積和輔助熱源設備選型的依據。本工程中游泳池的總耗熱量為136.4kW，并由此可計算出太陽能集熱器的加熱面積。

（1）泳池水表面蒸發損失的熱量計算：

Qz=αγA(0.0174Vf+0.0229)(Pb-Pq)(760/B)

式中：

Qz——泳池表面蒸發損失的熱量，kJ/h；

α——熱量換算系數，α=4.1868kJ/kcal；

γ——與泳池水溫相等的飽和蒸汽的蒸發汽化潛熱，kcal/kg；

A——泳池的水表面面積，m2

Vf ——泳池水面上的風速；一般按下列規定采用：室內水池Vf =0.2~0.5m/s；露天水池Vf=2~3m/s；

Pb——與泳池水溫相等（26℃）的飽和空氣的水蒸汽分壓力，mmHg；

Pq——與泳池的環境空氣溫度相等的水蒸汽分壓力，mmHg；

B——當地的大氣壓力，mmHg.

查相關參數表計算可得：

Qz=4.1868×582.5×300×（0.0174×0.2+0.0229）×（25.2-17）（760/700）=171831.82kJ/h

（2）泳池的水表面、池底、池壁、管道和設備等傳導所損失的熱量計算：

按泳池表面蒸發損失熱量的20%計算：

Qc=0.2Qz=0.2×171831.82=34366.36kJ/h

（3）泳池補水加熱所需的熱量計算：

Qb=αqbρ(tr-tb)/t

式中：

α——熱量換算系數，α=4.1868kJ/kcal；

qb——游泳池每日的補充水量；按泳池水量的7%確定，L；

ρ——水的密度，ρ=1kg/L;

tr——游泳池水的溫度，℃；

tb——游泳池補充水水溫，℃；

t——加熱時間，h。

春秋季183天，平均環境溫度20℃，平均水溫15℃；夏季92天，平均環境溫度28℃，平均水溫20℃；冬季90天，平均環境溫度13℃，平均水溫10℃。查相關參數表計算可得：

（4）泳池恒溫總耗熱量計算：

Q=Qz+Qc+Qb

即不同季節泳池恒溫總耗熱量如下：

（5）泳池初次加熱耗熱量計算：

考慮水池傳導蒸發熱損失，取補償溫度1℃。從冷水10℃加熱到使用溫度26℃，若考慮首次加熱時間為24個小時，則每小時加熱量為：

式中：

c——水的定壓比熱容，4.18kJ/(kg·℃)；

m——熱水量，kg；

t2——熱水加熱溫度，取26℃；

t1——冷水溫度，取10℃。

h——運行時間，h

代入數據得：Qh=370.72kW。

4.2 太陽能集熱器面積計算及選型

本項目每天設計產水量為45t/d，所需集熱器面積為：

Ac=Qw×Cw(tend-ti)×f/[Jrηcd(1-ηL)]

式中：

Qw——日均用水量，45000kg；

ηcd——集熱器全日集熱效率50%~60%，取55%；

Ac——直接系統集熱器采光面積，m2；

Jr——所在地集熱器總面積的月平均日太陽輻照量，MJ/m2；

f——太陽能保證率0.4~0.8，取0.55；

tend——儲水箱內水終止溫度，26℃；

Cw——水的定壓比熱容，4.18kJ/(kg·℃)；

ti——水的初始溫度，取10℃；

ηL——管道及儲水箱熱損失率0.20~0.30，取0.20。

其中Jr為所在地集熱器受熱面上月均輻照量，根據全國主要城市太陽輻照量，可得太原地區Jr=16.89MJ/m2，太計算得陽能集熱器面積Ac＝223m2。

由于建筑物屋面面積的限制，所設太陽能集熱總面積為223m2，熱量不足部分由輔助熱源提供。太陽能集熱器按形狀分為平板式和真空管式兩大類。其中真空管式又分為U形管式、直插式和熱管式。平板式成本低、承壓高但熱效率較低；而真空管式集熱器成本較高，但啟動快，保溫好，運行更加可靠。根據本工程的特點，選用真空管式集熱器。本系統集熱器選用橫式方柱型集熱器，每臺集熱器的集熱面積為7.7m2，總計使用29組太陽能集熱器，每組使用50支真空管，直徑58mm、長1.8m。

因露面造型和設備問題導致安裝太陽能使用面積有限，設置輔助熱源時，輔助熱源的供熱量：

QF=Qh-Qg

式中：

QF——輔助熱源供熱量，kW；

Qh——設計小時供熱量，kW。

式中適用于空氣源燃氣機熱泵作為主熱源、其他熱源作為輔助熱源的情況。太陽能集熱系統作為主熱源、其他熱源作為輔助熱源時，計算輔助熱源供熱量的方法同。

4.3 輔助熱源的配置方案與選型

根據當地的實際情況及與業主溝通，在無市政熱網且對燃煤、燃油鍋爐的使用有一定限制的前提下，采用空氣源熱泵作為輔助熱源。空氣源熱泵機組采用的是熱泵技術，是把熱量從低溫熱源轉移到高溫熱源的一種裝置。根據逆卡諾循環原理，高壓的液態工質經過膨脹閥后在蒸發器內蒸發為氣態，并大量吸收空氣中的熱能，氣態的工質被壓縮機壓縮成高溫高壓的液態，然后進入冷凝器放熱。空氣源熱泵作為輔助熱源，更加節能環保，且安裝方便。

系統雖然設置了太陽能儲熱水箱，但考慮到太陽能系統在連續陰天等光照條件不足時，為保證游泳池加熱系統仍能正常運行，空氣源熱泵的選型依據仍按滿負荷考慮。

方案一：空氣源電熱泵。空氣源電熱泵中的壓縮機做功，將空氣中的熱能轉移到水中，并將熱水送至水箱。系統組成為空氣源電熱泵、熱水循環泵、換熱器。

采用30P電空氣源熱泵，單臺制熱量72kW。根據計算所得該改造項目最大熱負荷為371kW，故設備選擇如下：

371÷72=5.15，取6臺。

因此選擇6臺型號為30P的空氣源電熱泵可滿足要求。

方案二：空氣源燃氣機熱泵[藍焰高科（天津）燃氣技術有限公司]。空氣源燃氣機熱泵由燃氣發動機帶動壓縮機做功，將空氣中的熱能轉移到水中，并將熱水送至水箱。系統組成為空氣源燃氣機熱泵、熱水循環泵、換熱器。

由上面可知滿足熱水供應需求的空氣源燃氣機熱泵供熱量為371kW

采用空氣源燃氣機熱泵機組GEHP-KXLY-195，單臺額定制熱量195kW，設備選擇如下：

371÷195=1.90，取2臺。

因此選擇2臺型號為GEHP-KXLY-195kW的空氣源燃氣熱泵可滿足要求。

5.費用分析

5.1 主設備配置及初投資

2種方案主設備配置及初投資情況如表1所示。

表 1 方案設備配置及初投資價格

5.2 運行成本分析

運行費用分析采用的數據為：商用天然氣價格為3.0元/m3；電費為1.0元/kWh。

泳池恒溫小時耗熱量：春秋季91kW，夏季76kW，冬季107kW。

環境溫度20℃時，空氣源電熱泵機組COP值5.19。環境溫度28℃時，熱泵機組COP值6.69。環境溫度13℃時，熱泵機組COP值4.22。

環境溫度20℃時，空氣源燃氣熱泵機組PER值2.06。環境溫度28℃時，熱泵機組PER值2.51。環境溫度13℃時，熱泵機組PER值1.77。

全年熱水太陽能預熱量為：223.3×16.89×365×0.55÷0.55×（1-0.2）=1101GJ；熱泵系統按照每天20小時工作時間計算，各方案運行費用如下：

（1）方案一：

采用30P空氣源電熱泵全年運行費用：

春秋季：1.0×（91×3600×20×183-1101×106÷365×183）÷3600÷5.19≈34629；

夏季：1.0×（76×3600×20×92-1101×106÷365×92）÷3600÷6.69≈9380元；

冬季：1.0×（107×3600×20×90-1101×106÷365×90）÷3600÷4.22≈26513元。

總費用：34629+9380+26513=70522元，

（2）方案二：

采用GEHP-KXLY-195kW[藍焰高科-空氣源燃氣機熱泵]全年生活熱水空氣源燃氣機熱泵全年運行費用：

春秋季：3.0×（91×3600×20×183-1101×106÷365×183）÷3600÷2.06÷10≈26173元；

夏季：3.0×（76×3600×20×92-1101×106÷365×92）÷3600÷2.51÷10≈7500元；

冬季：3.0×（107×3600×20×90-1101×106÷365×90）÷3600÷1.77÷10≈19863元。

總費用：26173+7500+19863=53536元。

5.3 結果與討論

分析2個方案初投資及運行費用，結果如表2所示

表2 方案初投資及運行費用情況

綜合考慮，我們采用方案二[選用藍焰高科（天津）燃氣技術有限公司生產的空氣源燃氣機熱泵]作為此項目最終方案，雖然空氣源燃氣熱泵作為輔助熱源初投資較空氣源電熱泵高，但運行費用低，而且空氣源燃氣機熱泵不僅僅能供熱水使用，同時還可滿足供冷供熱的需求。冬季供熱可利用發動機排熱，供熱能力大，不受外界環境溫度影響,特別適用于冬季寒冷地區，無需輔助熱源，可快速除霜，也特別適合夏季炎熱冬季濕冷地區。綜合考慮，推薦考慮空氣源燃氣機熱泵作為太陽能輔助熱源。