1、工程概略
项目位于山东省济南市(北纬36°，东经117°)，属于热温带半潮湿大陆性季风天气，其特征是四时清楚，夏热冬冷，极端更低气温为-14.9℃，极端更高气温为40.5℃，年均匀气温14.7℃，年均匀降水量671.1mm。
该项目是济南市高新区某病院1#病房楼，建筑面积25482.18m2，建筑高度49.8m，地下1层，地上11层。各层功用如下：地下1层为配电室、设备机房；1层为进口大厅、超市、培训室和监控室；2~11层为护理单位，每层有48个床位，本单体设想床位480个。
2、生活热水系统设想
2.1 设想参数
根据《建筑给水排水设想原则》(GB50015—2019)要求，病房楼需设置全日造集中生活热水赐与系统，供水温度为60℃。在竖向将热水系统分为高区和低区，高区为7~11层，低区为1~6层，均设置为上行下给双管全轮回形式。生活热水用水量如表1所示。
表1 生活热水用量设想
2.2 热源设置装备摆设计划
济南日照充沛，年均匀日照时间可达2300h，年均匀太阳辐照量可达5016MJ/m2，具有丰富的太阳能资本。该项目地势平整，市政前提成熟，地块四周有燃气管道可接进本项目供燃气汽锅造备生活热水。因而，该项目既能够利用太阳能热水系统，也能够摘用燃气汽锅造备生活热水。摘用太阳能热水系统时，为了制止持续阴雨气候或太阳能不敷形成的热水赐与不敷，一般摘用辅助热源，如燃气汽锅、空气源燃气机热泵或空气源电热泵。
计划一：燃气汽锅。以汽锅高温热水为热媒，操纵换热器加热冷水至60℃。病院热水赐与系统的汽锅不得少于2台，1台检修时，其余汽锅的总供热才能不得小于设想小时耗热量的50%。系统构成为汽锅、汽锅热媒轮回水泵、换热器、生活热水轮回泵。
计划二：空气源电热泵。空气源电热泵中的压缩机做功，将空气中的热能转移到水中，并将热水送至水箱。系统构成为空气源电热泵、热水轮回泵、换热器。
计划三：空气源燃气机热泵。空气源燃气机热泵由燃气策动机带动压缩机做功，将空气中的热能转移到水中，并将热水送至水箱。系统构成为空气源燃气机热泵、热水轮回泵、换热器。
计划四：太阳能集热器+燃气汽锅。太阳能集热器集中设置于屋面，以太阳能热水做为热媒，设置燃气汽锅加热，使水温到达设想温度。太阳能不敷时，摘用燃气汽锅造备高温热水。系统构成为太阳能集热系统、板式换热器、汽锅、热水轮回系统。
计划五：太阳能集热器+空气源电热泵。工做原理同计划二，与空气源燃气机热泵的差别在于空气源电热泵是用电驱动策动机，空气源电热泵为辅助热源，与太阳能集热器配合加热冷水。系统构成为太阳能集热系统、空气源电热泵系统、板式换热器、热水轮回系统。
计划六：太阳能集热器+空气源燃气机热泵。工做原理同计划三，空气源燃气机热泵为辅助热源，与太阳能集热器配合加热冷水。该系统能够操纵温差主动掌握热水轮回，空气源燃气机热泵也可根据太阳能的现实运行情状主动切换运行形式。系统构成为太阳能集热系统、空气源燃气机热泵系统、板式换热器、热水轮回系统。
热源性能比力如表2所示。
表2 热源的性能比力
由表2可知，在节能性、环保性及平安性方面，空气源热泵与太阳能集热器均优于燃气汽锅。在占空中积方面，建筑屋面宽阔平整，可以称心空气源热泵与太阳能集热器的摆放安插。项目所在地为济南，本地汗青极限更低环温不低于-25℃，终年更低温度不低于-10℃，空气源电热泵受气温影响，能效衰减严峻。且项目仅为供热水利用，所以空气源热泵相对燃气汽锅优势更大，空气源燃气机热泵相关于空气源电热泵更适应极端气候，太阳能集热器与空气源热泵相连系可称心极端气候病院热水的赐与。综合考虑，太阳能集热器+空气源燃气机热泵是热源赐与体例的更佳抉择。
3、经济性阐发
3.1 汽锅热负荷计算
热水加热量计算：
式中：M——热水量，kg；
Cw——水的定压比热容，4.18kJ/(kg·℃)；
t2——热水加热温度，取60℃；
t1——冷水温度，取10℃。
代进数据，Q=1.93×107kJ
设定机组天天工做时间为9小时，
则机组供热水功率为：1.93×107÷3600÷9=596kW
考虑“环保、节能、省地、省钱、无需存案”的五个原则及项目情状等负荷替代，抉择蓝焰高科全预混铸铝低氮燃气汽锅350kW2台即可。
3.2 空气源电热泵计算
在最倒霉情况前提下，称心热水赐与需求的空气源电热泵供热量计算：
式中：Qg——空气源电热泵供热量；
Q——热水加热量，kJ，本项目中Q=1.93×107kJ；
H——热泵机组运行时间，取16h/d。
代进数据，Qg=335kW。
摘用30P电空气源热泵，单台造热量72kW。根据计算所得该革新项目总热负荷为335kW，故设备抉择如下：
335÷72=4.65，取5台
因而抉择5台型号为30P的空气源电热泵可称心要求。
3.3 空气源燃气机热泵计算
由上面可知称心热水赐与需求的空气源燃气机热泵供热量为335kW
蓝焰高科空气源燃气机热泵机组GEHP-KXLY-195，单台额定造热量195kW，设备抉择如下：
335÷195=1.7，取2台
因而抉择2台型号为GEHP-KXLY-195kW的空气源燃气热泵可称心要求。
3.2 集热器面积计算
太阳能系统的集热面积由热水负荷(产水量)和管道热缺失率确定，根据现场情状及项目供给用水材料，
本项目天天设想产水量为45t/d，所需集热器面积为：
式中：Qw——日均用水量，45000kg；
ηcd——集热器全日集热效率50%~60%，取55%；
Ac——间接系统集热器摘光面积，m2；
Jr——所在地集热器总面积的月均匀日太阳辐照量，MJ/m2；
f——太阳能包管率0.4~0.8，取0.55；
tend——储水箱内水末行温度，60℃；
Cw——水的定压比热容，4.18kJ/(kg·℃)；
ti——水的初始温度，取14℃；
ηL——管道及储水箱热缺失率0.20~0.30，取0.20。
此中Jr为所在地集热器受热面上月均辐照量，根据济南地域均匀日集热量表，计算成果取3月、4月、6月、9月、10月的均匀值，计算可得Jr=14.455MJ/m2，太阳能集热器面积Ac＝801m2。
1#病房楼因露面外型和设备问题招致安拆太阳能利用面积有限，本系统集热器选用横式方柱型集热器，每台集热器的集热面积为7.7m2，总计利用104组太阳能集热器，每组利用50收实空管，曲径58mm、长1.8m。
设置辅助热源时，辅助热源的供热量：
式中：QF——辅助热源供热量，kW；
Qh——设想小时供热量，kW。
式中适用于空气源燃气机热泵做为主热源、其他热源做为辅助热源的情状。太阳能集热系统做为主热源、其他热源做为辅助热源时，计算辅助热源供热量的办法同
3.3 主设备设置装备摆设及初投资
5种计划主设备设置装备摆设及初投资情状如表 3 所示。
表 3 计划设备设置装备摆设及初投资价格
3.4 运行成天职析
运行费用阐发摘用的数据为：济南年均匀日照天数300d，济南燃气燃烧热值取35MJ/m3，商用天然气价格经查材料为3.3元/m3；燃气汽锅燃烧热效率取95%；电费为0.85元/kWh。
(1) 计划一
全年生活热水耗热量7049GJ；全年生活热水耗气量7.049×106÷35÷0.95=212000m3；全年生活热水耗燃气费用212000×3.3=69.96万元。
(2) 计划二
全年生活热水耗热量7049GJ；空气源电热泵COP=3.0；全年空气源电热泵耗电量：7.049×109÷3600÷3.0=652685kWh，全年空气源电热泵耗电费：0.85×652685=55.48万元
(3) 计划三
全年生活热水耗热量7049GJ；空气源燃气机泵能效1.30；全年空气源燃气机热泵耗气量：7.049×106÷1.30÷35=154923m3；全年空气源燃气机热泵耗气费用：3.3×154923=51.12万元。
(4) 计划四
全年生活热水太阳能预热量4017GJ；全年燃气汽锅再热量7049-4017=3032GJ；全年燃气汽锅再热耗气量3.032×106÷35÷0.95=91188m3；全年燃气汽锅再耗燃气费用91188×3.3=30.09万元。
(5) 计划五
全年生活热水太阳能预热量4017GJ；全年生活热水空气源电热泵再热量7049-4017=3032GJ；空气源电热泵COP=3.0；全年生活热水空气源电热泵再热耗电量3.032×109÷3600÷3.0=280741kWh，全年生活热水空气源电热泵再热耗电费用：0.85×280741=23.86万元
(4) 计划六
全年生活热水太阳能预热量4017GJ；全年生活热水空气源燃气机热泵再热量7049-4017=3032GJ；摘用蓝焰高科GEHP-KXLY-195kW全年生活热水空气源燃气机热泵再热耗气量：3.032×109÷3600÷1.3÷10=64786m3，全年生活热水空气源燃气机热泵再热耗气费用3.3×64786=21.38万元。
颠末上述运行费用的计算，计划一在无节能办法的情状下全年运行费用更高为69.96万元；计划二设置了空气源电热泵，一热量来自电能，运行费用55.48万元；计划三设置了空气源燃气机热泵，系统运行费用51.12万元；计划四因设置太阳能系统运行费用降至为30.09万元；计划五在计划四的根底上将燃气汽锅替代为空气源热泵，全年运行费用为23.86万元；计划六将计划五中的空气源电热泵替代成空气源燃气机热泵，节能效果更明显，全年运行费用21.38万元。
4、成果与讨论
阐发6个计划及运行费用，成果如表4所示
表4 计划初投资及运行费用情状
综合考虑，总费用计划五更高，计划四更低，运行费用计划一更高，计划六更低。太阳能+空气源燃气机热泵运行费用更低，并且空气源燃气机热泵能同时称心供冷供热供生活热水的需求。冬季供热可操纵策动机排热，供热才能大，不受外界情况温度影响,特殊适用于冬季冷冷地域，无需辅助热源，可快速除霜，也特殊合适夏日炎热冬季湿冷地域。综合考虑，选举考虑太阳能或空气源燃气机热泵等节能办法，因而抉择计划六做为本项目标热水赐与体例。