隨著學校生活熱水系統(tǒng)的普及和應用規(guī)模的增大，學校學生生活熱水系統(tǒng)中存在的問題也越來越多，熱水系統(tǒng)運行費用居高不下。學校熱水工程解決方案熱水系統(tǒng)設計的合理性與經濟性，決定了熱水系統(tǒng)投資總額和運營費用的高低，為了避免造成資源浪費。學校熱水工程解決方案設計主要合理安排以下三個問題：一是學生生活熱水需求量；二是熱水使用時間分配；三是設備選型。
一、學校生活熱水需求量確定
學校熱水量的確定主要根據(jù)《建筑給水排水設計規(guī)范》(GB50015-2009)[35](以下簡稱規(guī)范)相關內容和要求確定。該規(guī)范指出，生活熱水系統(tǒng)的生活熱水需求量計算、設計小時熱水量計算應以最高日生活熱水用水定額為計算依據(jù)，并和熱水使用小時變化系數(shù)等因素相關。利用不同熱水定額得出系統(tǒng)小時耗熱量，再根據(jù)耗熱量得出系統(tǒng)小時熱水量。
全日制學校供應熱水系統(tǒng)設計小時耗熱量計算
根據(jù)規(guī)范，對于需要保證全日24小時供應熱水的宿舍(I、II類)、住宅、別墅等建筑的集中熱水供應系統(tǒng)的設計小時耗熱量應按下式計算：
公式中，Qh為設計小時耗熱量(KJ/h)；m為用水計算單位數(shù)（人數(shù)或床位數(shù)）；qr為熱水用水定額（L/人d）；C為水的比熱容，一般取C等于4.187(KJ/Kg℃);tr為熱水計算溫度；tl為冷水溫度，根據(jù)不同地區(qū)選??；Pr為生活熱水的密度，一般情況取Pr=1(Kg/L)；Kh為小時變化系數(shù)，根據(jù)不同建筑類型按規(guī)范選?。籘為每日使用時間，按照規(guī)范根據(jù)不同建筑類型和使用功能選取。
二、學校生活熱水使用時間分配
學校生活熱水系統(tǒng)的熱水使用時間分配對系統(tǒng)設備的選型和運行有關鍵影響。生活熱水使用時間分配沒有一個明確的規(guī)定，主要通過熱水系統(tǒng)的小時變化系數(shù)來反映，但有兩種比較極端的情況：一種是在24小時內可以任意分布的熱水系統(tǒng)，比如旅館、別墅、住宅、招待所、帶有住宿的托兒所等;另外一種是熱水使用時間非常集中的熱水系統(tǒng)，比如生產車間的工人浴室、體育場館浴室、學生集中浴室等。
學校學生生活熱水系統(tǒng)的熱水使用時間分布規(guī)律介于賓館和生產廠房之間，它既不像賓館那樣毫無規(guī)律，也不像生產廠房那樣一成不變。規(guī)范里面對高校III類、IV類宿舍的衛(wèi)生器具同時使用系數(shù)是按100%取值，即認為所有衛(wèi)生器具會在同一時間使用，這顯然與實際情況有所不符,具體應根據(jù)學生作息安排規(guī)律計算。
三、學校生活熱水系統(tǒng)關鍵設備選型計算
1.太陽能加熱設備選型計算
根據(jù)規(guī)范，當該地區(qū)日照時數(shù)大于1400(h/年)，且年太陽能輻射量大于4200(MJ/㎡·年)及年極端最低氣溫不低于-45℃的地區(qū)，宜優(yōu)先采用太陽能作為生活熱水供應熱源。
太陽能儲熱水箱容積選型計算
公式中：Vr為太陽能熱水系統(tǒng)貯水箱有效容積(L);Aj為太陽能集熱器總面積(㎡);qrjd為太陽能集熱器單位面積平均每日產熱水量[L/(㎡d)]，根據(jù)集熱器產品的實測結果確定。無條件時，根據(jù)當?shù)靥柲茌椓?、太陽能集熱器性能、太陽能集熱器面積等因素按下列原則確定：直接式太陽能熱水系統(tǒng)qrjd=(40～100)[L/(㎡d)];間接式太陽能熱水系統(tǒng)qrjd(30～70)[L/(㎡d)]。
2.空氣能熱泵機組選型計算
太陽能熱水系統(tǒng)只有在太陽能資源達到要求的情況下才能發(fā)揮預期的作用，由于太陽能具有不穩(wěn)定性，因此需要設置輔助熱源，確保太陽能資源不足時熱水系統(tǒng)仍然能夠正常供應熱水。熱泵機組的設計小時供熱量按下式計算：
公式中：Qg為熱泵機組設計小時供熱量(kJ/h);qr為熱水用水定額(L/人d或L/床d)，根據(jù)不同建筑類型和用途按規(guī)范取值;m為用水計算單位數(shù)(人數(shù)或床位數(shù));rt為熱水計算溫度;tl為冷水計算溫度，根據(jù)規(guī)范按地區(qū)選取;T為熱泵機組設計工作時間(h/d)，取12h～20h;k1為安全系數(shù)，一般取k1=1.05～1.10。
空氣能熱泵機組儲熱水箱選型計算
對于全日制24小時熱水供應系統(tǒng)，熱泵機組儲熱水箱容積應根據(jù)熱水系統(tǒng)日耗熱量、熱泵機組連續(xù)工作時間等因素綜合確定，當條件不足時，可按下式計算：
公式中：Vr為貯熱水箱有效容積(L);Qh為設計小時耗熱量(kJ/h);Qg為設計小時供熱量(kJ/h);T為設計小時耗熱量持續(xù)時間(h);為有效貯熱容積系數(shù)，貯熱水箱、臥式貯熱水罐η=0.80～0.85，立式貯熱水罐η=0.85～0.90;2k為安全系數(shù)，一般取2k=1.10～1.20。對于定時供應熱水系統(tǒng)，貯熱水箱的有效容積宜為定時供應熱水系統(tǒng)最大時段的全部熱水量。
四、太陽能空氣能熱泵雙熱源中央熱水系統(tǒng)
學校生活熱水系統(tǒng)主要首選太陽能與空氣能熱泵雙熱源熱水系統(tǒng)，根據(jù)需求滿足學生用水量，采用太陽能+空氣能熱泵組合多熱源熱泵節(jié)能熱水系統(tǒng)，在最大限度利用太陽能熱水系統(tǒng)的情況下，又能保證在太陽能不足的時候，可以確保系統(tǒng)有足夠的生活熱水供應。通過優(yōu)化系統(tǒng)設備配置，合理搭配能源組合，全自動智能系統(tǒng)控制，實現(xiàn)全天24小時不間斷熱水供應。
學校熱水工程采用太陽能空氣能熱泵中央熱水系統(tǒng)的實用意義
根據(jù)我國北方大部分地區(qū)的太陽輻照資料，太陽能空氣能熱泵中央熱水系統(tǒng)中，太陽能直接加熱可滿足熱水系統(tǒng)全年60—80%的熱量需求，其余20—40%熱量由太陽能輔助加熱空氣源熱泵機組供應，熱泵平均COP可達3.0，即其所供應熱量有65%以上來自集熱器不能直接利用的太陽能和空氣熱能。在整個系統(tǒng)運行中，集熱器吸收的太陽能的利用率接近100%，輔助加熱的電力消耗只占系統(tǒng)總能耗的7—14%，較常規(guī)能源的熱水系統(tǒng)可至少節(jié)能85%以上。
