宾馆洗浴采用空气源热泵热水系统工程实例经济技术

宾馆洗浴采用空气源热泵热水系统工程实例经济技术分析摘要：本文以实际设计工程为实例，在洗浴及生活用热水方面提出了一种采用空气源热泵热水系统形式，介绍了其工作原理和各组成部分的设计要求，并对设计方案进行了综合分析、比较，从而得出结论：用空气源热泵热水系统取代锅炉的确是一个经济合理的方案。这种无需设计专用机房、无污染又安全、全年综合节能率70%以上的制热水方式，是一种实用的环保节能技术，值得大力推广。关键字：空气源热泵热水系统引言随着经济的发展，能源紧张以及环境保护问题亦日益突出，近年来，上海市的不少宾馆都实施了“煤改气（油、电）”的环保政策，但却造成了洗浴热水费用升高，我们宝山宾馆冬季高峰时单此项费用就高达3万余元每天，如何更多更好地利用自然能源，特别是低品位能源，避免和减少环境污染，缓和能源紧张问题早已是人们所关注的课题。有些宾馆为了降低洗浴热水的成本，安装了真空管式太阳能热水系统，靠太阳光的直射来产热，是解决了环保问题，也相应降低了部分时段的洗浴热水成本，但据上海市近三年的气象资料表明，本市每年有近半年时间为多云与阴雨天，此气候条件下还是要靠电热管辅助加热，而用电直接加热水时的费用比锅炉还高（每吨水温升40℃达30多元），且需提供足够大的楼顶安装采光面积，有一定的局限性。太阳能是大自然赋予人类取之不尽的清洁能源，充分利用它服务于人类的生产、生活，是人们长期以来的愿望。空气源热泵热水系统就是比较理想的太阳潜能（空气能）的利用方式之一，为此，我们宾馆在鹏悅总经理与一班领导层的决策下，责成保障部于中全经理牵头成立了由季建明、任海军、俞明发、叶国亮、张兵等工程技术人员组成的QC攻关小组，于2004年下半年开始进行了这方面的探索。1.热泵与热泵的工作原理热泵技术是近年来在全世界备受关注的新能源技术，目前较多地应用于冷暖空调机。日常生活中泵的应用很多。泵是一种提高位能的装置，根据用途不同有水泵、气泵、油泵等。水泵主要是提高水位或增加水压；气泵主要是增加气压；油泵主要是用于供油系统和油压设备。人们使用的打气筒也是一种简单的注复式气泵。这些泵都是对接触的物质直接作功。“热”不是物质，而是能，广泛的存在于自然界中的各类质的物体中，这些物质，我们认为是热的载体，载体可以是固体（如金属）、液体（如水）、也可以是气体。热的传递方式有对流、传导和辐射。“热”必须通过载体携带并传递，不同载体主要传递方式不同。热泵顾名思义就是泵热的装置。按照新的国际制冷辞典的定义，热泵是以冷凝器放出热量来供热的制冷系统。热泵按工作原理可以分为蒸气压缩式、气体压缩式、蒸气喷射式、吸收式、电热式、半导体式和电化学式多种。而目前应用最普遍的应当是蒸气压缩式热泵。它的工作主要是靠电力驱动的压缩机使热泵工质在压缩机、热交换器、节流装置等部件组成的闭合回路系统中进行循环，通过工质状态的相变，将低品位热能转化为高品位热能。低端吸热制冷，高端放热制热，周而复始的循环得到的是制冷又制热的双重效应，目前较多的应用于冷暖空调。热泵系统的工作原理。蒸发器吸收热后，其工质蒸发生成的高温低压过热气体在压缩机中经绝热压缩变为高温高压的气体，经冷凝器定压冷凝为低温高压液体（放出汽化热，而制热）。液态工质经降压绝热节流为低温低压液体，再进入蒸发器定压吸收热源热量，并蒸发变成过热蒸气重复下一个循环。所以利用热泵热水机释放到水中的热量不是直接用电加热产生出来的，而是通过热泵热水机把热源搬运到水中去的。利用少量高品位的电能作为驱动能源，从低温热源高效吸收低品位热能并传输给高温热源，达到了“泵热”的目的。热泵技术也是一种提高能量品位的技术，它不是能量转换的过程，不受能量转换效率极限1００％的制约，而是受逆卡诺循环效率的制约。其搬运的能力与投入热泵的电能之比称为制热性能系数又称能效比（用ＣＯＰ来表示）。其理论效率为:(工作温度＋273)/温升△T。当工作温度25℃,△T为20℃时，理论制热系数就可以达到COP理＝15。实＝15×0.55=8.25.这就是说投入1KW的电能来搬运热量，理想最高可以搬运8.25KW的热量.2.空气源热泵热水系统的优势空气源热泵热水系统就是把空气作为低品位热源，通过查阅大量的文献资料得知与常规热水产热系统相比，空气源热水系统具有以下优势：2.1资源丰富。地球上百分之九十几的能量是来自太阳的，太阳能数量巨大，且取之不尽用之不竭，一系列的常规能源，譬如煤炭、石油都是太阳能长期转换的结果，而这只是相当小的一部分能量。另外一大部分能量都以地流热、辐射热等形式存在于空气中。空气源热泵热水系统就是将空气中的这些热量和其他低温热源中无法利用的潜热及工业排放的废热通过泵搬运到水中去，从而使水变热。2.2技术的日趋成熟。国际上美国空气源热泵热水器已经有20多年历史了，澳大利亚也在15年前就开始研制同类产品，国内虽然起步较晚，但在国家重点扶持和科研、生产部们的不断努力下，目前空气源热泵热水机的生产已初具规模，部分厂家产品已达到或超过国际先进水平，空气源热泵热水机的产业化和产品质量的提高，为我们的尝试提供了条件。2.3优越的经济性。空气源热水系统利用很少的电搬运几倍的热量，年节约率高达80%以上。2.4良好的实用性。空气源热泵热水系统采用的是容积式储热方式，在短时停电停水的情况下可连续供热水，且费用低于常规热水系统，连续供水还可减少管道腐蚀，延长管道寿命并保证水质清洁。2.5无以伦比的环境效益。空气源热能是无污染能源，这是其它能源所无法比拟的，在环境污染日趋严重的今天，这一点更为重要。3.探索过程捏3.1池裁热泵机组的选卷定榨空气源热泵热越水机组，顾名衰思义关键在于榆热泵。要靠热监泵把存在于空悠气中的低品位垮热能搬运到水关中去来把水加端热，一就要求融压缩机能承受身高温高压；二般要求有较大换好热表面积的蒸庆发器，与空气捕接触的表面积存越大，在同等敏条件下能搬运蛾到的热能就越蚀多，能效就会吴越高越节能；仪三是高性能的筒搬热的工质（裤也称冷媒），胸要能在严寒的小冬季把寒冷的宽空气中低品位晃的热能采集提仅高搬运到水中脸去，要求工质莲的两态（液态昨与气态）转换狱温度点要低于雀-2调5迟℃退，同时要能产删生加6命5逗℃烟的热水又博要求工质的临熊界压力要低，握否则压力太高加对压缩机不利醉或使压缩机进爬入高压保护而扶制不了高温热园水。农对照以上三项膜以及厂家产品零的生产工艺、哲质量保证、售州后服务等诸多怀因素最终选定蛾了由世界太阳鲁能协会理事、窝中国空气源热喜泵热水机发起穗人曲韩广田雁老师研发的豪澡瓦特热泵热水封机组，因该厂药家机组采用的头美国谷轮压缩忧机和比同行业俭同类产品增大验到额1.来5捎倍表面积的蒸水发器，特别是寒该机组采用的砌是其自己独特点配方的混合工净质，打破了其螺他品牌机组架用秩R2魂2沟或赚R41茧7宁等单一工质只疲能制到杜5搞5矩℃幅热水与适应不悟了象-紧5张℃僻以下环境的极掌限，产生旁6赖5桃℃晴热水时压缩机厨压力为段22Kg殃，其他品牌的乎同类产品到旅5切5食℃锁时压缩机压力什就超过此值了朝。为了慎重起捧见，我们于厂哗家联系定在较栽寒冷垂的沉200讯4恶年徒1张2升月初在我们宾煌馆先安装了一卡只日蹲产当2双吨矮6唉5窃℃瓶热水的小系统待进行过冬论证困，占到皆200巩5糕年划4底月得出数据表律明：在最恶劣平的寒冬用此机泪组制一吨热水验的总费用朴为豪7.3峡2趟元，较用然气您锅炉牺的戏28.9强3铃元节约了诉近腹75蜜%凤。负3.2瓶刘系统方案论证创与实施各殃党系统方案的论否证等热泵热水机组厅必须由主机和录水箱，循环泵码组成，通过循厦环把主机产热石带入水箱，对厘水箱的水逐渐绿升温加热，水拦系统的工作情斧况，直接影响峡到整体效果，奥所以我们称之悦谓热泵热水系锤统。常用的系超统有直接大循太环式和定温放帜水式两种不同主形式。直接大师循环又有一次扛加水加热放水绣和不间断使用诸补水两种。定梅温放水由加热坡水箱和储热水佣箱组成，加热革水箱有不承压列定温完全放水航和承压不间断腾自动补水顶水赴放水式两种。贪这些系统各有匆优缺点，我们幕分析凤了瓣2趟T春热泵热水小系阁统的特性，发苦现在加热的过棋程中，水温越见低能效贝比衔CO佣P教值越高，随着挖水温的升候高君CO密P匠值在降低，相虏同外部工况下淋同等的水从得2夫0柳℃锈加热到醒5勤0碰℃台时段与携5俭0跑℃分升高到旅6兆0彻℃床时段所耗用的交能量接近。最亲后选用用加热仰水箱定温全放笼水方式，控制谦系统虽然较复概杂，但每加热师一箱水都是从匠冷水初始温度削到设定温度全祥过程加热充分并发挥热泵输入亚功率随温升变素化的特鞭点扫CO著P卸值较高，节能不效果明显。加彻之冬季机组间扩断工作不易结苦霜。固般伙改造的目标与沾方向。仿有朽了对2工吨小机组过冬积的数据与基础什，在宾馆领导饲的决策下，我皮们首先选定了刘宾馆职工浴室泊与食堂用热水件作为节能改造严的方向；目标离是结合浴室采歌用智能磁卡固系统与利用夜引间低价谷电，顽力争使节能改易造后年平均综汗合节约率伞达价80朽%园（详见下表）摧。窝露丰节能改造前闭节能改造后骨节省量亩浴室日用热水预（吨）金50界35器15壮食堂日用热水摔（吨）曲15姓10贤5略年均热水费用那（元）视28.93膊7.0慕21.93秀日加热费用（搏元）晌1880.4核5搜315.00更1565.4锄5林年加热费用（泥元）敌686364谷.25健114975篮.00翼571389勉.25林综合节约率谜岁准83.25%酿案刊系统的构成。垒根据职工浴室绍与食堂该造后神的目标日用热沫水量坐为傅45亚T皱，钩放售10离%棵的容积余量，茫我们的空气源淋热泵热水系统度的日产热水能蝶力需达肠到填50冤T障。对湖.1耻丢选坡用删8铲台豪瓦攻特膨JKR-10式H屿热泵工程机组魂。日产热水量独为待50但T止，通过查阅该担公司产品资料屯再结合实际情油况，春夏秋三硬季环境温度和肝入水温度比较剩高，上海地区仍最高气温达舞3搁5酬℃靠，按平均环境欠温度为饥2倾5耳℃曾，入水温度为凤2归0绕℃洗时炊，背1转0饲匹机每小时产撑6爷0逆℃笛热水必750L陈，纲用胁8畏台可1纹0样匹机工规作劝8.遭5难小时可产购6燃0射℃通热被水悄50肿T须。冬季气温比滑较低，上海地兵区最低气温为丢0循℃解左右，入水温鹿度宁1胶0倚℃盒，此编时池1贱0泊匹工程机每小殿时产享6恼0般℃略热水钞400L托，最恶劣的情稿况下失用巡8源台茶1谷0胞匹机工犯作熟1矛6量小时可产畅6么0执℃亡热戚水缓50门T羊。勺豪瓦特产品参割数：啦型号允JKR05H纷JKR10H脆额定输入功率娇4KW容8KW纸等效输出制热悉功率画16KW扎32KW搞生产热水温度恨55~刻6袖0矩℃该55~乱6渐0脂℃罗热水补偿速违度分(碌环温赴2描5泼℃宪进塌水志2椅0霉℃爪△刃t挂4症0娇℃漂)巨350L脂/h今750L漏/h竿制热系数恐标准工况趟2董5蚂℃肢约数4码标准工况馅2旦5吨℃锣约号4踩进出水口尺寸皂G寻1佛″彩G1.农5话″爷设备尺寸上820×82滩0×娘1025mm稠850×16恒60×税1450mm冲设备重量控153kg叹300kg轨称.2迷放一只储热水箱棕。栽50命T络容第量锯(待内部缴分挠15忍T送与混35击T命独立的两格览，艺35歪T惰供宾馆职工浴蔽室碧15混T失供食叹堂火)茫，内层不锈钢链板，底板厚度毯2.0mm肠,办側板厚垒度戒1.5~丈2.0mm凡,泛冲压加强成型姥，内径表7m但长（分成挖5m摩与押2m未）布×渴3m幻宽舰×捉2.5m嗽高，外层材料董玻璃钢板或不组锈钢板冲压加械强成型，两层技中间轰10cm倒厚津的接P杰E筹橡塑保温，整资体底山部排8妈根捕×4户根岛2秆0帆号槽钢，在保表温层中另蹈加伏8溪号槽钢框架。偿水箱外北側面陵各带液位显示并，水箱顶部分浇别各内挣置线1降套不锈钢蒸气薄管消音装置，梢以便备份蒸气树锅炉启动时使骨用。影般.3鞋治两只加热水纳箱狗.短均爽为尿2爸T欧容量陆，疯Ø陵1.28m触×禾2.1m僚，内外均为不趋锈钢，中间占50mm纠西班牙聚氨脂滩填充保温虽。余3护台热泵机组对杂一只加热水箱絮加热供杨给霞15朴T泄储热水箱传，取5淡台热泵机组对篮另一只加热水盐箱加热供动给矛35慰T任储热水箱恋。涂漠芳.4区币一只放置于食变堂楼顶提高位勇能的热水储水浑箱医。而3作T冰容量秧，假Ø吊1.52m挽×逗2.1m胃，内外均为不顷锈钢，中间浴50mm检西班牙聚氨脂茂填充保温。萝跌.5叛表热水循环信泵带1询1屈只隶。捏8姜台热泵热水机竞组卵8绪套管路中各配恢用谢1庆只线，讨3斯只小水箱各配擦用挺1查只。倒塞.6塌羊电磁附阀净5伍只。控制两委只损2剥T帐加热水箱的冷盟水进水各配心用底1弊只，控制加热季完出热水榴到游50狂T研大水箱的配后用老3企只。惰笔.抗7酿系统总电控卖柜叶1隙只。控谋制众70KV戚A皆负荷能力；具呀有漏电、缺相旺、错相、过载鱼保护功能；显躬示和控制两只千加热水箱嫌与额15察T消、筝35宿T家储热水箱的水版温；显示和控摔制炼15套T器、有35边T袖储热水箱的水牺位；遇盈很系统的工作原役理。信扯教系统各环节水炭温的设定备。葡(翠省堂略乓)摄无论是锅炉还错是其他形式产鞭生热水，人们渠总希望水的温卫度越高越好，今我们经研究才揉发现这是一个妨误区，水温太校高水的循环能兆力会相应减小浇，一般的水质拜在巡6役5筋℃拥~扰8羡5怪℃厌之间是强结垢第区，侧6火5锻℃陕以下是弱结垢年区，如果达到涛8箩5滤℃谈以上就会行成峡坚硬垢，会阻棍碍热水系统内维部的水循环，篇影响水温。国积际上生活标准掩热水为妨6悼0旬℃念，洗浴用水为吃4既0榴℃父-4网5颤℃污，利用低水温贸，大容量的办亚法可以提高系彼统的效率。所趣以我们把加热潜水箱的排热水尘温度设定在例5屋6砌℃给，热泵机组最诊终停机温度设秒定为宅5线8嗽℃摇。咳3.3固乘系统方案的实逗施别由于整个系统犹方案在前期进敢行了周密的论妻证与分析，加碗之我们宾馆又戴有一支具有多浓年制冷锅炉水奇电管工经验的薯工程技术人员弓队伍，经与豪温瓦特公司技术宫人员的多方接覆洽、共同努力严，经过近一个载月的时间，整瓦个改造项目全槐部完成并投入羽运行。现在系骂统全自动运行系一切正常。烈4央.表经济价值分析眼系统投入运行刃后，我们在焦200社5催年煌5体月风2微7论日全2写2述：渣0须0广开始到山5寿月陶2卡8婚日显7斤：庄2陆4裳记录了一组水旬电数据如下炎：积裤（环境温度：熔2态1订℃施；进水温度朴1阁8名℃辣；出水温度堆5夺6唉℃肉）圣时段声耗电购电费单价（元哗）州电费（元）弹2哄7鸣日诚22:00-驶2栽8咱日误6:00许396KWh寨0.267环105.74扯2割8运日亩6:00-宽2镇8就日特7:24跟66KWh舒0.972鹰64.15径小计调462KWh书步闸169.89最总产热水量（底吨）协50.6铲平均每吨热水偿加热费煮用凝(员元摇)桶3.36动宾馆用水单价什为邪1