空氣源熱泵的應用

史冊　趙述欣　林瀚

摘? 要： 空氣源熱泵系統是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節能裝置，實現大量自然資源和余熱的再利用，從而有效地節省了熱 水制備所需的一次能源?？諝庾鳛闊岜玫牡臀粺嵩?，取之不盡用之不竭，處處都有，可以無償的獲取，具有巨大的應用潛力。

關鍵詞： 空氣源熱泵;節能;浴池熱源

1 現有浴池熱源概述

廠區內需改造的員工浴池共4處，分別為熱處理車間浴池，洗浴淋頭 17個， 洗浴人數約80人;油包車間浴池， 洗浴淋頭33個、洗浴人數約100 人;容器公司浴池，洗浴淋頭29個、洗浴人數約130人;金屬材料中心/結 構車間浴池，洗浴淋頭25個，洗浴人數約150人。為滿足上述車間員工洗 浴，設計采用4組熱源，備用電加熱，不銹鋼保溫水箱蓄熱方式分別為上 述浴池提供熱源，熱源選擇成為此改造方案重點。

2 熱源方案的經濟對比與可行性分析

分別對太陽能熱水器、陶瓷熱敏電鍋爐、蒸汽管線、空氣源熱泵4種 方案的安裝費用、使用壽命、故障率、維修費用、優缺點、運行費用等參 數進行詳細對比，以確定最終方案。

2.1? 蒸汽管線

（ 1 ）投資費用： 約115萬元（不含綠化與景觀恢復費用） 。（ 2 ）使用 壽命： 10年。（ 3 ）優點：維護費用低。（ 4 ）缺點：①理論供氣1小時滿 足洗浴需求，現因管線問題實際供氣2小時可滿足洗浴需求;②節能管理 需專業運行與值守人員;③油包管線需24小時供汽，其它各浴池管線管損 增大;④油包容積式換熱器因長時間高溫產汽，存在安全隱患;⑤沿線樹 木多，草坪面積大，美化景觀多，施工費用高。（ 5 ）用汽量：熱處理浴 池0.19t/h，油包浴池0.48t/h，容器浴池0.76t/h，金屬材料/結構浴池0.76t/ h，每天供汽2小時，按全年供汽300天計算，總蒸汽量約為1300噸，折合 標煤64.28噸。（ 6 ）年運行費用：約27萬元。

2.2? 陶瓷熱敏電鍋爐

（ 1 ）投資費用：約35萬元。（ 2 ）使用壽命： 15-20年。（ 3 ）優點： ①占地面積小，現有蒸汽罐拆除后，場地完全滿足需要;②設備安裝在室 內，冬季無防凍需求;③制熱效率比， COP最高可達0.95 ，且不受季節影 響。（ 4 ）缺點：耗電量大，約為太陽能熱水器用電量的2倍。（ 5 ）用電 量：根據設備選型，熱處理、油包每天用電量約400度，容器、金屬材料 每天用電量約550度，按全年運行300天計算，總電量約為57萬度，折合標 煤69.91噸。（ 6 ）年運行費用：約20萬元。

2.3? 太陽能熱水器

（ 1 ）投資費用：約60萬元。（ 2 ）使用壽命： 8-10年。（ 3 ）優點： 節約電能，非采暖季太陽能滿足使用需求，采暖季需輔助電加熱，所需熱 能80%需電加熱輔助。（ 4 ）缺點：①太陽能板占地面積大，每噸水需20 平方米太陽能板，容器與金屬材料廠房頂部承重不滿足安裝條件，兩車間 共用的餐飲活動中心場地面積無法滿足兩個車間所需太陽能板安裝面積要 求;②容器與金屬材料采光板位置與儲水箱距離較遠，冬季需解決防凍問 題;③太陽能板熱轉換率低，最高80%左右，長期運行板面光潔度下降， 效率會大幅度下降。（ 5 ）用電量：約29萬度，折合標煤34.95噸。（ 6 ）年 運行費用：約10萬元。

2.4 ?空氣源熱泵

（ 1 ）投資費用：約55萬元。（ 2 ）使用壽命： 15-20年。（ 3 ）優點： ①占地面積小;②制熱能效比最高，冬季極寒天氣（ -25℃） COP2.0以上， 全年平均COP4.0以上;③節約電能，同制熱功率條件下，平均耗電為電 鍋爐的25%;④綠色環保。（ 4 ）缺點：①一次性投入較高;②受氣溫影 響， 冬季極寒天氣（ -25℃） 加熱時間會延長。（ 5 ）用電量： 全年平均 用電量約為電鍋爐的25%，總電量約為14萬度，折合標煤17.43噸。（ 6 ） 年運行費用：約5萬元。綜上所述，空氣源熱泵的節能性、可行性、經濟 性、不同工況下的性能都具有很大優勢，故決定采用空氣源熱泵方式為上 述浴池提供熱源。

3 空氣源熱泵的節能原理

空氣源熱泵技術基于逆卡諾循環原理實現，壓縮機把低溫低壓氣態冷 媒轉換成高溫高壓氣態，壓縮機做功轉化的熱能為Q1。高溫高壓的氣態 冷媒與水進行熱交換，高壓的冷媒在常溫下被冷卻、冷凝為液態，這過程 中，冷媒放出熱能使水升溫，水吸收的熱能為Q3。高壓液態冷媒通過膨 脹閥減壓壓力降低，低溫低壓的液態冷媒經過蒸發器吸收空氣中的熱能蒸 發，由液態變為氣態，冷媒從空氣中吸收的熱能為Q2。吸收了熱能的冷媒 變成低溫低壓氣體，再由壓縮機吸入進行壓縮，如此循環，直至加熱到設 定的溫度?？諝庠礋岜米鳛楦咝Ъ療岵⑥D移熱量的系統裝置，在不同工況 下熱泵機組每消耗1度電就能從低溫熱源中吸收2-6度電的熱量，節能效果 非常顯著（即Q1+Q2=Q3）。

4 節能改造實施

4.1? 機組選型

一般洗浴適宜溫度為37 ℃-42 ℃，每人每次洗浴用水量約50升， 確定保溫水箱容積分別為6m3 、8m3 ，設進水溫度為 15 ℃，需要出水

收的熱，單位J ，c ：水的比熱容為 ，單位J /k g ℃， m ：水的質 量，單位kg ，：水升溫后溫度，單位℃， ：水升溫前溫度，單位℃， 。根據熱量計算，機組應滿足①超低溫運行，可在環境溫 度-25℃～ 45℃范圍內高效運行（滿足北方冬季極寒條件）②高效節能， 機組冬季制熱能效比COP不低于2.0 ，年平均制熱能效比COP不低于4.0③ 可加熱時間7小時（ 22 ：00-次日 5 ：00 ）確定空氣源熱泵機組型號為SJK- 25G，在-25℃時額定制熱量為50kW。

4.2? 變頻供水增壓泵選型

DN15洗浴淋頭額定流量為0.1L/S，根據車間浴池實際淋頭個數，確定 變頻供水增壓泵型號為COR-1MHI803 ，額定流量216L/min，揚程35m ，且 為全自動變頻運行、恒壓變流量供水。

4.3? 智能化系統

（ 1 ）自動控制：控制系統根據現場采集水箱溫度，設定自動運行時間 段、加熱溫度，能實現智能化恒溫自動控制。（ 2 ）谷電價時間段運行： 機組自動運行時間設定為22 ：00-次日 5 ：00，節約運行費用。（ 3 ）智能 除霜：①采用大風量風機，優化換熱器尺寸、增強蒸發側換熱，提高蒸發 溫度，減少結霜量;②控制系統根據制熱運行的環境溫度、蒸發器溫度等 參數進行綜合判斷，有霜時高效除霜，無霜時穩定制熱;③優化除霜過程 中的電子膨脹閥開度自動控制，保持除霜過程的融霜熱量最大化，提高除 霜速度。（ 4 ）補水控制：儲熱水箱補水采用低水位連續補水方式，保護 機組循環系統，由液位傳感器控制電磁閥聯控實現，當水位達到設定液位 上限時停止補水，循環系統自動循環。

5 改造后的節能效果

改造后，熱源系統安裝峰谷平智能電表及水流量表便于計量、考核， 通過用電量統計，現4組空氣源熱泵機組月累計用電量平均約1萬度，預計 全年用電量約為12萬度，折合電費4.2萬元（谷時段電價）， 2020年各浴池 蒸汽總用量約1300噸，折合蒸汽費34.5萬元，預計空氣源熱泵機組全年運 行費用照2020年同期蒸汽費下降87.8%，節約費用約30萬元。

參考文獻：

[1] 《公共浴池給排水設計規范》 CECS-2000.

[2] 《建筑給排水設計規范》 GB50015-2019.

[3]空氣源熱泵機組使用說明書.

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