【应用实例】压缩式热泵热水机组在中央热水系统中的应用实例

摘要：文章以工程实例分析了热泵热水机组在中央热水系统应用中的节能情况。采用冬季热负荷为机组选型依据，通过和燃气锅炉进行比较，得出每年的节能费用，说明热泵热水机组在中央热水供应中的发展前景，值得大力推广。
　　 关键词：热泵热水机组 中央热水系统 燃气锅炉
　　热泵热水机组是最近几年新兴的热水制造设备，它以电为动力，安装方便、施工周期短、占地面积少、无需燃料堆放场所、无排渣的运输费用及三废处理开支、无需专门值班人员，对于城市密集地区的集中供热水系统来说，压缩式热泵热水机组表现出明显的优势[1].另一方面，热泵可通过吸收环境天然能源及余热、废热，全年供热、夏季供冷，是一种利用可再生能源的高效节能无污染的使用技术[2].热泵热水机组的制热功率达300%以上，相同的输出，热泵热水机组的输入功率只有电锅炉的1/3～1/4，对供电容量的压力不大，生产热水的成本只有电锅炉的1/3～1/4.热泵热水机组同样可以使用蓄能装置，利用夜间低谷电制取一定温度的热水，储存于保温水箱内，供用电高峰时使用，起到削峰填谷作用。近年来，随着我国节能和环保要求的提高，热泵热水机组在中央供热水系统中得到广泛应用，尤其在我国长江流域以南地区，节能效果十分显著。
　 　1、工程概况
　　深圳某酒店有客房221套，全日供应热水每天用热高峰在晚上8～11点。按入住300人，宾馆客人所用热水按国标每天200L/人计算，约需60t/d热水，用量较大。原设计楼顶设有4台立式燃气锅炉，采用两次循环回路供热水：21层以上两台，高压循环；21层以下两台，低压循环。为了降低成本、节约能源、改善酒店周围环境，酒店决定对中央热水系统进行改造，改造方案采用5台南京华电热泉供热技术有限公司生产的热泵热水机组，改造中酒店原有的热水供应系统保留不变，原来的燃气锅炉作为一个应急设备，燃气房的供、回水总管上，原水管仍在新系统中发挥作用，原有系统的总供、回水主管上连接热泵热水机组的供、回水主管，中间加一个蓄热水箱，以利减少设备的选择容量。系统还采用自动控制，可根据需要设置水温。新设备布置在楼顶上，不影响美观，无噪音干扰。
　 　2、设计参数的选定
　　（1）冷水温度： 夏季20℃ 过渡季 17.5℃ 冬季15℃
　　（2）热泵机组热水出口温度55℃，室内用热水出口温度40℃
　　（3）峰期电价0.8元/KWh，储冰电价0.3元/KWh
　 　3、选型
　　热泵热水机组的选型要根据气候条件，平均日用水量及用水温度，用户的补水温度综合考虑，选择机型。机组工作时间一般取一天时间的70%左右。由于机组的能效比受环境温度影响，因此在选择机型时，需同时考虑最恶劣工况和初期投资费用问题[3].
　　1、冬季热负荷
　　Qn=60×1000×4.187×（40-15）×（1+0.1）=6908.6MJ=1919.04KWh
　　（0.10为：系统热损失系数，15为上水温度。）
　　2、过度季热负荷
　　Qn=60×1000×4.187×（40-17.5）×（1+0.1）=6217.7MJ=1727.13KWh
　　3、夏季热负荷
　　Qn=60×1000×4.187×（40-20）×（1+0.1）=5526.8MJ=1535.23KWh

环境温度℃	输入功率KW	输出功率KW	能效比Cop
-5	7.0	15.6	2.23
0	7.4	17.5	2.36
5	7.9	20.2	2.56
10	8.3	23.2	2.80
15	8.8	26.9	3.10
20	9.4	31.5	3.35
25	10.2	38.1	3.74
30	10.8	43.6	4.04
35	11.4	48.6	4.26
40	12.3	52.5	4.27

　　额定工况下参数按标准〈Q/3201HDRQ-01-2002〉，冷水18℃，热水55℃，干球温度55℃，湿球温度12℃
　　根据冬季热负荷及机组性能参数，在环境温度7℃条件下，1台HAM096型热泵热水机组输出功率21.4kw，5台总输出功率为107kw，每天运行18小时可满足热负荷需要。
　 　4、经济性分析
　　（1） 热源的热效率和热值表

热源	燃料热值	热效率，%	实际热值
燃气锅炉	26000kcal/m3	65	16900
热泵	860kcal/kwh	350	3010

　　（2）两种方式加热1吨水的成本
　　以1000公斤（1吨）15度的冷水，加热至40度的热水，需要25000千卡的热量为例，两种热源的成本比较。（1000×25=25000千卡）。

热源	动力消耗	单价	费用
燃气锅炉	1.48m3	13元/m3	19.24元
热泵 （峰期电价）	8.31kwh	0.8元/kwh	6.65元
热泵 （低谷电价）	8.31kwh	0.3元/kwh	2.49元

　　注：燃气按现贵酒店提供的13元/立方米算。
　　（3）费用计算
　　以冬季热负荷为计算依据，利用热泵热水系统供热水，每天使用低谷电8个小时，产热水量为27t，电费为67.23元，每天使用峰电10小时，产热水量为33t，电费为219.45元，合计286.68元。而该酒店原来使用的燃气锅炉制热水的费用为每天1154.4元。改造后该酒店每天可节约运行费用为867.72元，每年节约运行费用31万多元。
　　（4）热泵与燃气锅炉的日常运行和维护费比较
　　热泵这一新型的节能产品之所以能很快的在中央供热水系统中被广泛应用，主要因为其具有节能、环保、安全、舒适等诸多优点受到了越来越多用户的青睐。其日常的维护费用也比常规的热水系统低，主要体现在以下各方面。
　　1、热泵热水机组由储热水箱组成，可以随时使用热水，不用专人开关机和维护。比燃气锅炉节省一个锅炉工的费用。
　　2、热泵热水机组的维护包括：机器外壳、蒸发器散热片的清洗。主要是清洗蒸发器散热片上的灰尘，燃气锅炉以燃气作为燃料，属于易燃、易爆的危险物品，具有不安全因素。
　　3、热泵热水机组可以放置在室外楼顶等地方，不影响工作效率。而燃气锅炉要定期经技术、安全监督局的检查、认可。
　　4、热泵热水机组使用电能清洁能源，绝不会造成空气污染。燃气锅炉燃气燃烧，其排出的烟气仍含有二氧化硫、氧化氮、一氧化碳等有害气体，长期排放，会污染周围环境。
　　5、热泵热水机组采用机组并联运行，分别单独控制，假如其中一台出现故障，不影响其它机组的正常运转。
　　6、热泵热水机组的使用寿命可高达15年，折算起来，比使用燃气锅炉成本更低。
　 　5、结束语
　　通过以上分析，可以进一步认识到热泵热水机组在中央热水系统中应用的前景。该项目投入运行后，在一年内收回了设备的投资成本，得到了业主的好评。照此该酒店在该套热泵热水机组寿命期限内可节约费用为470多万元，节能效果十分明显。热泵热水机组这一新型的节能产品必将成为我国中央热水系统的首选。