空气源热泵系统工程实例及经济技术分析

　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。
　　但是实际当中，电动机效率=0.95，压缩机效率=0.8，换热器效率=0.9，系统效率=0.8，则总效率为0.95×0.8×0.9×0.8=0.55.COP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。