○雷兵山段朝霞

（1、武漢大學(xué)后勤保障部湖北 武漢430072 2、武漢大學(xué)采 購(gòu) 與 招投標(biāo)中心湖北 武漢430072）

一、項(xiàng)目概況

湖濱浴室位于我校湖濱學(xué)生宿舍區(qū)，二層獨(dú)立建筑，一樓設(shè)淋浴頭88個(gè)，二樓設(shè)淋浴頭92個(gè)。浴室熱源采用環(huán)保無(wú)污染且經(jīng)濟(jì)節(jié)能的空氣源熱泵加熱系統(tǒng)，由空氣源熱泵熱水機(jī)組制取洗浴用熱水。考慮冬季隨環(huán)境溫度的改變、空氣源熱泵機(jī)組效能衰減等因素，冬季另配置有蒸汽混合加熱器輔助加熱（其蒸氣來源于燃?xì)忮仩t），與空氣源熱泵機(jī)組聯(lián)合制取洗浴熱水，保證系統(tǒng)全天候的制熱效果。系統(tǒng)設(shè)計(jì)熱水送水溫度為50℃。按全年學(xué)生用水量的平均值，本項(xiàng)目洗浴熱水的每天設(shè)計(jì)供應(yīng)水量160噸，分為4個(gè)40噸模塊化供水單元，采取并聯(lián)供水模式。當(dāng)季節(jié)變化用水量減少時(shí)，可選擇單模塊（或雙模塊）運(yùn)行方式，有效地控制能耗。

二、空氣源熱泵系統(tǒng)

1、系統(tǒng)計(jì)算參數(shù)（見表1）

表1 系統(tǒng)計(jì)算參數(shù)

2、熱泵機(jī)組選型

根據(jù)本工程的實(shí)際情況，空氣源熱泵熱水機(jī)組的選型需滿足熱水供應(yīng)，當(dāng)冬季空氣源熱泵熱水機(jī)組出力不足時(shí)，啟動(dòng)蒸汽加熱器輔助加熱。武漢地區(qū)最冷工況下室外濕球溫度按-4.0℃計(jì)算，熱泵的制熱量修正系數(shù)為0.6，冷水計(jì)算溫度為5℃。

按160噸水所需要的熱量計(jì)算：若冬季冷水的溫度5℃，那么熱水所提升的溫差就是45℃，根據(jù)公式Q=Lp×Δt×1.01可計(jì)算出綜合熱量：

Q=Lp×Δt×1.01 Kcal

=160000×45×1.01 Kcal

=7272000 Kcal（÷0.86）

=8456 KW

若確定機(jī)組運(yùn)行時(shí)間16小時(shí)為加熱時(shí)間，那么每小時(shí)所提供的熱量應(yīng)該為528KW。本項(xiàng)目的熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)為4套獨(dú)立系統(tǒng)，則每套系統(tǒng)設(shè)計(jì)的小時(shí)熱量為142KW。每套系統(tǒng)的空氣源熱泵機(jī)組總配置為：RBR-36F機(jī)組3臺(tái)，3臺(tái)機(jī)組的平均小時(shí)產(chǎn)熱量145.725KW，即可滿足要求。

3、熱泵機(jī)組選型校核

額定工況下空氣源熱泵熱水機(jī)組制熱能力：每套系統(tǒng)機(jī)組制熱量145.725KW，每小時(shí)產(chǎn)50℃熱水量：145.725KW×0.86÷（50℃-5℃）=2.78m3；機(jī)組日實(shí)際運(yùn)行時(shí)間為：160m3÷（2.78×4）m3/h=14.39小時(shí)。

最冷工況下空氣源熱水機(jī)組制熱能力：武漢地區(qū)最冷工況室外濕球溫度為-4.0℃，熱泵的制熱量修正系數(shù)為0.6，冷水計(jì)算溫度為5℃。每套系統(tǒng)機(jī)組產(chǎn)熱量：145.725KW×0.6=87.435KW，每小時(shí)產(chǎn) 50℃熱水量：87.435KW×0.86÷（50℃-5℃）=1.67m3；4套系統(tǒng)每天產(chǎn)水量（50℃）為4×1.67×14=93.52噸。在該工況下，學(xué)生浴室熱水系統(tǒng)項(xiàng)目輔助加熱需配置每小時(shí)227KW的熱量。

4、系統(tǒng)組成

本系統(tǒng)由4個(gè)模塊單元組成，每個(gè)模塊單元由空氣源熱泵熱水機(jī)組、蓄熱保溫水箱、機(jī)組制熱循環(huán)泵及管路、熱水供水泵及管路、回水管路、集中控制柜等組成。

系統(tǒng)原理如圖1所示。

系統(tǒng)有4個(gè)獨(dú)立的制熱模塊單元，每套獨(dú)立模塊系統(tǒng)中3臺(tái)空氣源熱泵機(jī)組（制熱量40KW）與水箱采用并聯(lián)加熱方式，熱水循環(huán)泵一用一備。機(jī)組開機(jī)后，循環(huán)泵啟動(dòng)，水在空氣源熱泵機(jī)組的換熱器中加熱又循環(huán)回水箱，然后由水箱下部循環(huán)管循環(huán)回機(jī)組換熱器加熱，如此周而復(fù)始循環(huán)加熱直至保溫水箱里的水到達(dá)設(shè)定水溫。

圖1 系統(tǒng)原理圖

每套獨(dú)立系統(tǒng)模塊的水箱與水箱有管道連接，每套模塊系統(tǒng)可獨(dú)立運(yùn)行，也可并聯(lián)多模塊運(yùn)行，緊鄰的系統(tǒng)可以并聯(lián)組合起來作為一個(gè)整體系統(tǒng)制熱，滿足高峰期的洗浴用水。

空氣源熱泵熱水機(jī)組與水箱連接管道設(shè)有過濾器、水流開關(guān)、閥門。過濾器裝設(shè)在機(jī)組的進(jìn)水口處，阻止進(jìn)水中的雜物進(jìn)入機(jī)組，保護(hù)機(jī)組的換熱器及循環(huán)管路，防止堵塞。水流開關(guān)負(fù)責(zé)機(jī)組的正常運(yùn)行，當(dāng)保溫水箱中缺水或管路不通，無(wú)循環(huán)水流時(shí)，主機(jī)處于自動(dòng)保護(hù)不開機(jī)狀態(tài)。機(jī)組進(jìn)出水口裝設(shè)閥門主要用于機(jī)組停機(jī)檢修，當(dāng)單臺(tái)機(jī)組需要檢修或維修時(shí)，關(guān)閉進(jìn)出水閥門，不影響其他機(jī)組運(yùn)行。其停機(jī)溫控設(shè)定范圍由環(huán)境溫度至50℃。

5、工作原理

空氣源熱泵熱水機(jī)組作為一種熱源有著獨(dú)特的功用，在制取50℃左右的熱水其能效比（COP值）能達(dá)到4左右，也就是說輸入功率與輸出功率之間是4倍左右，在以空氣作為采熱的對(duì)象連續(xù)工作中，熱泵機(jī)組能高效吸收空氣中熱量并轉(zhuǎn)移能量，用于制熱水。其工作原理如圖2所示。

圖2 熱泵機(jī)組原理圖

圖3 制熱效率衰減曲線圖

表2 現(xiàn)有設(shè)備用電功耗表

表3 能源分析表

由于空氣源熱泵式熱水器消耗的能量是機(jī)組內(nèi)部壓縮機(jī)功率，所以它的功耗很低，壓縮機(jī)工作的時(shí)候工質(zhì)循環(huán)吸收了空氣中大量的熱量，從而能有3—4倍于壓縮機(jī)功率的熱量輸出，這樣就形成很高的能效比（COP）。在相同的環(huán)境條件下加熱等量的水到相同的溫度，空氣源熱泵熱水器所花的費(fèi)用約是電熱水器所花的費(fèi)用的1/4。因此它具有節(jié)能環(huán)保優(yōu)勢(shì)且無(wú)任何排放，這也就是該項(xiàng)目的最大優(yōu)點(diǎn)。在該項(xiàng)目中，空氣源熱泵熱水機(jī)組在環(huán)境溫度低于7℃時(shí)，制熱效率開始衰減，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)，其衰減曲線如圖3所示。

從圖3中可以看出，在全年工況下，武漢市的冬季低于2℃以下的環(huán)境溫度，空氣源熱泵熱水機(jī)組是需要第二熱源來完成熱水的加工任務(wù)的，所以在該項(xiàng)目的第二熱源設(shè)計(jì)中選用鍋爐房蒸汽加熱裝置。在環(huán)境溫度高于2℃以上工況下，空氣源熱泵的制熱工況還屬節(jié)能狀態(tài)，效能是環(huán)境溫度12℃的45%左右，當(dāng)然環(huán)境溫度在一個(gè)24小時(shí)的周期是變化的，所以以上的曲線只是作為參考。

三、系統(tǒng)的能耗分析和比較

1、系統(tǒng)能耗分析

現(xiàn)有設(shè)備用電功耗表：寒暑假期系統(tǒng)停用90天左右，按每天用完160噸熱水計(jì)算，其實(shí)際功耗低于表2中的數(shù)值。

2、能耗比較

該項(xiàng)目全年的熱水使用總噸位為44000噸，實(shí)際的理論制熱量為2046512KW。在現(xiàn)有的供熱能源中，煤、電、氣、油為常規(guī)主要用能，下面根據(jù)用能類別作分析，詳見表3。

由表3可以看出，雖然氣候條件對(duì)本系統(tǒng)有一定的影響，但是顯著的節(jié)能指標(biāo)還是得到了充分的體現(xiàn)。與各種能源相比，現(xiàn)在系統(tǒng)的日平均每噸水能耗只有10.378度電（本系統(tǒng)所有的用電設(shè)施總和），折合人民幣只有6.02元（單價(jià)0.58元/度）。與原來鍋爐系統(tǒng)每天的費(fèi)用相比，能耗費(fèi)用的支出大大降低，從全年的效益分析可以看出，本系統(tǒng)的節(jié)能和環(huán)保效果是穩(wěn)定而顯著的。

[1]陳東、謝繼紅：熱泵技術(shù)及其應(yīng)用[M].化工工業(yè)出版社，2006.

[2]徐偉等譯：地源熱泵工程技術(shù)指南[M].中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2007.

[3]蔣能照、劉道平等編：水源·地源·水環(huán)熱泵空調(diào)技術(shù)及應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2007.