陳 浩 羅海強 代京京 李德亮

上海中建海外發(fā)展有限公司 上海 200125

為滿足游泳池的水溫標準，需要對泳池循環(huán)水進行熱量補充，目前燃油或燃氣鍋爐等加熱方式，在經(jīng)濟和環(huán)保方面缺陷明顯，因此越來越多的人選擇了空氣源熱泵?？諝庠礋岜米鳛橐豁棙O具開發(fā)和應用潛力的高效節(jié)能、環(huán)保新技術(shù)，具有廣闊的實用價值[1-3]。

1 空氣源熱泵的實際應用情況

1.1 項目游泳池加熱系統(tǒng)設計概況

毛里求斯綜合體育場項目的泳池加熱系統(tǒng)選用了16套KFRS-Y96SM/NaAS型號的泳池用空氣源熱泵，分別供給競賽池（10套）和熱身池（6套）使用，用于全年的泳池供熱。競賽池和熱身池加熱系統(tǒng)各自配有一套熱水循環(huán)泵。

1.2 熱泵制熱水流程

壓縮機吸入低壓過熱制冷劑蒸汽，經(jīng)壓縮機壓縮成高溫高壓的過熱蒸汽，進入水側(cè)換熱器給泳池水加熱，從而冷凝成飽和或過冷的制冷劑液體。經(jīng)過電子膨脹閥節(jié)流后，進入翅片換熱器吸收環(huán)境的熱量汽化蒸發(fā)，進入汽液分離器，再被壓縮機吸入壓縮，進行下一次循環(huán)（圖1）。

圖1 熱泵制熱水流程

1.3 運行工作原理

本項目泳池用熱泵熱水機組采用模塊化安裝（圖2）。

圖2 模塊化安裝原理

機組通過水泵使泳池的水經(jīng)過機組中的套管換熱器循環(huán)加熱，當進水溫度設定為45℃時，在機組進水溫度＜42℃時，壓縮機啟動工作。當泳池的水溫上升到設定溫度45℃時，壓縮機停止工作。本項目未設置輔助電加熱。

1.4 實際運行狀態(tài)分析

1.4.1 運行故障

根據(jù)試運行階段對泳池加熱系統(tǒng)的運行狀態(tài)監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)存在如下問題：

1）以競賽池為例，正常運行情況下，機組進出水溫差在3～6 K之間較好，夏季不超過7 K，冬季不超過4 K。運行階段，機組進出水溫差常出現(xiàn)大于7 K的情況，或顯示水流開關保護的錯誤。出現(xiàn)這種情況，說明系統(tǒng)內(nèi)水流量偏小，原因有水過濾器堵塞、空氣未排凈、管路系統(tǒng)阻力過大等。通過對系統(tǒng)的檢查，逐一排除可能的原因，最后確認原因是一次側(cè)熱交換器（由業(yè)主指定的泳池專業(yè)廠家提供）的交換流量過?。ㄖ挥?2.5 L/s）。單臺熱水機組的循環(huán)水流量為4.54 L/s，10臺機組同時開啟的情況下，總流量將遠超過12.5 L/s，熱交換器的交換能力遠不能達到空氣源熱泵機組的流量要求。

2）在原設計工況下，10臺機組同時開啟，2臺熱水循環(huán)泵工作（第3臺備用）。根據(jù)對熱泵機組實際運行的數(shù)據(jù)記錄，機組加熱達到設定出水溫度的時間一般為10 min。在壓縮機停止工作約30 min，機組進水溫度＜42 ℃時，壓縮機將再次啟動工作。壓縮機出現(xiàn)啟停過于頻繁的情況。產(chǎn)生原因主要有水系統(tǒng)管路循環(huán)不良、水系統(tǒng)堵塞或有空氣等。在檢查水泵、閥門、管路或排凈空氣后，仍然存在此問題。在協(xié)同機組廠家人員分析排查后，確認主要的原因仍是一次側(cè)熱交換器的交換流量過小。

1.4.2 解決措施

最佳的解決措施是更換熱交換器，選擇滿足空氣源熱泵交換流量的熱交換器。但由于一次側(cè)熱交換器由業(yè)主方指定的泳池專業(yè)分包負責，且受現(xiàn)場賽事需要，因此該措施暫不考慮。

為使整套泳池加熱系統(tǒng)達到最佳的運行狀態(tài)，結(jié)合試運行階段的調(diào)試數(shù)據(jù)，對設備的運行工況進行了調(diào)整，具體采取的措施如下[4-6]：

1）競賽池系統(tǒng)。按熱泵機組的編號，開啟1#～3#的3臺機組，其他7臺機組關閉。同時進機組的閥門需全部關閉，保證管網(wǎng)系統(tǒng)水流量。熱水循環(huán)泵的運行模式調(diào)整為用戶設置模式，由變頻調(diào)整為共頻，頻率設置為80%，數(shù)量為兩用一備。熱泵機組和水泵的運行可每隔一個周期（自主選擇，以周、月計），手動開關設備進行輪換運行，以確保各臺設備運行狀況良好。

2）熱身池系統(tǒng)。按熱泵機組的編號，開啟1#～3#的3臺機組，其他3臺機組關閉。同時進機組的閥門需全部關閉。熱水循環(huán)泵的運行模式調(diào)整為用戶設置模式，由變頻調(diào)整為共頻，頻率設置為80%，數(shù)量為兩用一備。熱泵機組和水泵的運行可每隔一個周期（自主選擇，以周、月計），手動開關設備進行輪換運行。

1.4.3 采取措施后的效果

通過上述的調(diào)整措施，可最大限度地增大水流量，將機組進出水溫差控制在合理范圍內(nèi)，減少了壓縮機啟停的頻率，在現(xiàn)有情況下能確保系統(tǒng)達到最佳運行狀態(tài)。

2 效益分析

2.1 社會效益評估

每年空氣源熱泵提供可利用的熱量＝1 764 MJ/h× 24 h×365＝1.55×107MJ（其中1 764 MJ/h為熱水設計耗熱量）。

空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的環(huán)保效益體現(xiàn)在因節(jié)省常規(guī)能源而減少了污染物的排放，主要指標為CO2的減排量。將系統(tǒng)壽命的節(jié)能量折算成標準煤，然后將標準煤中碳的含量折算成CO2，即為空氣源熱泵熱水系統(tǒng)CO2的減排量。經(jīng)計算可知，空氣源熱泵系統(tǒng)每年可減少CO2排放量約為1 660 t。

2.2 經(jīng)濟效益評估

毛里求斯屬亞熱帶海洋性氣候。全年分夏、冬兩季，每年的11月份到次年的4月為夏季，平均氣溫23～33 ℃。每年的5月份到10月份為冬季，平均氣溫17～24 ℃。

以加熱100 t的50 ℃熱水為例，經(jīng)計算，電鍋爐全年所需費用約為264.4萬元，空氣源熱泵全年所需費用約為58.34萬元，即空氣源熱泵全年的運行費用約只有電鍋爐的1/4.5，大大節(jié)約了電力的消耗。

綜上所述，空氣源熱泵具有初期投入低、高效節(jié)能、零污染排放、系統(tǒng)運行費用相對較低、適用范圍廣、供熱時間長、可實現(xiàn)全天候運行、受天氣和氣候影響較小等特點。將空氣源熱泵應用在毛里求斯綜合體育場項目泳池系統(tǒng)上，在實現(xiàn)功能的前提下，充分發(fā)揮了其社會效益和經(jīng)濟效益[7-9]。

在全球變暖日益嚴重的今天，選用更加清潔、能效高的空氣源熱泵，從長遠來看，值得優(yōu)先選擇。

3 系統(tǒng)設計和施工上存在的不足

3.1 設計上的不足

一方面，原設計空氣源熱泵機組所在屋面空間局促，空調(diào)機組、管線、橋架等排布非常緊湊，管道翻彎較多，雖經(jīng)過深化設計，對各專業(yè)管線也進行了優(yōu)化排布，但仍存在初期管道系統(tǒng)內(nèi)排氣不暢的問題，且缺少必要的檢修通道，給后期的運營維護帶來一定的困難。

另一方面，進出水熱泵機組的閥門均為機械閥門，非電磁閥，BMS遠程選擇熱泵機組臺數(shù)開啟時，為保證水系統(tǒng)流量，在無法自動關閉進水閥門的情況下，只能通過人工手動操作關啟閥門，設計上存在一定的缺陷。

3.2 施工上的不足

泳池加熱水系統(tǒng)使用的黑鋼管采用焊接方式連接，在系統(tǒng)閉式循環(huán)沖洗管道時，焊渣無法完全清洗排走。在試運行期，雖然在熱水循環(huán)泵和熱泵機組進水口均增加了過濾器，以防止雜質(zhì)進入設備中，對設備造成損壞，但在對系統(tǒng)沖洗多次、目測出水清澈的情況下，仍然導致一臺熱水循環(huán)泵的機鋒被擊穿。通過開機檢查，發(fā)現(xiàn)水泵內(nèi)存在大量細小的焊渣粉末。經(jīng)排查發(fā)現(xiàn)，過濾器的孔徑偏大，導致雜質(zhì)流入泵體內(nèi)[10-13]。

4 系統(tǒng)改進方案

空氣源熱泵作為泳池加熱系統(tǒng)中重要的一部分，為達到設備運行的最佳狀態(tài)，需要充分考慮與系統(tǒng)中其他設備的配合，特別是涉及BMS方面。通過運行觀察，不斷調(diào)整，最終選擇適合本項目的設備運行參數(shù)。在現(xiàn)場安裝過程中，總結(jié)出如下的改進方案：

1）在系統(tǒng)按設計圖紙安裝的前提下，要預先考慮到設備運行監(jiān)測的需求，對原設計一次側(cè)熱交換器的交換流量進行校核。在熱泵機組進出水口處須安裝壓力表和電磁閥，用以檢測水流量。在水系統(tǒng)的最高點或管道爬坡凸起處安裝自動排氣閥，保證管道內(nèi)空氣順利排出。

2）水泵進水口前須安裝過濾器（30目，即孔徑600 μm），以防止機組內(nèi)套管換熱器的堵塞，同時，要定期清洗。

3）在水泵進出水口、一次側(cè)熱交換器進水口上，除安裝溫度傳感器和壓力傳感器外，還需要安裝物理溫度計和壓力表，用以比較和校準傳感器的讀數(shù)（圖3）。

圖3 競賽池一次側(cè)熱交換器

傳感器取源部件的預留在管道試壓前應完成，要事先與弱電專業(yè)溝通確認好預留的數(shù)量和部位。

5 結(jié)語

毛里求斯綜合體育場項目采用的泳池用空氣源熱泵，運行時高效節(jié)能，匹配優(yōu)化的制熱系統(tǒng)和可靠的控制技術(shù)，確保機組在各種環(huán)境狀況下運行時均具有良好的效率，同時兼具環(huán)保、節(jié)省費用的特性。在實際應用上，為使加熱系統(tǒng)能充分發(fā)揮其效率，需要和其他專業(yè)相協(xié)調(diào)，在優(yōu)化設計、保證施工質(zhì)量的基礎上，調(diào)整運行參數(shù)至合理的運行范圍。通過本文對室外游泳池加熱系統(tǒng)采用空氣源熱泵的實際應用與運行分析，可為類似工程的加熱方式選擇提供一定的參考。