史冊(cè)　趙述欣　林瀚

摘? 要： 空氣源熱泵系統(tǒng)是一種利用高位能使熱量從低位熱源流向高位熱源的節(jié)能裝置，實(shí)現(xiàn)大量自然資源和余熱的再利用，從而有效地節(jié)省了熱 水制備所需的一次能源。空氣作為熱泵的低位熱源，取之不盡用之不竭，處處都有，可以無償?shù)墨@取，具有巨大的應(yīng)用潛力。

關(guān)鍵詞： 空氣源熱泵;節(jié)能;浴池?zé)嵩?/p>

1 現(xiàn)有浴池?zé)嵩锤攀?/p>

廠區(qū)內(nèi)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(gè)， 洗浴人數(shù)約80人;油包車間浴池， 洗浴淋頭33個(gè)、洗浴人數(shù)約100 人;容器公司浴池，洗浴淋頭29個(gè)、洗浴人數(shù)約130人;金屬材料中心/結(jié) 構(gòu)車間浴池，洗浴淋頭25個(gè)，洗浴人數(shù)約150人。為滿足上述車間員工洗 浴，設(shè)計(jì)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(diǎn)。

2 熱源方案的經(jīng)濟(jì)對(duì)比與可行性分析

分別對(duì)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(fèi)用、使用壽命、故障率、維修費(fèi)用、優(yōu)缺點(diǎn)、運(yùn)行費(fèi)用等參 數(shù)進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比，以確定最終方案。

2.1? 蒸汽管線

（ 1 ）投資費(fèi)用： 約115萬元（不含綠化與景觀恢復(fù)費(fèi)用） 。（ 2 ）使用 壽命： 10年。（ 3 ）優(yōu)點(diǎn)：維護(hù)費(fèi)用低。（ 4 ）缺點(diǎn)：①理論供氣1小時(shí)滿 足洗浴需求，現(xiàn)因管線問題實(shí)際供氣2小時(shí)可滿足洗浴需求;②節(jié)能管理 需專業(yè)運(yùn)行與值守人員;③油包管線需24小時(shí)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(shí)間高溫產(chǎn)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(fèi)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(jié)構(gòu)浴池0.76t/ h，每天供汽2小時(shí)，按全年供汽300天計(jì)算，總蒸汽量約為1300噸，折合 標(biāo)煤64.28噸。（ 6 ）年運(yùn)行費(fèi)用：約27萬元。

2.2? 陶瓷熱敏電鍋爐

（ 1 ）投資費(fèi)用：約35萬元。（ 2 ）使用壽命： 15-20年。（ 3 ）優(yōu)點(diǎn)： ①占地面積小，現(xiàn)有蒸汽罐拆除后，場地完全滿足需要;②設(shè)備安裝在室 內(nèi)，冬季無防凍需求;③制熱效率比， COP最高可達(dá)0.95 ，且不受季節(jié)影 響。（ 4 ）缺點(diǎn)：耗電量大，約為太陽能熱水器用電量的2倍。（ 5 ）用電 量：根據(jù)設(shè)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(yùn)行300天計(jì)算，總電量約為57萬度，折合標(biāo) 煤69.91噸。（ 6 ）年運(yùn)行費(fèi)用：約20萬元。

2.3? 太陽能熱水器

（ 1 ）投資費(fèi)用：約60萬元。（ 2 ）使用壽命： 8-10年。（ 3 ）優(yōu)點(diǎn)： 節(jié)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(diǎn)：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(dòng)中心場地面積無法滿足兩個(gè)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(chǔ)水箱距離較遠(yuǎn)，冬季需解決防凍問 題;③太陽能板熱轉(zhuǎn)換率低，最高80%左右，長期運(yùn)行板面光潔度下降， 效率會(huì)大幅度下降。（ 5 ）用電量：約29萬度，折合標(biāo)煤34.95噸。（ 6 ）年 運(yùn)行費(fèi)用：約10萬元。

2.4 ?空氣源熱泵

（ 1 ）投資費(fèi)用：約55萬元。（ 2 ）使用壽命： 15-20年。（ 3 ）優(yōu)點(diǎn)： 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(jié)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(huán)保。（ 4 ）缺點(diǎn)：①一次性投入較高;②受氣溫影 響， 冬季極寒天氣（ -25℃） 加熱時(shí)間會(huì)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(biāo)煤17.43噸。（ 6 ） 年運(yùn)行費(fèi)用：約5萬元。綜上所述，空氣源熱泵的節(jié)能性、可行性、經(jīng)濟(jì) 性、不同工況下的性能都具有很大優(yōu)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(jié)能原理

空氣源熱泵技術(shù)基于逆卡諾循環(huán)原理實(shí)現(xiàn)，壓縮機(jī)把低溫低壓氣態(tài)冷 媒轉(zhuǎn)換成高溫高壓氣態(tài)，壓縮機(jī)做功轉(zhuǎn)化的熱能為Q1。高溫高壓的氣態(tài) 冷媒與水進(jìn)行熱交換，高壓的冷媒在常溫下被冷卻、冷凝為液態(tài)，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(tài)冷媒通過膨 脹閥減壓壓力降低，低溫低壓的液態(tài)冷媒經(jīng)過蒸發(fā)器吸收空氣中的熱能蒸 發(fā)，由液態(tài)變?yōu)闅鈶B(tài)，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(jī)吸入進(jìn)行壓縮，如此循環(huán)，直至加熱到設(shè) 定的溫度?？諝庠礋岜米鳛楦咝Ъ療岵⑥D(zhuǎn)移熱量的系統(tǒng)裝置，在不同工況 下熱泵機(jī)組每消耗1度電就能從低溫?zé)嵩粗形?-6度電的熱量，節(jié)能效果 非常顯著（即Q1+Q2=Q3）。

4 節(jié)能改造實(shí)施

4.1? 機(jī)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(shè)進(jìn)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(zhì) 量，單位kg ，：水升溫后溫度，單位℃， ：水升溫前溫度，單位℃， 。根據(jù)熱量計(jì)算，機(jī)組應(yīng)滿足①超低溫運(yùn)行，可在環(huán)境溫 度-25℃～ 45℃范圍內(nèi)高效運(yùn)行（滿足北方冬季極寒條件）②高效節(jié)能， 機(jī)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(shí)間7小時(shí)（ 22 ：00-次日 5 ：00 ）確定空氣源熱泵機(jī)組型號(hào)為SJK- 25G，在-25℃時(shí)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(jù)車間浴池實(shí)際淋頭個(gè)數(shù)，確定 變頻供水增壓泵型號(hào)為COR-1MHI803 ，額定流量216L/min，揚(yáng)程35m ，且 為全自動(dòng)變頻運(yùn)行、恒壓變流量供水。

4.3? 智能化系統(tǒng)

（ 1 ）自動(dòng)控制：控制系統(tǒng)根據(jù)現(xiàn)場采集水箱溫度，設(shè)定自動(dòng)運(yùn)行時(shí)間 段、加熱溫度，能實(shí)現(xiàn)智能化恒溫自動(dòng)控制。（ 2 ）谷電價(jià)時(shí)間段運(yùn)行： 機(jī)組自動(dòng)運(yùn)行時(shí)間設(shè)定為22 ：00-次日 5 ：00，節(jié)約運(yùn)行費(fèi)用。（ 3 ）智能 除霜：①采用大風(fēng)量風(fēng)機(jī)，優(yōu)化換熱器尺寸、增強(qiáng)蒸發(fā)側(cè)換熱，提高蒸發(fā) 溫度，減少結(jié)霜量;②控制系統(tǒng)根據(jù)制熱運(yùn)行的環(huán)境溫度、蒸發(fā)器溫度等 參數(shù)進(jìn)行綜合判斷，有霜時(shí)高效除霜，無霜時(shí)穩(wěn)定制熱;③優(yōu)化除霜過程 中的電子膨脹閥開度自動(dòng)控制，保持除霜過程的融霜熱量最大化，提高除 霜速度。（ 4 ）補(bǔ)水控制：儲(chǔ)熱水箱補(bǔ)水采用低水位連續(xù)補(bǔ)水方式，保護(hù) 機(jī)組循環(huán)系統(tǒng)，由液位傳感器控制電磁閥聯(lián)控實(shí)現(xiàn)，當(dāng)水位達(dá)到設(shè)定液位 上限時(shí)停止補(bǔ)水，循環(huán)系統(tǒng)自動(dòng)循環(huán)。

5 改造后的節(jié)能效果

改造后，熱源系統(tǒng)安裝峰谷平智能電表及水流量表便于計(jì)量、考核， 通過用電量統(tǒng)計(jì)，現(xiàn)4組空氣源熱泵機(jī)組月累計(jì)用電量平均約1萬度，預(yù)計(jì) 全年用電量約為12萬度，折合電費(fèi)4.2萬元（谷時(shí)段電價(jià)）， 2020年各浴池 蒸汽總用量約1300噸，折合蒸汽費(fèi)34.5萬元，預(yù)計(jì)空氣源熱泵機(jī)組全年運(yùn) 行費(fèi)用照2020年同期蒸汽費(fèi)下降87.8%，節(jié)約費(fèi)用約30萬元。

參考文獻(xiàn)：

[1] 《公共浴池給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 CECS-2000.

[2] 《建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范》 GB50015-2019.

[3]空氣源熱泵機(jī)組使用說明書.

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