壓縮式熱泵熱水機組在中央熱水系統(tǒng)中的應(yīng)用實例

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　摘要：文章以工程實例分析了熱泵熱水機組在中央熱水系統(tǒng)應(yīng)用中的節(jié)能情況。采用冬季熱負(fù)荷為機組選型依據(jù)，通過和燃氣鍋爐進行比較，得出每年的節(jié)能費用，說明熱泵熱水機組在中央熱水供應(yīng)中的發(fā)展前景，值得大力推廣。

　　關(guān)鍵詞：熱泵熱水機組 中央熱水系統(tǒng) 燃氣鍋爐

　　熱泵熱水機組是最近幾年新興的熱水制造設(shè)備，它以電為動力，安裝方便、施工周期短、占地面積少、無需燃料堆放場所、無排渣的運輸費用及三廢處理開支、無需專門值班人員，對于城市密集地區(qū)的集中供熱水系統(tǒng)來說，壓縮式熱泵熱水機組表現(xiàn)出明顯的優(yōu)勢[1].另一方面，熱泵可通過吸收環(huán)境天然能源及余熱、廢熱，全年供熱、夏季供冷，是一種利用可再生能源的高效節(jié)能無污染的使用技術(shù)[2].熱泵熱水機組的制熱功率達300%以上，相同的輸出，熱泵熱水機組的輸入功率只有電鍋爐的1/3～1/4，對供電容量的壓力不大，生產(chǎn)熱水的成本只有電鍋爐的1/3～1/4.熱泵熱水機組同樣可以使用蓄能裝置，利用夜間低谷電制取一定溫度的熱水，儲存于保溫水箱內(nèi)，供用電高峰時使用，起到削峰填谷作用。近年來，隨著我國節(jié)能和環(huán)保要求的提高，熱泵熱水機組在中央供熱水系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用，尤其在我國長江流域以南地區(qū)，節(jié)能效果十分顯著。

　　1、工程概況

　　深圳某酒店有客房221套，全日供應(yīng)熱水每天用熱高峰在晚上8～11點。按入住300人，賓館客人所用熱水按國標(biāo)每天200L/人計算，約需60t/d熱水，用量較大。原設(shè)計樓頂設(shè)有4臺立式燃氣鍋爐，采用兩次循環(huán)回路供熱水：21層以上兩臺，高壓循環(huán)；21層以下兩臺，低壓循環(huán)。為了降低成本、節(jié)約能源、改善酒店周圍環(huán)境，酒店決定對中央熱水系統(tǒng)進行改造，改造方案采用5臺南京華電熱泉供熱技術(shù)有限公司生產(chǎn)的熱泵熱水機組，改造中酒店原有的熱水供應(yīng)系統(tǒng)保留不變，原來的燃氣鍋爐作為一個應(yīng)急設(shè)備，燃氣房的供、回水總管上，原水管仍在新系統(tǒng)中發(fā)揮作用，原有系統(tǒng)的總供、回水主管上連接熱泵熱水機組的供、回水主管，中間加一個蓄熱水箱，以利減少設(shè)備的選擇容量。系統(tǒng)還采用自動控制，可根據(jù)需要設(shè)置水溫。新設(shè)備布置在樓頂上，不影響美觀，無噪音干擾。

　　2、設(shè)計參數(shù)的選定

　　（1）冷水溫度： 夏季20℃ 過渡季 17.5℃ 冬季15℃

　?。?）熱泵機組熱水出口溫度55℃，室內(nèi)用熱水出口溫度40℃

　　（3）峰期電價0.8元/KWh，儲冰電價0.3元/KWh

　　3、選型

　　熱泵熱水機組的選型要根據(jù)氣候條件，平均日用水量及用水溫度，用戶的補水溫度綜合考慮，選擇機型。機組工作時間一般取一天時間的70%左右。由于機組的能效比受環(huán)境溫度影響，因此在選擇機型時，需同時考慮最惡劣工況和初期投資費用問題[3].

　　1、冬季熱負(fù)荷

　　Qn=60×1000×4.187×（40-15）×（1+0.1）=6908.6MJ=1919.04KWh

　?。?.10為：系統(tǒng)熱損失系數(shù)，15為上水溫度。）

　　2、過度季熱負(fù)荷

　　Qn=60×1000×4.187×（40-17.5）×（1+0.1）=6217.7MJ=1727.13KWh

　　3、夏季熱負(fù)荷

　　Qn=60×1000×4.187×（40-20）×（1+0.1）=5526.8MJ=1535.23KWh

　　表1 熱泵熱水機組能效比

 

環(huán)境溫度℃　 輸入功率KW　 輸出功率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　

 

表2 熱泵熱水機組主要技術(shù)性能參數(shù)
類別　 項目　 名稱　 單位　 數(shù)值　 機組技術(shù)性能參數(shù)　 項目　 熱水出水溫度　 ℃　 55　 額定制熱量　 KW　 26.9　 額定小時制熱水量　 L/h　 600　 額定輸入功率　 KW　 8.8　 最大輸入功率　 KW　 12.3　 安裝條件　 水
路　 外形尺寸　 mm　 1290×960×1150　 凈重量　 Kg　 350　 額定水壓力　 MPa　 0.6　 最高水壓力　 MPa　 1.0　 接管管徑　 　　 DN40　 運行條件　 電氣　 使用電壓　 V　 3~/380±10%　 使用頻率　 Hz　 50　 最大電流　 A　 28　 接地要求　 Ω　 〈10　 溫度　 環(huán)境溫度范圍　 ℃　 -5~40　

　　額定工況下參數(shù)按標(biāo)準(zhǔn)〈Q/3201HDRQ-01-2002〉，冷水18℃，熱水55℃，干球溫度55℃，濕球溫度12℃

　　根據(jù)冬季熱負(fù)荷及機組性能參數(shù)，在環(huán)境溫度7℃條件下，1臺HAM096型熱泵熱水機組輸出功率21.4kw，5臺總輸出功率為107kw，每天運行18小時可滿足熱負(fù)荷需要。

　　4、經(jīng)濟性分析

　?。?） 熱源的熱效率和熱值表

　　表3 熱源熱值表

 

熱源　 燃料熱值　 熱效率，%　 實際熱值　 燃氣鍋爐　 26000kcal/m³　 65　 16900　 熱泵　 860kcal/kwh　 350　 3010 　

 

　?。?）兩種方式加熱1噸水的成本

　　以1000公斤（1噸）15度的冷水，加熱至40度的熱水，需要25000千卡的熱量為例，兩種熱源的成本比較。（1000×25=25000千卡）。

　　表4 費用表

 

熱源　 動力消耗　 單價　 費用　 燃氣鍋爐　 1.48m³　 13元/m³　 19.24元　 熱泵 （峰期電價）　 8.31kwh　 0.8元/kwh　 6.65元　 熱泵 （低谷電價）　 8.31kwh　 0.3元/kwh　 2.49元　

 

　　注：燃氣按現(xiàn)貴酒店提供的13元/立方米算。

　?。?）費用計算

　　以冬季熱負(fù)荷為計算依據(jù)，利用熱泵熱水系統(tǒng)供熱水，每天使用低谷電8個小時，產(chǎn)熱水量為27t，電費為67.23元，每天使用峰電10小時，產(chǎn)熱水量為33t，電費為219.45元，合計286.68元。而該酒店原來使用的燃氣鍋爐制熱水的費用為每天1154.4元。改造后該酒店每天可節(jié)約運行費用為867.72元，每年節(jié)約運行費用31萬多元。

　　（4）熱泵與燃氣鍋爐的日常運行和維護費比較

　　熱泵這一新型的節(jié)能產(chǎn)品之所以能很快的在中央供熱水系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用，主要因為其具有節(jié)能、環(huán)保、安全、舒適等諸多優(yōu)點受到了越來越多用戶的青睞。其日常的維護費用也比常規(guī)的熱水系統(tǒng)低，主要體現(xiàn)在以下各方面。

　　1、熱泵熱水機組由儲熱水箱組成，可以隨時使用熱水，不用專人開關(guān)機和維護。比燃氣鍋爐節(jié)省一個鍋爐工的費用。

　　2、熱泵熱水機組的維護包括：機器外殼、蒸發(fā)器散熱片的清洗。主要是清洗蒸發(fā)器散熱片上的灰塵，燃氣鍋爐以燃氣作為燃料，屬于易燃、易爆的危險物品，具有不安全因素。

　　3、熱泵熱水機組可以放置在室外樓頂?shù)鹊胤剑挥绊懝ぷ餍?。而燃氣鍋爐要定期經(jīng)技術(shù)、安全監(jiān)督局的檢查、認(rèn)可。

　　4、熱泵熱水機組使用電能清潔能源，絕不會造成空氣污染。燃氣鍋爐燃氣燃燒，其排出的煙氣仍含有二氧化硫、氧化氮、一氧化碳等有害氣體，長期排放，會污染周圍環(huán)境。

　　5、熱泵熱水機組采用機組并聯(lián)運行，分別單獨控制，假如其中一臺出現(xiàn)故障，不影響其它機組的正常運轉(zhuǎn)。

　　6、熱泵熱水機組的使用壽命可高達15年，折算起來，比使用燃氣鍋爐成本更低。

　　5、結(jié)束語

　　通過以上分析，可以進一步認(rèn)識到熱泵熱水機組在中央熱水系統(tǒng)中應(yīng)用的前景。該項目投入運行后，在一年內(nèi)收回了設(shè)備的投資成本，得到了業(yè)主的好評。照此該酒店在該套熱泵熱水機組壽命期限內(nèi)可節(jié)約費用為470多萬元，節(jié)能效果十分明顯。熱泵熱水機組這一新型的節(jié)能產(chǎn)品必將成為我國中央熱水系統(tǒng)的首選。