賓館洗浴用熱泵熱水系統(tǒng)工程實例分析

1、賓館洗浴用熱泵熱水系統(tǒng)工程實例分析    引言隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，能源緊張以及環(huán)境保護(hù)問題亦日益突出，近年來，上海市的不少賓館都實施了“煤改氣（油、電）”的環(huán)保政策，但卻造成了洗浴熱水費(fèi)用升高，我們寶山賓館冬季高峰時單此項費(fèi)用就高達(dá)3萬余元每天，如何更多更好地利用自然能源，特別是低品位能源，避免和減少環(huán)境污染，緩和能源緊張問題早已是人們所關(guān)注的課題。有些賓館為了降低洗浴熱水的成本，安裝了真空管式太陽能熱水系統(tǒng)，靠太陽光的直射來產(chǎn)熱，是解決了環(huán)保問題，也相應(yīng)降低了部分時段的洗浴熱水成本，但據(jù)上海市近三年的氣象資料表明，本市每年有近半年時間為多云與陰雨天，此氣候

2、條件下還是要靠電熱管輔助加熱，而用電直接加熱水時的費(fèi)用比鍋爐還高（每噸水溫升40達(dá)30多元），且需提供足夠大的樓頂安裝采光面積，有一定的局限性。太陽能是大自然賦予人類取之不盡的清潔能源，充分利用它服務(wù)于人類的生產(chǎn)、生活，是人們長期以來的愿望?？諝庠礋岜脽崴到y(tǒng)就是比較理想的太陽潛能（空氣能）的利用方式之一，為此，我們賓館在鵬悅總經(jīng)理與一班領(lǐng)導(dǎo)層的決策下，責(zé)成保障部于中全經(jīng)理牽頭成立了由季建明、任海軍、俞明發(fā)、葉國亮、張兵等工程技術(shù)人員組成的QC攻關(guān)小組，于2004年下半年開始進(jìn)行了這方面的探索。1.熱泵與熱泵的工作原理熱泵技術(shù)是近年來在全世界備受關(guān)注的新能源技術(shù)，目前較多地應(yīng)用于冷暖空調(diào)機(jī)。日

3、常生活中泵的應(yīng)用很多。泵是一種提高位能的裝置，根據(jù)用途不同有水泵、氣泵、油泵等。水泵主要是提高水位或增加水壓；氣泵主要是增加氣壓；油泵主要是用于供油系統(tǒng)和油壓設(shè)備。人們使用的打氣筒也是一種簡單的注復(fù)式氣泵。這些泵都是對接觸的物質(zhì)直接作功。“熱”不是物質(zhì)，而是能，廣泛的存在于自然界中的各類質(zhì)的物體中，這些物質(zhì)，我們認(rèn)為是熱的載體，載體可以是固體（如金屬）、液體（如水）、也可以是氣體。熱的傳遞方式有對流、傳導(dǎo)和輻射?！盁帷北仨毻ㄟ^載體攜帶并傳遞，不同載體主要傳遞方式不同。熱泵顧名思義就是泵熱的裝置。按照新的國際制冷辭典的定義，熱泵是以冷凝器放出熱量來供熱的制冷系統(tǒng)。熱泵按工作原理可以分為蒸氣壓縮式

4、、氣體壓縮式、蒸氣噴射式、吸收式、電熱式、半導(dǎo)體式和電化學(xué)式多種。而目前應(yīng)用最普遍的應(yīng)當(dāng)是蒸氣壓縮式熱泵。它的工作主要是靠電力驅(qū)動的壓縮機(jī)使熱泵工質(zhì)在壓縮機(jī)、熱交換器、節(jié)流裝置等部件組成的閉合回路系統(tǒng)中進(jìn)行循環(huán)，通過工質(zhì)狀態(tài)的相變，將低品位熱能轉(zhuǎn)化為高品位熱能。低端吸熱制冷，高端放熱制熱，周而復(fù)始的循環(huán)得到的是制冷又制熱的雙重效應(yīng)，目前較多的應(yīng)用于冷暖空調(diào)。熱泵系統(tǒng)的工作原理。蒸發(fā)器吸收熱后，其工質(zhì)蒸發(fā)生成的高溫低壓過熱氣體在壓縮機(jī)中經(jīng)絕熱壓縮變?yōu)楦邷馗邏旱臍怏w，經(jīng)冷凝器定壓冷凝為低溫高壓液體（放出汽化熱，而制熱）。液態(tài)工質(zhì)經(jīng)降壓絕熱節(jié)流為低溫低壓液體，再進(jìn)入蒸發(fā)器定壓吸收熱源熱量，并蒸發(fā)變成

5、過熱蒸氣重復(fù)下一個循環(huán)。所以利用熱泵熱水機(jī)釋放到水中的熱量不是直接用電加熱產(chǎn)生出來的，而是通過熱泵熱水機(jī)把熱源搬運(yùn)到水中去的。利用少量高品位的電能作為驅(qū)動能源，從低溫?zé)嵩锤咝盏推肺粺崮懿鬏斀o高溫?zé)嵩?，達(dá)到了“泵熱”的目的。熱泵技術(shù)也是一種提高能量品位的技術(shù)，它不是能量轉(zhuǎn)換的過程，不受能量轉(zhuǎn)換效率極限1的制約，而是受逆卡諾循環(huán)效率的制約。其搬運(yùn)的能力與投入熱泵的電能之比稱為制熱性能系數(shù)又稱能效比（用來表示）。其理論效率為：（工作溫度273）/溫升T。當(dāng)工作溫度25，T為20時，理論制熱系數(shù)就可以達(dá)到COP理15。但是實際當(dāng)中，電動機(jī)效率0.95，壓縮機(jī)效率0.8，換熱器效率0.9，系統(tǒng)效率

6、0.8，則總效率為實15×0.55=8.25.這就是說投入1KW的電能來搬運(yùn)熱量，理想最高可以搬運(yùn)8.25KW的熱量.2.空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的優(yōu)勢空氣源熱泵熱水系統(tǒng)就是把空氣作為低品位熱源，通過查閱大量的文獻(xiàn)資料得知與常規(guī)熱水產(chǎn)熱系統(tǒng)相比，空氣源熱水系統(tǒng)具有以下優(yōu)勢：2.1 資源豐富。地球上百分之九十幾的能量是來自太陽的，太陽能數(shù)量巨大，且取之不盡用之不竭，一系列的常規(guī)能源，譬如煤炭、石油都是太陽能長期轉(zhuǎn)換的結(jié)果，而這只是相當(dāng)小的一部分能量。另外一大部分能量都以地流熱、輻射熱等形式存在于空氣中?？諝庠礋岜脽崴到y(tǒng)就是將空氣中的這些熱量和其他低溫?zé)嵩粗袩o法利用的潛熱及工業(yè)排放的廢熱通過

7、泵搬運(yùn)到水中去，從而使水變熱。家庭供暖分戶采暖 集中供暖熱電火電 地暖地?zé)岬匕宀膳?熱量表地源熱泵論壇2.2 技術(shù)的日趨成熟。國際上美國空氣源熱泵熱水器已經(jīng)有20多年歷史了，澳大利亞也在15年前就開始研制同類產(chǎn)品，國內(nèi)雖然起步較晚，但在國家重點(diǎn)扶持和科研、生產(chǎn)部們的不斷努力下，目前空氣源熱泵熱水機(jī)的生產(chǎn)已初具規(guī)模，部分廠家產(chǎn)品已達(dá)到或超過國際先進(jìn)水平，空氣源熱泵熱水機(jī)的產(chǎn)業(yè)化和產(chǎn)品質(zhì)量的提高，為我們的嘗試提供了條件。2.3 優(yōu)越的經(jīng)濟(jì)性。空氣源熱水系統(tǒng)利用很少的電搬運(yùn)幾倍的熱量，年節(jié)約率高達(dá)80%以上。2.4 良好的實用性?？諝庠礋岜脽崴到y(tǒng)采用的是容積式儲熱方式，在短時停電停水的情況下可連續(xù)

8、供熱水，且費(fèi)用低于常規(guī)熱水系統(tǒng)，連續(xù)供水還可減少管道腐蝕，延長管道壽命并保證水質(zhì)清潔。2.5 無以倫比的環(huán)境效益?？諝庠礋崮苁菬o污染能源，這是其它能源所無法比擬的，在環(huán)境污染日趨嚴(yán)重的今天，這一點(diǎn)更為重要。3.探索過程3.1 熱泵機(jī)組的選定空氣源熱泵熱水機(jī)組，顧名思義關(guān)鍵在于熱泵。要靠熱泵把存在于空氣中的低品位熱能搬運(yùn)到水中去來把水加熱，一就要求壓縮機(jī)能承受高溫高壓；二要求有較大換熱表面積的蒸發(fā)器，與空氣接觸的表面積越大，在同等條件下能搬運(yùn)到的熱能就越多，能效就會越高越節(jié)能；三是高性能的搬熱的工質(zhì)（也稱冷媒），要能在嚴(yán)寒的冬季把寒冷的空氣中低品位的熱能采集提高搬運(yùn)到水中去，要求工質(zhì)的兩態(tài)（液態(tài)

9、與氣態(tài)）轉(zhuǎn)換溫度點(diǎn)要低于-25，同時要能產(chǎn)生65的熱水又要求工質(zhì)的臨界壓力要低，否則壓力太高對壓縮機(jī)不利或使壓縮機(jī)進(jìn)入高壓保護(hù)而制不了高溫?zé)崴φ找陨先椧约皬S家產(chǎn)品的生產(chǎn)工藝、質(zhì)量保證、售后服務(wù)等諸多因素最終選定了由世界太陽能協(xié)會理事、中國空氣源熱泵熱水機(jī)發(fā)起人韓廣田老師研發(fā)的豪瓦特?zé)岜脽崴畽C(jī)組，因該廠家機(jī)組采用的美國谷輪壓縮機(jī)和比同行業(yè)同類產(chǎn)品增大到1.5倍表面積的蒸發(fā)器，特別是該機(jī)組采用的是其自己獨(dú)特配方的混合工質(zhì)，打破了其他品牌機(jī)組用R22或R417等單一工質(zhì)只能制到55熱水與適應(yīng)不了-5以下環(huán)境的極限，產(chǎn)生65熱水時壓縮機(jī)壓力為22Kg，其他品牌的同類產(chǎn)品到55時壓縮機(jī)壓力就超過此

10、值了。為了慎重起見，我們于廠家聯(lián)系定在較寒冷的2004年12月初在我們賓館先安裝了一只日產(chǎn)2噸65熱水的小系統(tǒng)進(jìn)行過冬論證，到2005年4月得出數(shù)據(jù)表明：在最惡劣的寒冬用此機(jī)組制一噸熱水的總費(fèi)用為7.32元，較用然氣鍋爐的28.93元節(jié)約了近75%。3.2 系統(tǒng)方案論證與實施系統(tǒng)方案的論證熱泵熱水機(jī)組必須由主機(jī)和水箱，循環(huán)泵組成，通過循環(huán)把主機(jī)產(chǎn)熱帶入水箱，對水箱的水逐漸升溫加熱，水系統(tǒng)的工作情況，直接影響到整體效果，所以我們稱之謂熱泵熱水系統(tǒng)。常用的系統(tǒng)有直接大循環(huán)式和定溫放水式兩種不同形式。直接大循環(huán)又有一次加水加熱放水和不間斷使用補(bǔ)水兩種。定溫放水由加熱水箱和儲熱水箱組成，加熱水箱有不承

11、壓定溫完全放水和承壓不間斷自動補(bǔ)水頂水放水式兩種。這些系統(tǒng)各有優(yōu)缺點(diǎn)，我們分析了2T熱泵熱水小系統(tǒng)的特性，發(fā)現(xiàn)在加熱的過程中，水溫越低能效比COP值越高，隨著水溫的升高COP值在降低，相同外部工況下同等的水從20加熱到50時段與50升高到60時段所耗用的能量接近。最后選用用加熱水箱定溫全放水方式，控制系統(tǒng)雖然較復(fù)雜，但每加熱一箱水都是從冷水初始溫度到設(shè)定溫度全過程加熱充分發(fā)揮熱泵輸入功率隨溫升變化的特點(diǎn)COP值較高，節(jié)能效果明顯。加之冬季機(jī)組間斷工作不易結(jié)霜。改造的目標(biāo)與方向。家庭供暖分戶采暖 集中供暖熱電火電 地暖地?zé)岬匕宀膳?熱量表地源熱泵論壇有了2噸小機(jī)組過冬的數(shù)據(jù)與基礎(chǔ)，在賓館領(lǐng)導(dǎo)的決

12、策下，我們首先選定了賓館職工浴室與食堂用熱水作為節(jié)能改造的方向；目標(biāo)是結(jié)合浴室采用智能磁卡系統(tǒng)與利用夜間低價谷電，力爭使節(jié)能改造后年平均綜合節(jié)約率達(dá)80%（詳見下表）。                            節(jié)能改造前       &

13、#160;    節(jié)能改造后            節(jié)省量                    浴室日用熱水（噸）          &#

14、160; 50            35            15                    食堂日用熱水（噸）  

15、;          15            10            5               

16、     年均熱水費(fèi)用（元）            28.93            7.0            21.93     &#

17、160;              日加熱費(fèi)用（元）            1880.45            315.00        

18、;    1565.45                    年加熱費(fèi)用（元）            686364.25          

19、;  114975.00            571389.25                    綜合節(jié)約率            

20、            83.25%             系統(tǒng)的構(gòu)成。根據(jù)職工浴室與食堂該造后的目標(biāo)日用熱水量為45T，放10%的容積余量，我們的空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的日產(chǎn)熱水能力需達(dá)到50T。選用8臺豪瓦特JKR-10H熱泵工程機(jī)組。日產(chǎn)熱水量為50T，通過查閱該公司產(chǎn)品資料再結(jié)合實際情況，春夏秋三季環(huán)境溫度和入水溫度比較高，上海地區(qū)最高氣溫達(dá)35，按平

21、均環(huán)境溫度為25，入水溫度為20時，10匹機(jī)每小時產(chǎn)60熱水750L，用8臺10匹機(jī)工作8.5小時可產(chǎn)60熱水50T。冬季氣溫比較低，上海地區(qū)最低氣溫為0左右，入水溫度10，此時10匹工程機(jī)每小時產(chǎn)60熱水400L，最惡劣的情況下用8臺10匹機(jī)工作16小時可產(chǎn)60熱水50T。豪瓦特產(chǎn)品參數(shù)：                型號         &#

22、160;  JKR05H            JKR10H                    額定輸入功率            4K

23、W            8KW                    等效輸出制熱功率            16KW   &#

24、160;        32KW                    生產(chǎn)熱水溫度            5560       

25、     5560                    熱水補(bǔ)償速度（環(huán)溫25    進(jìn)水20t 40）            350L/h    

26、        750L/h                    制熱系數(shù)            標(biāo)準(zhǔn)工況25約4       

27、     標(biāo)準(zhǔn)工況25約4                    進(jìn)出水口尺寸            G1          &#

28、160; G1.5                    設(shè)備尺寸            820×820×1025mm           

29、 850×1660×1450mm                    設(shè)備重量            153kg           &#

30、160;300kg             一只儲熱水箱。50T容量（內(nèi)部分15T與35T獨(dú)立的兩格，35T供賓館職工浴室15T供食堂），內(nèi)層不銹鋼板，底板厚度2.0mm，側(cè)板厚度1.52.0mm，沖壓加強(qiáng)成型，內(nèi)徑7m長（分成5m與2m）×3m寬×2.5m高，外層材料玻璃鋼板或不銹鋼板沖壓加強(qiáng)成型，兩層中間10cm厚的PE橡塑保溫，整體底部8根×4根20號槽鋼，在保溫層中另加8號槽鋼框架。水箱外北側(cè)面各帶液位顯示，水箱頂部分別各內(nèi)置1套不銹鋼蒸

31、氣管消音裝置，以便備份蒸氣鍋爐啟動時使用。兩只加熱水箱.均為2T容量，Ø1.28m×2.1m，內(nèi)外均為不銹鋼，中間50mm西班牙聚氨脂填充保溫。3臺熱泵機(jī)組對一只加熱水箱加熱供給15T儲熱水箱，5臺熱泵機(jī)組對另一只加熱水箱加熱供給35T儲熱水箱。一只放置于食堂樓頂提高位能的熱水儲水箱。3T容量，Ø1.52m×2.1m，內(nèi)外均為不銹鋼，中間50mm西班牙聚氨脂填充保溫。熱水循環(huán)泵11只。8臺熱泵熱水機(jī)組8套管路中各配用1只，3只小水箱各配用1只。電磁閥5只?？刂苾芍?T加熱水箱的冷水進(jìn)水各配用1只，控制加熱完出熱水到50T大水箱的配用3只。系統(tǒng)總電控柜1只

32、?？刂?0KVA負(fù)荷能力；具有漏電、缺相、錯相、過載保護(hù)功能；顯示和控制兩只加熱水箱與15T、35T儲熱水箱的水溫；顯示和控制15T、35T儲熱水箱的水位；系統(tǒng)的工作原理。系統(tǒng)各環(huán)節(jié)水溫的設(shè)定。（省略）無論是鍋爐還是其他形式產(chǎn)生熱水，人們總希望水的溫度越高越好，我們經(jīng)研究才發(fā)現(xiàn)這是一個誤區(qū)，水溫太高水的循環(huán)能力會相應(yīng)減小，一般的水質(zhì)在6585之間是強(qiáng)結(jié)垢區(qū)，65以下是弱結(jié)垢區(qū)，如果達(dá)到85以上就會行成堅硬垢，會阻礙熱水系統(tǒng)內(nèi)部的水循環(huán)，影響水溫。國際上生活標(biāo)準(zhǔn)熱水為60，洗浴用水為40-45，利用低水溫，大容量的辦法可以提高系統(tǒng)的效率。所以我們把加熱水箱的排熱水溫度設(shè)定在56，熱泵機(jī)組最終停機(jī)

33、溫度設(shè)定為58。3.3 系統(tǒng)方案的實施由于整個系統(tǒng)方案在前期進(jìn)行了周密的論證與分析，加之我們賓館又有一支具有多年制冷鍋爐水電管工經(jīng)驗的工程技術(shù)人員隊伍，經(jīng)與豪瓦特公司技術(shù)人員的多方接洽、共同努力，經(jīng)過近一個月的時間，整個改造項目全部完成并投入運(yùn)行。現(xiàn)在系統(tǒng)全自動運(yùn)行一切正常。4.經(jīng)濟(jì)價值分析系統(tǒng)投入運(yùn)行后，我們在2005年5月27日22：00開始到5月28日7：24記錄了一組水電數(shù)據(jù)如下： （環(huán)境溫度：21；進(jìn)水溫度18；出水溫度56）             &#

34、160;  時段            耗電            電費(fèi)單價（元）            電費(fèi)（元）        

35、0;           27日22：00-28日6：00            396KWh            0.267          &

36、#160; 105.74                    28日 6：00-28日7：24            66KWh            0.972            64.15                    小計