一、概述

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，不少賓館都實(shí)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，賓館冬季高峰時(shí)單此項(xiàng)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(shí)段的洗浴熱水成本，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(zhǎng)期以來的愿望。空氣源熱泵熱水系統(tǒng)就是比較理想的太陽潛能（空氣能）的利用方式之一。

二、空氣源熱泵的工作原理

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(jiǎn)單的注復(fù)式氣泵。這些泵都是對(duì)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(duì)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、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(dòng)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)變成過熱蒸氣重復(fù)下一個(gè)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(dòng)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1００％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ＣＯＰ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(shí)，理論制熱系數(shù)就可以達(dá)到COP理＝15。

但是實(shí)際當(dāng)中，電動(dòng)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＝0.8，則總效率為0.95×0.8×0.9×0.8=0.55.COP實(shí)＝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.

三、空氣源熱泵熱水系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

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(shì)：

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(zhǎng)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。空氣源熱泵熱水系統(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)排放的廢熱通過泵搬運(yùn)到水中去，從而使水變熱。

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。

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。

4良好的實(shí)用性。

空氣源熱泵熱水系統(tǒng)采用的是容積式儲(chǔ)熱方式，在短時(shí)停電停水的情況下可連續(xù)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(zhǎng)管道壽命并保證水質(zhì)清潔。

5無以倫比的環(huán)境效益。

空氣源熱能是無污染能源，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。

四、系統(tǒng)方案論證與實(shí)施

1、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(duì)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(chǔ)熱水箱組成，加熱水箱有不承壓定溫完全放水和承壓不間斷自動(dòng)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(shí)段與50℃升高到60℃時(shí)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。

2、改造的目標(biāo)與方向。

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(jià)谷電，力爭(zhēng)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)能改造前節(jié)能改造后節(jié)省量

浴室日用熱水（噸）503515

食堂日用熱水（噸）15105

年均熱水費(fèi)用（元）28.937.021.93

日加熱費(fèi)用（元）1880.45315.001565.45

年加熱費(fèi)用（元）686364.25114975.00571389.25

綜合節(jié)約率83.25%

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。

3、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(shí)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℃，按平均環(huán)境溫度為25℃，入水溫度為20℃時(shí)，10匹機(jī)每小時(shí)產(chǎn)60℃熱水750L，用8臺(tái)10匹機(jī)工作8.5小時(shí)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(shí)10匹工程機(jī)每小時(shí)產(chǎn)60℃熱水400L，最惡劣的情況下用8臺(tái)10匹機(jī)工作16小時(shí)可產(chǎn)60℃熱水50T。

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(gè)誤區(qū)，水溫太高水的循環(huán)能力會(huì)相應(yīng)減小，一般的水質(zhì)在65℃～85℃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(huì)行成堅(jiān)硬垢，會(huì)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度設(shè)定在56℃，熱泵機(jī)組最終停機(jī)溫度設(shè)定為58℃。

4、系統(tǒng)方案的實(shí)施

由于整個(gè)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(yàn)的工程技術(shù)人員隊(duì)伍，經(jīng)與公司技術(shù)人員的多方接洽、共同努力，經(jīng)過近一個(gè)月的時(shí)間，整個(gè)改造項(xiàng)目全部完成并投入運(yùn)行?，F(xiàn)在系統(tǒng)全自動(dòng)運(yùn)行一切正常。

五、經(jīng)濟(jì)價(jià)值分析

系統(tǒng)投入運(yùn)行后，我們?cè)?2：00開始到次日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℃）

時(shí)段耗電電費(fèi)單價(jià)（元）電費(fèi)（元）

22:00-28日次日6:00396KWh0.267105.74

次日6:00-28日7:2466KWh0.97264.15

小計(jì)462KWh169.89

總產(chǎn)熱水量（噸）50.6

平均每噸熱水加熱費(fèi)用(元)3.36

賓館用水單價(jià)為1.2元/噸，排污費(fèi)為1.5元/噸

則在以上工況下，系統(tǒng)產(chǎn)生每噸熱水的總費(fèi)用為：3.36＋1.2＋1.5=6.06元

較原來用燃?xì)忮仩t時(shí)每噸熱水費(fèi)用28.93元節(jié)減了：28.93-6.06=22.87元

夏季的環(huán)境溫度上海最高達(dá)35℃，此時(shí)進(jìn)水溫度可達(dá)21℃，冬季上海的最低氣可低至-5℃，進(jìn)水溫度為4℃，但相對(duì)時(shí)間較短，為此，我們把以上記錄的數(shù)據(jù)作年平均數(shù)據(jù)來計(jì)算：

系統(tǒng)每年節(jié)約費(fèi)用總額為：22.87×50.6×365=42.24萬元

六、結(jié)論

通過對(duì)上述工程實(shí)例分析，我們可以看出空氣源熱泵熱水機(jī)組是一種新型的高效、環(huán)保、安全的節(jié)能產(chǎn)品，空氣源熱泵熱水系統(tǒng)逐步替代電、燃?xì)狻⑷加蜔崴到y(tǒng)是必然趨勢(shì)。該產(chǎn)品可以有效地解決目前國內(nèi)有關(guān)部們對(duì)節(jié)約能源、環(huán)保、安全等各方面較棘手的問題，利國利民，值得大力推廣應(yīng)用

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