1、本文以實(shí)際設(shè)計(jì)工程為實(shí)例，在洗浴及生活用熱水方面提出了一種采用空氣源熱泵熱水系統(tǒng)形式，介紹了其工作原理和各組成部分的設(shè)計(jì)要求，并對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了綜合分析、比較，從而得出結(jié)論：用空氣源熱泵熱水系統(tǒng)取代鍋爐的確是一個(gè)經(jīng)濟(jì)合理的方案。這種無需設(shè)計(jì)專用機(jī)房、無污染又安全、全年綜合節(jié)能率70%以上的制熱水方式，是一種實(shí)用的環(huán)保節(jié)能技術(shù)，值得大力推廣。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(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，我們寶山賓館冬季高峰時(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

2、，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，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(shí)間為多云與陰雨天，此氣候條件下還是要靠電熱管輔助加熱，而用電直接加熱水時(shí)的費(fèi)用比鍋爐還高（每噸水溫升40c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)

3、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

4、（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。熱”必須通過載體攜帶并傳遞，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)

5、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)到了泉熱”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

6、。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To當(dāng)工作溫度25C,T為20c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0.950.80.90.8=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.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

7、：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)排放的廢熱通過泵搬運(yùn)到水中去，從而使水變熱。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)

8、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?？諝庠礋崴到y(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(shí)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(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

9、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)與氣態(tài)）轉(zhuǎn)換溫度點(diǎn)要低于-25C,同時(shí)要能產(chǎn)生65c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?xiàng)以及廠家產(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

10、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55c熱水與適應(yīng)不了-5C以下環(huán)境的極限，產(chǎn)生65c熱水時(shí)壓縮機(jī)壓力為22Kg,其他品牌的同類產(chǎn)品到55c時(shí)壓縮機(jī)壓力就超過此值了。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65c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(shí)施3.2.1 系統(tǒng)方案的論證熱泵熱水機(jī)組必須由主機(jī)和水箱，

11、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20c加熱到50c時(shí)段與50c升高到60c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

12、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。3.2.2 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，力爭使節(jié)能改造后年平均綜合節(jié)約率達(dá)80%（詳見下表）。浴室日用熱水（噸）食堂日用熱水（噸）年均熱水費(fèi)用（元）日加熱費(fèi)用（元）年加熱費(fèi)用（元）節(jié)能改造前節(jié)能改造后節(jié)省量5035151510528.937.021.931880.45315.001565.4568

13、6364.25114975.00571389.25綜合節(jié)約率83.25%3.2.3 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。3.2.3.1 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(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)35C,按平均環(huán)境溫度為25C,入水溫度為20c時(shí)，10匹機(jī)每小時(shí)產(chǎn)60c熱水750L,用8臺10匹機(jī)工作8.5小時(shí)可產(chǎn)60c熱水50T。冬季氣溫比較低，上海地區(qū)最低氣溫為0c左右，入水溫度10C,此時(shí)10匹工程

14、機(jī)每小時(shí)產(chǎn)60c熱水400L,最惡劣的情況下用8臺10匹機(jī)工作16小時(shí)可產(chǎn)60c熱水50T。3.2.3.2 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,倒!板厚度1.52.0mm,沖壓加強(qiáng)成型，內(nèi)徑7m長（分成5m與2m）X3m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M根20號槽鋼，在保溫層中另加8號槽鋼框架。水箱外北但U面各帶液位顯示，水箱頂部分別各內(nèi)置1套不銹鋼蒸氣管消音裝置，以便備份蒸氣鍋爐啟動時(shí)使用。3.2.3.3 兩只加熱水箱.均為2

15、T容量，？1.28m>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。3.2.3.4 一只放置于食堂樓頂提高位能的熱水儲水箱。3T容量，？1.52m>2.1m,內(nèi)外均為不銹鋼，中間50mm西班牙聚氨脂填充保溫。3.2.3.5 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。3.2.3.6 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3.2.3.7 系統(tǒng)總電控柜1只?？刂?0KVA負(fù)荷能力；具

16、有漏電、缺相、錯(cuò)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；3.2.4 系統(tǒng)的工作原理。3.2.5 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(gè)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65c85c之間是強(qiáng)結(jié)垢區(qū)，65c以下是弱結(jié)垢區(qū)，如果達(dá)到85c以上就會行成堅(jiān)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60C,洗浴用水為40C-45C,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56C,熱泵

17、機(jī)組最終停機(jī)溫度設(shè)定為58Co3.3 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(gè)月的時(shí)間，整個(gè)改造項(xiàng)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(jià)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：21C;進(jìn)水溫度18C;出水溫度56C）時(shí)段耗電電費(fèi)單價(jià)（元）電費(fèi)（元）日22:00-28日6:00396KWh0.267105.74日6:00-28日7:2466KWh0.972

18、64.15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)35C,此時(shí)進(jìn)水溫度可達(dá)21C,冬季上海的最低氣可低至-5C,進(jìn)水溫度為4c，但相對時(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：22.8750.6365=42.24萬元.存在的問題和下一步打算熱泵熱水系統(tǒng)投入運(yùn)行后，發(fā)現(xiàn)8臺熱泵機(jī)組在7米乘7米的很小范圍內(nèi)工作