空气源热泵热水机组在工程设计中的应用
编辑：admin　    时间：2010-1-1    0:10:14 　来自：深圳上喜太阳能科技
能源是国民经济重要的基础产业，是人类生产和生活必需的基本物质保障。能源消费水平是经济社会发展的重要标志。目前，我国已成为世界第二大能源生产及消费大国。随着能源消费的急剧增加，环境污染的日趋严重，人类在积极寻找一条实现能源、环境、文明、和谐发展的道路。因此，全面构筑经济、安全、清洁的能源供应体系，是我们面临的一项紧迫而又艰巨的任务。
一、热泵技术概述
随着人们生活水平的提高对卫生热水也提出了更高的要求。常见的供应热水方式通常采用燃油、燃气、电锅炉等。这些方式除了存在易燃、易爆、触电等安全隐患，也急剧的消耗着有限的能源。因此，太阳能这种可再生的能源开始为人们接受。但是采用太阳能供应热水方式受气候条件的限制，夜晚、阴天雨雪等自然条件都会影响热水制备。在这种情况下热泵热水机组（器）应运而生。
热泵是把热量从低温热源转移到高温热源中的一种装置通过消耗少部分电能从室外空气和水中获取能量把热量转移到冷水中，使冷水逐步升温制取的热水通过水循环系统送至用水点。热泵不是热能的转换设备而是热量的搬运设备。热泵的制热效率不受能量转换效率（100％为极限）的制约而是受到逆向卡诺循环效率的制约，这就是其制热系数可以达到 300～500％甚至更高的原因。
二、常见热源经济性及技术应用对比分析（具体计算公式略去，如有需要请联系我们）
以上海余山国家旅游度假村为例，相当于四星级的康复疗养院，由于该康复疗养院地处{gjj}旅游度假村各上级主管部门对环境及安全均提出了较高要求。为确保工程建设符合各相关部门要求重点从热源的经济性和环境要求方面对不同热源进行了研究和比较（各种热源热值；每吨热水以15℃的冷水加热至55℃需要40000千卡热量为例计算，费用成本），以确定最终应用方案。以下对比分析均以每日热水用量20.8吨，年平均冷水温度为15℃，年运行天数365天。燃料或能源分别按：电费每千瓦时0.61元、天燃气每立方米 2．6元、柴油每公斤4.3元价格计算。

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1、经济性分析
1）太阳能电辅助加热。太阳能在阴雨天或在冬天时水温温升的度数非常小，达不到使用效果，必须采用辅助加热，而燃油加热对环境污染较大，已受到环保政策的控制，不能采用燃气加热又需要铺设燃气管道，工程造价很大不易采用。因此，从目前看太阳能最合理的是采用电辅助加热。目前，上海地区年均有140天左右阴雨天，太阳能热水器所吸收的能量不够按平均冷水温度为15℃，经太阳能加热后达到25℃，则需要补充的热量为：Q=624000Kcal；使用电辅助加热的费用（电加热的热效率为90%）为68850元。
2）热泵机组加热。热泵机组加热是储热式的，xx可以把晚间峰谷电全部利用起来少用或不用平时电。全年运行费用为：50760元。
3）燃气锅炉加热。如采用燃气锅炉加热，全年运行所需费用为：116113元。
4）燃油锅炉加热。如采用燃油锅炉加热，全年运行所需费用为：163228元。
5）电锅炉加热。如采用燃气锅炉加热，全年所需费用为：239334元。
由此可见采用热泵机组作为热源在经济性上最为合理。
2、应用性分析
（1）太阳能电辅助加热。太阳能在阴雨天或在冬天时水温温升的度数非常小，达不到使用效果，必须采用辅助加热，而燃油加热对环境污染较大，已受到环保政策的控制，不能采用。燃气加热又需要铺设燃气管道，工程造价很大不易采用。因此，从目前看太阳能最合理的是采用电辅助加热。目前，上海地区年均有140天左右阴雨天，太阳能热水器所吸收的能量不够按平均冷水温度为15℃，经太阳能加热后达到25℃，则需要补充的热量为：Q=624000Kcal；使用电辅助加热的费用 (电加热的热效率为90％ )为68850元。
（2）空气热源热泵热水机组。该装置是一种安全、环保、高效节能的热能设备，该设备是通过电力驱动热泵装置，使介质从空气中吸取热量运行费用非常低，且可安装在室外，不用专门设计机房，可有效节省空间，具有很高的社会价值及环保价值，是目前各界专家重点推荐的热能设备。
（3）燃气锅炉。燃气锅炉是常规的加热方式是靠消耗不可再生能源产生热量来达到加热目的，而且对环境有污染。用燃气锅炉，每年运行费用很高，维护及操作人工等费用很大。在安装前要向消防、技监局锅检所等部门报批，手续复杂，安装位置受到很大的限制，锅炉及燃料输送管道还存在一定的安全隐患。
（4）燃油锅炉。燃油锅炉是目前常规的加热方式，是靠消耗不可再生能源产生热量来达到加热目的，而且对环境的污染较大。国内部分地区的政府部门已规定：不再审批新增加的燃油加热锅炉，且要逐步取缔已使用的燃油锅炉，改造为清洁能源，因此使用燃油锅炉可能会随着政府的规定而受限制。用燃油锅炉，每年运行费用很高，在安装前必须向消防、技监局锅检所等部门报批，手续复杂，且锅炉的安装位置受到很大的限制。燃油锅炉的油罐在众多的要求下，也无法找到合适的安装位置，且锅炉在使用的过程中还耍接受环保部门对锅炉的污染指数进行抽检。同时，锅炉还存在一定的安全隐患。
（5）电锅炉。电锅炉是靠转换电能而产生热能对冷水进行加温的设备，在使用的过程中不产生污染，属于一种环保设备。但电能属一种高品位的能源，如果直接将其转换成热量，专家认为这是属于一种能源浪费的现象，同时电锅炉还存在以下缺陷：
1）、因其是用电热管进行加热，直接将电热管安放于水中，所以存在较大的安全隐患；
2）、因上海的水质不是很好，Ca2+、Mg2+容易产生水垢附着在电锅炉的电加热原件表面，导致电锅炉的热效率逐渐下降，故障率逐渐升高；
3）、锅炉的使用受到劳动局的监管，且审批手续十分复杂，每年还要对锅炉进行年审，所以使用锅炉的整个过程都比较麻烦；
4）、因电锅炉的耗电量比较大，在设备初期投资中，还需要投入大量的资金用于电网的建设及安全措施，一次投资费用也较高；
5）、电锅炉的耗能比较大，运行费用也很高。
三、工程应用及设备选型
如前所述，通过对上述五种热源的经济性、技术及工艺的比较，负责上海佘山国家旅游度假村疗养康复院开发建设单位，最终选定了安全、环保、节能的空气热源热泵热水机组作为热源。
1、工程热负荷参数
该疗养康复院共设标准客房104间，单位客房按每天200L热水（55℃）配置，日均需要热水20.8吨。根据热值公式：Q=M*C*△TOC，计算可得，每天所需总热量为832000Kcal。
如每天热泵机组的工作时间按15小时计算．则每小时所需热量为55467kcal／h。
2、设备选型及说明
由于该疗养康复院的客房主要用水时间为晚上6点至第二天12点，综合经济效益投资分析，选用3台RBR一28F型号直热式“热泵热水机组”，另系统配置2个10m。不锈钢保温水箱。因考虑入住率的变动，平时可让机组“一备、二用”，高峰时及冬天时再同时启动，这样既降低了能耗又方便了维护。
选用3台直热式热泵热水机组RBR一28F型号，xx满足全天热水需求（1台RBR-28F型号机组在15℃气温时输出功率为23272 kcal／h）。由于酒店客房主要用水时间为晚上6点至第二天12点，期间可利用晚上峰谷电加热所需的大部份热水（晚上有8个小时的峰谷电），降低运费。气温低于15℃时机组工作时间相对延长，极端气温时配上2个功率为12KW的电辅助，可保证机组的设计产水量。
四、应用策略及建议
经过工程实例的验证，每一种热源的选用都有各自的情况和适应性。作为一种新型的热源利用装置，空气源热水机组安装应用及运行过程中应注意下列条件要求：
（1）最冷月地平均气温大于10℃的地区，可不设辅助加热；
（2）最冷月地平均气温在0℃～1O℃的地区应设辅助加热；
（3）空气源热泵机组常见允许下限值为负7℃，常见允许上限值为43℃。
此外，在空气源热水机组选择和安装时，应综合考虑以下几点因素和条件：
1）无辅助热源的应根据全年最冷月平均气温和设计小时平均秒供热量选型；
2）有辅助热源系统宜按春分秋分所在的月平均气温和相应的设计小时平均秒供热量选型；
3）一个系统中的机组数量不宜少于2台，且宜为同一型号。
综上所述，空气热源热泵机组最适宜在长江以南地区（年平均气温在10℃以上地区）安装应用。最适合应用的领域为：xx酒店式公寓、中小型康复疗养院或医院病房用水、大中小学集体宿舍用水及中小型酒店等。
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