水源熱泵系統在工業余熱回收中的應用

文_ 胡茂輝 泰安高新區神華環保節能有限公司 侯淑娟 泰安市經濟和信息委員會

水源熱泵具有高效節能、屬可再生能源利用技術、節水省地、環保效益顯著、運行穩定可靠，維護方便等優點。水源熱泵技術近幾年應用較為廣泛，本文結合水源熱泵在某玻纖企業的應用，分析水源熱泵技術在實際應用中經濟性、可靠性、節能性及注意事項。

1 項目概述

某玻纖企業有職工浴室三個，浴室每天開放時間為：8：00- 9：00、16：00-17：30、24：00-1：00，目前共有86個淋浴器，使用蒸汽加熱。同時廠區內有制氧站冷卻循環水，該余熱水冬季溫度為26℃，夏季溫度為35℃，流量為1200m3/h。

根據以上條件，可利用水源熱泵技術，通過提取制氧站冷卻循環水的余熱，為企業浴室提供45℃的洗浴熱水。

2 水源熱泵機組選型及熱負荷計算

企業浴室淋浴器86個及預留淋浴器20個（考慮浴室擴建）加起來共106個。根據《建筑給排水設計手冊》，每個淋浴器的最大小時用水量為540l/h，則，106個淋浴器的最大小時用水量為57.24m3/h。

同時，根據每天三個使用時間段中16：00-17：30的連續使用時間最長，為1.5h，該時間段的用水量為1.5h×57.24m3/h=85.86m3。

由于每個用水時段間隔時間為7h，考慮設備檢修等問題，時間間隔按5h計算，則每小時需要加熱的熱水量為85.86m3÷5h=17.172m3/h。

設定自來水初始溫度為5℃，17.172m3/h的自來水首先經過一個板式換熱器，使自來水與制氧站余熱水進行熱交換，自來水溫度由5℃加熱到15℃，板換面積約為10m2。

15℃的自來水補到熱水儲箱中，再由水源熱泵進行加熱到45℃，則水源熱泵的負荷為：17.172×(45－15)×1.163=599kW。

因此，滿足企業浴室和預留淋浴器洗浴熱水的用水量，需選用SM-300WK型水源熱泵機組3臺，總制熱功率660kW，輸入功率116.1kW。

同時，設計4個22.5m3的圓形熱水儲水箱，儲存熱泵機組制取的洗浴熱水，以便在洗浴時段，用水箱中的水來滿足洗浴要求。

企業制氧站工業冷卻水每小時可提供的水量為1200m3/h。經分析，本方案考慮制取洗浴熱水時，水源熱泵需要利用的工業冷卻水的量為168m3/h，溫降5℃。并且系統采用與冷卻塔并聯方式，即保證了制氧站冷卻水的水溫與流量的穩定，又能買足水源熱泵需求。

圖1 系統工藝流程圖

表1 水源熱泵與其他熱源費用比較

3 系統工藝流程

項目為改造工程，需在對原有系統影響最小的情況下進行改造。熱泵系統與原有冷卻水系統采用并聯方式，保證了水源熱泵系統進水溫度，并且實現了與冷卻塔同樣的溫降，確保了原有工藝的穩定性。系統流程見圖1。

4 經濟效益分析

4.1 水源熱泵制取熱水運行費用

對于全年制取洗浴用生活熱水系統，其運行費用如下：

熱水系統運行1小時消耗電量：(116.1＋7.5＋5.5)×1=129.1kWh；

熱水系統運行1小時電費價格：129.1 kWh×0.67元/ kWh=86.497元；

熱水系統運行1小時制取的熱水量：660×0.86÷(45-15)×1=18.92m3；

全年制取1t熱水的費用為：86.497÷18.92=4.57元/m3。

上述計算中，電費按照0.67元/kWh計算，按照將自來水由15℃加熱到45℃所計算的熱水費用（自來水5℃，利用換熱器提升到15℃）。此外，水源熱泵輸入功率116.1kW，循環水泵5.5 kW，供水泵7.5 kW。

4.2 費用比較

從表1可以看出，與蒸汽系統比較使用水源熱泵系統每年節約費用：

（11-4.57）元/m3×57.24 m3×3.5h×365天=47萬元/a。

5 結束語

系統設計時均取熱負荷最大值，并且洗浴熱水的溫度考慮到管道溫降按45℃設計，根據實際運行情況，將水箱溫度設定在39℃即能滿足使用要求，實際耗電量比理論值小，實際節能效果較好。

系統采用全自動控制，并在企業成功運行，運行情況良好，完全滿足職工洗浴要求。水源熱泵系統在滿足使用功能的同時具有良好經濟效益與社會效益，在國家經濟轉型強調節能減排的前提下，具有很好的推廣和借鑒意義。