高溫水源熱泵在溫泉酒店的應用

張海松 許小潔 張路

1奧雅納工程咨詢（上海）有限公司深圳分公司

2上海富田空調冷凍設備有限公司

高溫水源熱泵在溫泉酒店的應用

張海松1許小潔1張路2

1奧雅納工程咨詢（上海）有限公司深圳分公司

2上海富田空調冷凍設備有限公司

以某溫泉度假酒店生活熱水系統為對象，設計了3種不同方案，對3種方案進行技術性和經濟性比較分析，并對中選方案進行優化。

高溫水源熱泵溫泉水優化

熱泵技術作為全世界倍受關注的新能源技術之一，以其優越的節能效果，越來越多地被應用到實際工程中。具備可再生低溫能源的地區可采用熱泵熱水供應系統[1]。筆者參與南方某溫泉度假酒店項目的設計，為實現生活熱水貯水溫度65℃，供水溫度60℃的設計要求，合適熱源是重要因素。因項目所在地有豐富及合適溫度的水資源，故水源熱泵成為最合適的熱源。本文結合項目的工程特點，設計了水庫水+常溫水源熱泵+輔助電加熱+間接供水，溫泉水與水庫水熱交換+高溫水源熱泵+間接供水和溫泉水與水庫水混合+高溫水源熱泵+直接供水3種方案[2]，分析比較其技術性和經濟性，并對設計方案進行優化。

1 方案設計

方案一：水庫水+常溫水源熱泵+輔助電加熱+間接供水。系統流程圖如圖1所示。常溫熱泵利用14℃的水庫水將自來水提升為55℃的熱水，經板換換熱，再由輔助電加熱升溫為65℃進入生活熱水箱，最后送至各用水點。

方案二：溫泉水與水庫水熱交換+高溫水源熱泵+間接供水。系統流程圖如圖2所示。14℃的水庫水與50℃的溫泉水通過板換換熱提升到15℃以上，之后經高溫熱泵將自來水提升為68℃的熱水，經板換換熱為65℃的熱水進入生活熱水箱，最后送至各用水點。

方案三：溫泉水與水庫水混合＋高溫水源熱泵＋直接供水。系統流程圖如圖3所示。14℃的水庫水與50℃的溫泉水混合到15℃以上，之后經高溫熱泵將自來水提升為65℃進入生活熱水箱，最后送至各用水點。

2 方案比選

1）技術分析

方案一與方案二比較：方案一少1組板換，熱泵為常溫型，增加1組輔助電加熱裝置。增加輔助電加熱將增加相應用電負荷、變壓器容量、纜及開關等相關電器設施[3]。因而增加故障點，降低系統的穩定性。由此可見：方案二優于方案一。

方案三與方案二比較：方案三少2組板換及1組水泵。很明顯，方案三系統更簡單，弱電控制點更少，操作更方便。由此可見：方案三優于方案二。

從技術的穩定性判斷，方案三最優，方案二其次，方案一最差。

2）經濟分析

從初投資成本和年運行費用兩個方面對3個方案的經濟性進行分析比較。3種方案的初投資成本及年運行費用情況分別如表1和表2所示。

由初投資成本和年運行費用的比較可得：方案三最優，方案一其次，方案二最差。

3）綜合技術及經濟分析：方案三是最佳的選擇。

3 方案優化

以本工程為例，制熱量為350kW，在制熱工況下，蒸發側與冷凝側進出水均考慮5℃溫差，兩種品牌的熱泵在不同蒸發側進水溫度與冷凝側出水溫度下的COP值變化如表3[4]。由表3可得，保持出水溫度恒定，隨著水源側的進水溫度上升，熱泵的能效比均增大。

熱泵機組水質參數要求如表4，而本項目溫泉水水質指標檢測結果如表5。

注：①水質指標參照《蒸氣壓縮循環冷水（熱泵）機組》GB/T 18430.1-2007，附錄冷卻水水質。②表中“O”標示腐蝕或結垢傾向的有關因素。

項目所在地水庫水pH值范圍為6.50～7.78。項目自來水水質指標硬度為80～90mg/L。通過上述兩表的比較，要實現最合適的進水溫度，須考慮如下因素：

1）pH值的控制。通過不同比例的水庫水和溫泉水混合，利用pH值計算公式估算并研究混合后pH值的變化情況。pH值與水庫水與溫泉水混合體積比的關系如圖4所示（V1為水庫水體積，V2為溫泉水體積）。從圖4可以得出，隨著水庫水與溫泉水混合體積比的增大，pH值減小。只要保證水庫水與溫泉水混合體積比大于2，即可把混合后的pH值保持在8.0以下。

2）進水溫度的控制。通過不同比例的水庫水和溫泉水混合，估算并研究混合后溫度的變化情況。混合體積比與混合后溫度的關系如圖5所示。從圖5得出，隨著混合后溫度的升高，所需的溫泉水越大。要保證水庫水與溫泉水混合體積比大于2，則混合后溫泉水溫度不超過26℃。

綜合考慮高溫熱泵產品設計工況、能效比和pH值的影響，可將高溫熱泵進水溫度控制在20℃，即將1體積的溫泉水與5體積的水庫水混合作為高溫熱泵蒸發側進水。

3）硫離子控制。通過對本項目溫泉水水質檢測結果與高溫熱泵機組水質指標要求進行對比，H2S濃度為3.49mg/L存在腐蝕和結垢的風險。可根據高溫熱泵機組廠家要求，對高溫熱泵機組采取防腐防結垢措施。如機組換熱管內壁可采用SiO2納米涂層技術，起到防腐及防結垢的作用。

4 結論

根據本項目的實際情況，通過優化水庫水和溫泉水的混合比例，提升高溫水源熱泵蒸發側的進水溫度，實現提供高溫熱水及節能的雙重目的。

[1]建筑給排水設計規范(GB50015-2003)[S].北京:中國建筑工業出版社,2003

[2]地源熱泵系統工程技術規范(GB50366-2009)[S].北京:中國建筑工業出版社,2009

[3]全國民用建筑工程設計技術措施給水排水[S].北京:中國建筑工業出版社,2009

[4]熱泵熱水系統選用與安裝(06SS127)[S]

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1Arup InternationalConsultants(Shanghai)Co.,Ltd.
2ShanghaiFutian AirConditioning EquipmentCo.,Ltd.

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1003-0344（2014）03-088-3

2013-5-5

張海松（1973～），男，本科，工程師；廣州市天河區林和西路161號中泰國際廣場A1301（510620）；E-mail:liaowei191@163.com