制藥工廠工藝生產余熱水在空調系統中的利用

劉 欣 隋鈺泉 沈 森 張立閔

（1.煙臺荏原空調設備有限公司，山東煙臺265500；2.山東貝格建筑設計有限公司，山東煙臺264000）

1 項目概況

某制藥有限公司是中藥制藥企業，建筑面積約10 000 m2，原廠區制冷利用風冷模塊機為冷源，采暖利用燃氣鍋爐為熱源。生產工藝的余熱，通過冷卻塔散發到大氣中。

本文將對此現狀進行節能改造，利用余熱水源熱泵技術制冷制熱，同時制取生活熱水。

2 節能改造目標

節能環保是本次改造的重要目標之一。

其目的是降低企業公用設施的運營成本，提高企業競爭力，打造舒適、節能、綠色環保型企業。

本次節能改造的目標：

（1）提高制冷、采暖系統的可靠性和安全性；

（2）提高制冷、采暖系統的自動化程度，保證系統穩定、高效運行；

（3）在保證系統安全、舒適的前提下，回收利用廠區的余熱，提高能源利用效率及設備的利用效率，獲取良好的節能收益。

3 原空調系統負荷及工藝生產余熱水參數

3.1 空調冷負荷

原有空調機組總制冷量為450 kW，設備參數如表1所示。

表1 原有空調主機參數表

改造前空調系統的總制冷量為450 kW，考慮到氣候變暖以及極端天氣情況，現預留5%的制冷余量，即夏季制冷的總冷負荷為475 kW。

3.2 空調熱負荷

空調采暖熱負荷指標為75 W/m2，采暖建筑面積約3 000 m2，空調區熱負荷約為225 kW，考慮到極端天氣情況，預留5%的采暖余量，故空調區空調總熱負荷為236 kW。

3.3 生活熱水負荷

根據用戶提供數據，廠區內日用生活熱水水量Qr為21 m3（其中65 ℃熱水12 m3），高峰時刻用熱水量Vg為40人×120 L/人=4.8 m3。為保證高峰洗浴用水量，蓄熱水罐容積為5 m3。

日加熱量Qd=QrCρr（tr-tl）=12×1 000×4.187×1×（65-15）=2 512 200 kJ

高峰小時耗熱功率=1.163 Vg（tr-tl）=1.163×4.8×（65-15）=279.12 kW

式中 C——水比熱容4.187，kJ/kg·℃；

ρr——熱水密度，kg/L；

tr——熱水設計溫度，℃；

tl——冷水設計溫度，℃。

3.4 余熱水參數

該余熱水為工藝生產冷卻水，循環水量450 m3/h，全年水溫情況如表2所示。

表2 冷卻水系統水溫參數

4 節能改造方案

4.1 夏季制冷

現狀：目前采用3臺風冷機組為車間內組合式空調箱提供冷水。以上設備均已使用年限過長，單臺機組COP值低，能耗高，且無法實現集中控制管理，造成大量電力能耗的浪費。

改造后：采用1臺余熱水源熱泵機組，在夏季運行制冷模式提供冷凍水。主機采用熱回收技術，在供冷的同時熱回收冷凝熱量，免費為洗浴提供熱水。

4.2 冬季采暖

現狀：冬季采用燃氣鍋爐制取的蒸汽采暖。

改造后：取消蒸汽采暖模式，采用同一臺余熱水源熱泵機組，冬季機組運行制熱模式，從冷卻水中提取熱量，提供采暖和洗浴用熱水。

4.3 廠區洗手、洗澡生活熱水系統

現狀：廠區的生活熱水采用蒸汽換熱形式，凝水就地排放。改造后：取消蒸汽制熱水模式，夏季利用同一臺余熱水源熱泵機組，在制冷同時熱回收冷凝熱量，免費制取生活熱水。冬季同采暖模式。

4.4 工藝冷卻塔

現狀：目前冷卻塔使用年限長，體積大，換熱效率降低，整體運行能耗過高。

改造后：更換成高效率方型橫流冷卻塔，配置導向消聲出風筒，可有效地避免冷卻水蒸發后飄浮到建筑物墻面。冷卻塔采用模塊化組合，可根據負荷變化，調整冷卻塔風機開啟臺數，且冬季時無需開啟風機，整體運行更加節能，檢修方便。

舊制冷系統及改造后的制冷系統如圖1、圖2所示，冷熱源機房3D系統圖如圖3所示。

圖1 舊制冷系統

圖2 改造后的制冷系統

圖3 冷熱源機房3D系統圖

5 改造前后綜合比較

節能改造后的空調系統于2013年11月正式投入使用，系統運行良好，用戶對使用效果非常滿意。另外，新系統選用高效節能環保型設備，加強了企業節能環保意識，并在當地起到了節能減排的帶頭作用，其意義深遠。

節能效果如下：

原系統在改造之前年運行費用合計為：101.87萬元，改造后系統的年運行費用合計為：42.76萬元，具體數據如表3所示。

表3 改造前后運行費用對比

6 結語

本項目利用余熱水源熱泵技術制冷制熱，同時制取生活熱水。

通過此技術，夏季制冷效率更高，冬季使得工藝冷卻水中的余熱得到利用，降低了工藝生產余熱向環境中的排放，節約了能源，有效響應了國家節能減排政策。

該項目的順利實施，在取得良好社會效益的同時，為企業帶來了直接可觀的經濟效益、環境效益。

[1]陸耀慶.實用供熱空調設計手冊[M].2版.北京：中國建筑工業出版社，2008.

[2]中國氣象局氣象信息中心氣象資料室，清華大學建筑技術科學系.中國建筑熱環境分析專用氣象數據集[M].北京：中國建筑工業出版社，2005.

[3]住房和城鄉建設部工程質量安全監管司，中國建筑標準設計研究院.全國民用建筑工程設計技術措施暖通空調·動力[M].北京：中國計劃出版社，2009.