關于公共建筑中空氣源熱泵系統節能效果的研究

蔣丹萍

摘 要：本文通過對空氣源熱泵系統在公共建筑熱水設計中的應用，以及空氣源熱泵系統與其他加熱方式的比較，對空氣源熱泵的節能效果進行了研究和探討。

關鍵詞：燃氣熱水器 ；空氣源熱泵系統；加熱方式特點；運行成本

1 引言

隨著國內節能減排壓力的不斷加大，節能內容成為重中之重。在設計行業中，不管是住宅還是公共建筑，給排水專業從前幾年的太陽能，到這幾年熱門的空氣源熱泵都已成為必須設施。在實際工程中，選取空氣源熱泵還是常規加熱方式，空氣源熱泵是否真的達到了節能的目的，本文從這個方面出發，通過對具體的公共建筑項目設計進行了調研分析。

2 空氣源熱泵系統特點

2.1 綠色環保

產品采用干凈能源，無廢氣污染，無可燃燒排放物，無有毒氣體排放，保持清凈環境。

2.2 高效節能、安裝簡便

產品消耗少量電能，吸收利用空氣中大量免費熱能（可再生資源），集熱效率高、運行成本低、節省了75%電費。產品可直接安裝于室外設備平臺，安裝方便簡單。

2.3 全天候使用、適用范圍廣

不受夜晚、陰雨天氣影響，一年四季全天候供應熱水。可滿足家庭、別墅、學校、賓館等場所熱水需求。

3 循環型熱泵熱水機組原理

當水箱水位高于設定水位，而水溫低于循環設定溫度，機組便會自動進入循環加熱模式。熱水循環泵開啟，水被加熱（溫升5℃左右）進入水箱，直至水箱溫度達到設定溫度停機。

4 熱水設計

本文通過對寧波市某酒店改造項目的熱水設計，酒店熱水為改造，且邊營業邊改造，酒店熱水產品及系統考慮運行節能，安裝維護簡單，同時兼顧舒適；酒店原設備機房在地下室，改造時搬運比較麻煩，則設備建議放置三層裙房屋面，露天室外放置；根據現場勘查、使用意圖和業主要求，酒店熱水設計可以選用空氣源熱泵帶水箱系統或容積式燃氣熱水器直供系統，現針對此項目的熱水設計來具體分析比較。

4.1 項目需求情況

項目概況：酒店總床位數為110間

供水時間：24h

4.2 室外氣象條件

冬季室外計算相對濕度：70%；冷水計算溫度20℃，冷水最低溫度15℃；熱水計算溫度：55℃；環境溫度：最低不低于5℃。

4.3 最高峰小時生活熱水用水量計算

客房按標準間計算，則取110房間的人數為m=2×110=220，小時變化系數Kh=2.9，熱水定額由經驗取[qr]=160L/人.d （60℃），T=24。

4.4 客房熱水設備選型

4.4.1 燃氣熱水器

本次設計選用了單臺輸入功率為99kW，熱效率為88%，容積為379L商用型容積式燃氣熱水爐。臺數n=247÷99=2.5，選取3臺，則總負荷為：297kW，總內膽水容積為1137L。

選型調峰校核：半容積式熱水器儲水容積滿足酒店15分鐘調峰，最大小時用水4253L：則15分鐘水量為1063L，379×3=1137L>1063L，因此，選用3臺商用容積式室外型燃氣熱水器并聯直供，能滿足酒店生活熱水滿負荷運行的要求。

4.4.2 空氣源熱泵熱水機組

全天用水量L=220×160=35200L

熱泵工作時間取12小時 Q=35200×（55-5）/860/12=170.5kW

本次設計選擇單臺額定制熱量38.5KW，額定輸入功率9.2kW空氣源熱泵機組4臺。輔助熱源取總功率的30%，即50kW考慮，可選擇水箱電加熱或燃氣熱水器。

熱泵配套水箱計算：本項目為酒店，水箱儲水量為最大小時用水量的2-4倍，此處取4小時，則熱泵配套水箱容積V=4253×4=17012L，取整20噸。

4.5 不同加熱方式比較

4.5.1 兩種加熱方式特點比較：

4.5.1.1 燃氣熱水器

（1）產品效率：88%，與設備出廠及制造有關；（2）使用能源：燃氣，需開戶；（3）設備占地：5平方；（4）配套水箱：熱水器同城并聯直供，無需水箱；（5）系統維護：簡單，自來水壓供水，無需水泵；（6）熱水使用：熱水供水穩定，溫度恒定，使用舒適；（7）系統節能：系統無需水箱，無水箱散熱，且可根據入住率等按需輸出。

4.5.1.2 空氣源熱泵機組

（1）產品效率：1.5-4.18，受室外氣溫影響較大；（2）使用能源：電；（3）設備占地：10平方；（4）配套水箱：20噸（開式）；（5）系統維護：采用開式水箱，熱泵與水箱之間需要水泵循環，水箱供水視情況配備水泵；（6）熱水使用：開式水箱，造價便宜，熱水供水隨水壓波動較大，舒適的低；（7）系統節能：水箱散熱較大，且無論入住率多少都要加熱整箱水，系統能耗高。

4.5.2 本次設計向廠家調研了資料，針對兩種加熱方式初投資進行了比較：

4.5.3 針對本項目產品費用比較（考慮酒店每天100%入住）

酒店每日用熱水量按35T/55℃計算；則每天需要熱量；夏季：1627kW（進水水溫15℃）；春秋季：1831kW（進水水溫10℃）；冬季：2035kW（進水水溫5℃）空氣源熱泵平均能效：夏季4；春秋季：3.5；冬季：1.8；熱泵系統水箱熱損系數：夏季2%；春秋季5%；冬季10%；電價1元/kWh，天然氣單價4.54元/m3 。

綜上分析比較得：在采用相同品牌的基礎上，全部采用空氣源熱泵設備，系統投資與采用燃氣熱水器設備系統基本相當；單是從運行費用上比較得，在酒店客房年平均入住率高于74.3%時，采用空氣源熱泵比較省錢，在低于74.3%時，采用容積式燃氣熱水器比較省錢。