商用空氣能熱泵熱水器冷氣的回收與改造

賴偉彬

（廣東省機械技師學院，廣州 510450）

空氣能熱泵熱水器做為節能產品目前廣泛用于酒店、賓館、學校等中大型服務場所制熱水，制熱方式主要有直供式和循環式兩種。熱泵熱水器在制熱水的過程中通過空氣置換排出大量的冷氣，在這個過程中冷氣與冷凝熱比在0.7～0.85之間，而這部分冷源都是通過軸流風機直接散到室外。而同時服務場所很多都需要冷氣對室內降溫，如果采用空氣能熱泵熱水器的冷源來給這部分場所降溫或與建筑物原有制冷設備聯合使用，不但不影響熱泵熱水器的安全運行，還會給用戶帶來一定的經濟效益。

1 熱泵熱水器機組回收冷氣后在供冷時的參數情況

以某品牌商用10P循環式空氣能熱泵熱水器為例，其銘牌制熱量為38kW，額定功率9.3kW，水流量為6.5m3/h，室外風量為10000m3/h，配置10噸的循環保溫水箱。

1.1 機組產生的制冷量

按制冷工況下運行，冷凝熱可達到制冷量的1.15～1.3倍，可以計算出制冷量為：

該冷源使用在酒店、賓館等集中供冷的空調區域，如果酒店大廳或會議場所等按國內民用建筑的空調冷負荷概算指標取200W/m2，可以使用在145m2左右的場所。

1.2 設備可持續運行的工作時間

按日用熱水量8噸計算，夏季平均水溫取25℃，水溫加熱到55℃。其日用熱負荷為：

則熱泵熱水器制熱水的工作運行時間為：

由于酒店或館賓等場所熱水使用時間主要集中在晚上，所以設備制熱水時間可以設定在白天加熱。同時白天可以利用設備運行時所產生的冷氣對大堂、會議室等場所進行集中供冷。

1.3 設備排風時的風速與風壓

10P熱泵熱水器機組的排風口直徑一般在0.5～0.7m左右，排風量為10000m3/h，風壓（靜壓）100～200Pa。則風速為：

風速靜壓取150Pa，根據一般情況下按照5～10Pa/m來計算可以計算出送風的最遠距離為：

（150-10）÷5=28m。

2 熱泵熱水器機組冷氣回收改造工藝

2.1 機組與送風方式的聯接

為了減少空氣能熱泵熱水器的冷氣回收利用的投資成本可以根據原建筑物空調設備使用的情況來制定。一類是原建筑物采用獨立式分體空調方式供冷的，回收后的冷氣可以通過非金屬風管或柔性風管等組件送入大堂或其它空調使用場所（此種方式不作詳述）；一類是原建筑物采用集中式中央空調供冷方式的可以將回收后的冷氣引入原有的風管配合使用（如圖1）。

熱泵熱水器機組室外排風口一般為圓形，可以采用天方地圓的連接方式，在機組連接處采用風管三通。并在三通處分別安裝電動風閥（如圖1）。其中風閥1通道的冷氣引向大氣排放；風閥2通道向室內使用場所引入冷氣，并在原設備風管加裝風管三通連接和電動風閥3。

圖1 機組風管連接方式

2.2 控制過程

根據熱泵熱水器機組風管的連接方式及原空調設備送風方式的配合使用，可以設計一套簡易的控制系統與其配套使用（如圖2）。在空調使用區域設置溫度控制，當熱泵熱水機組運行時斷開電動風閥1與電動風閥3，并開啟電動風閥2，使冷氣從熱泵熱水器機組出來后由三通進入風閥2通道引向空調區域進行降溫，此時風閥1與風閥2通道截止，切斷熱泵熱水機組通向室外大氣的排放，同時也切斷原空調設備供冷通道。當空調區域達到設定溫度后，風閥1通道開啟，風閥2、風閥3通道閉合，此時熱泵熱水器機組產生的冷氣流經風閥1通道排向室外，不影響熱水的繼續加熱。當熱泵熱水器制熱水結束后（達到設定水溫），閥風通道1通道開啟，為下次工作做準備，閥風通道3打開、風閥2通道截止，此時室內降溫由原有空調設備供冷。

圖2 控制流程

3 改造后可能存在的問題

熱泵熱水器改造后可能存在以下幾個問題需要注意：

一是為了避免影響機組正常制熱水，回收以后的冷氣只能集中使用，統一溫度控制。故回收后的冷氣對空調使用場所有一定的局限性，一般只能用在對空氣要求不高且冷氣集中的場所，像酒店大堂、賓館大堂、會議室等這些需要集中供冷的場所。

二是對于熱水使用量的不確定性，對機組制熱水時間有一定的影響，需要在設備運行時間上作相應調整。

三是機組安裝的位置與空調使用場所的距離、環境可能對回收后的供冷輸送存在一定的問題，距離比較遠的需要增加離心風機來加大風壓，或根據實際情況在改造方面做適當的調整。

4 經濟性能

熱泵熱水器的冷源回收利用，雖然在使用上有一定的局限性，但對用戶帶來的經濟價值還是比較可觀的。在改造方面盡量采用簡單的工藝和價格比較低廉的新型料，如柔性風管、或其它非金屬部件。整體成本可以控制在8000～10000元左右，其成本支出主要有其中幾項：電動風閥（非金屬）直徑φ500-600規格價格在150～240元左右，柔性風管造價50～80元/m2含人工，電氣控制800元左右，其它細費按實際。

改造后帶來的經濟價值，例：廣東地區空調供冷使用時間按5個月計算，商業用電1度/元，采用10P的熱泵水器機組，額定功率9.3KW(按9KW計算)，制熱水時間按8小時計算，則一年節省空調電費1×9×8×30×5=10800元。由于制熱水時間主要在白天,原空調設備可以用于晚間的配合使用，由于晚間需要的冷負荷相應減少，也可以適當減小設備的規格以降低原空調設備的采購成本。

5 結束語

熱泵熱水器冷源的回收利用可以降低用戶對設備的使用成本，同時對于改善國家的能源利用狀況具有很重要的實際意義，其主要體現在以下幾個方面：

1）提高了設備的利用效率；

2）在回收冷源的同時減少了對空氣的污染，改善了環境質量；

3）配合我國能源的開發與節約的大局勢，有良好的發展。

在國內能源日漸短缺的情況下，大力發展能源綜合利用系統，也是成為解決能源問題過程中的一個亮點。