南海地铁金融城空气源热泵热水系统的设计应用

梅沈斌

摘要：空气源热泵热水系统将空气中能量吸收转化为热水系统所需要的热量，配以电热水辅助加热，在宾馆酒店等场所，特别是无城市热源的南方地区，能产生较好的节能效果。本文结合南海地铁金融城项目对空气源热泵热水系统的设计进行简要剖析。

关键字：空气源热泵；热水系统；节能

Abstract: the air source heat pump hot water system will air energy absorption into hot water system need heat, match with DianReShui auxiliary heating, in places such as hotels, especially no city of heat source south, can produce good energy saving effect. Based on the project of the south China sea city air source heat pump hot water system design of the analysis.

Key word: air source heat pump; Hot water system; Energy saving

中图分类号：TU995.1 文献标识码：A 文章编号：

1空气源热泵工作原理

空气源热泵热水机组遵循能量守恒定律和热力学第二定律，热量不能自发地从低温环境向高温环境中转移（传送），要实现此 目的，必须要有一台机器，消耗一部分机械功（例如电能），才能将低温环境中的热量传送到高温环境中去。这样的机器就称之为“热泵”。热泵的作用是将空气中或低温水中的热量取出，连同本身所用的电能转变成的热能，一起送到高温环境中去应用，加热制取高温的热水。

图1、空气源热泵工作原理

空气能（空气源）热泵热水器）中的冷媒（如R22、 R417A等）把空气中的低温热能吸收进来，经过压缩机压缩后转化为高温热能，加热水温，具有高效节能的特点，其节能效果是电热水器的4倍，是燃气热水器的3倍，是太阳能热水器的约2倍；能耗低、效率高、速度快、安全性好、环保性强，可源源不断的供应热水。

2 项目概况

南海地铁金融城是佛山南海千灯湖金融高新区核心项目，该项目地下层与广佛地铁车站合建，地上30~39层为四星酒店，有客房250间，按每房2张床位计算；水疗区有SPA房10间，客容量按每周期18人，每日3周期。

3 系统选择

太阳能是最清洁能源，但珠三角地区日照时间不充足，且季节性差异大，太阳能板占地面积较大，不适用本项目的具体情况。南方地区全年平均温度较高，气温变化相对较小，冬夏制热工况相近，空气能来源稳定。《建筑给水排水设计规范》50015-2003 （2009年版）第5.2.2B 条文“在夏热冬暖地区 ，宜采用空气源热泵热水供应系统”， 因此适宜采用空气热泵热水系统，由于宾馆要求对热水要求较高，可配置电热设备作为辅助。

4、设计参数

室外气象条件:

冬季室外计算相对湿度：75%

冷水计算温度：15℃

冬季室外干球温度（当地最冷月平均气温）： 10℃

热负荷计算参数：

客房区，按每人每日用热水量按55℃热水120L计算；水疗区，每人每日用热水量按55℃热水400L计算；

5、热泵设备选型原则及小时热负荷计算

每天热水量计算:

①客房区

每天热水量：M1＝250房×2人/房×120L/人·天＝60000L

②水疗区

每天热水量：M2＝18人×400L/人×3＝21600L

每天所需热量：

每天所需热量：Q1＝C.M.△t＝1kcal/kg.℃×（60000L/天＋21600L/天）

×(55℃-15℃)＝3264000kcal/天

说明：C指水的比热；M指水池用水总量；△t指热水温差；

因热泵设备供热系统即是蓄热供水方式，通过水箱储存每天所需的大部分水量后，利用热泵工作一段时间对冷水进行加热，再供系统使用，同时边供应生活热水边加热生活热水，所以根据热泵的特性，在年最低气温下，设备每天工作时间不超过16h即可加热系统所需热量的配置比较合适，因此遵循此原则：

每小时所需制热量为：Qh=3264000Kcal/天÷16h/天=204000Kcal/h=204000KJ*4.2/3600s=238KW

本项目采用了美的RSJ-770/S-820热泵机组，在环境温度10℃时制热量为77KW/台，考虑部分预留量，共选用4台热泵机组。

热水系统循环加热的几种配置形式:

图5.1单水箱循环加热图5.2大小双水箱循环加热

其中方式一冷水直接进入水箱，水箱温度波动大，无法保证连续性供水；方式二避免了循环式不能连续供水的缺陷，但未解决冬季大水箱温度散失热量而温度降低，因为无法及时供应热水；因此本项目拟采用高温直热循环的工作方式，冷水直接进入机组一次加热到60℃，供水即时迅速；在冬季，系统会自动进入循环加热模式，提升水箱温度，保障用水需求。见下图

图5.3 高温直热循环加热

6、水箱容积选型

水箱容积量的配置可按下述公式予以计算：

V = （V1×60%– V2）×a

说明：V表示水箱总容积量； V1表示每天所需热水总量；60%为每天高峰时间段用水量所占全天热水总量比例；V2表示在当地最低气温下高峰用水时间段内所配置热泵机组所产生的热水总量；a表示水箱容积量安全系数取1.1～1.3。

故根据上述公式，每天高峰用水时间按4h计算，本项目所需配置的水箱容积量为

V = (81600L×60%–1650L/h.台×4台×4h)×1.1= 24816L

为方便系统根据用水需求调整系统的运行情况，本项目每2台热泵机组配备一个水箱，共分为两套并联系统，单个水箱储水12m3。

7、循环水泵

热水循环泵的启闭由设在电动阀前的热水回水管上的电接点 温度计自动控制：开启温度为50摄氏度，关闭温度为55摄氏度。

8、辅助热源

为充分利用能源，本項目结合酒店空调系统，利用其空调制冷系统所产生的废热，作为热水系统的补充热源之一。空调系统设置风冷式热泵热回收机组，从热水水箱接出热水循环管路与此机组匹配，在空调机组制冷时，利用其产生的热能，可减少热泵热水机组的用电能耗。

本系统考虑热泵故障或其他突发情况下的供热水稳定性，在每个水箱系统配备一一台大功率电热水器DRE-52-36，功率36KW，作为应急措施。

图8.1 空气源热泵热水系统图

9、安装注意事项

由于热泵机组、循环泵、热水泵等设置在屋面，系统长期运行，要特别注意机组的震动噪声对周边建筑环境的影响，特备对下层建筑的影响；水泵噪声与日常生活接触的工业噪声、交通噪声不相同，属于低频噪声（频率在500赫兹以下的声音）。低频噪声的特点是衰减缓慢、声波较长、其衍射波能轻易绕过障碍物，所以低频噪声不易处理。本项目机组下部为酒店客房及行政办公区域，所有设备需作独立弹簧减震器和减震台座。

参考资料：

1、《建筑给水排水设计规范》50015-2003 2009年版

2、 美的空气源热泵产品技术手册。

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。