高温水源热泵在温泉酒店的应用

张海松 许小洁 张路

1奥雅纳工程咨询（上海）有限公司深圳分公司

2上海富田空调冷冻设备有限公司

高温水源热泵在温泉酒店的应用

张海松1许小洁1张路2

1奥雅纳工程咨询（上海）有限公司深圳分公司

2上海富田空调冷冻设备有限公司

以某温泉度假酒店生活热水系统为对象，设计了3种不同方案，对3种方案进行技术性和经济性比较分析，并对中选方案进行优化。

高温水源热泵温泉水优化

热泵技术作为全世界倍受关注的新能源技术之一，以其优越的节能效果，越来越多地被应用到实际工程中。具备可再生低温能源的地区可采用热泵热水供应系统[1]。笔者参与南方某温泉度假酒店项目的设计，为实现生活热水贮水温度65℃，供水温度60℃的设计要求，合适热源是重要因素。因项目所在地有丰富及合适温度的水资源，故水源热泵成为最合适的热源。本文结合项目的工程特点，设计了水库水+常温水源热泵+辅助电加热+间接供水，温泉水与水库水热交换+高温水源热泵+间接供水和温泉水与水库水混合+高温水源热泵+直接供水3种方案[2]，分析比较其技术性和经济性，并对设计方案进行优化。

1 方案设计

方案一：水库水+常温水源热泵+辅助电加热+间接供水。系统流程图如图1所示。常温热泵利用14℃的水库水将自来水提升为55℃的热水，经板换换热，再由辅助电加热升温为65℃进入生活热水箱，最后送至各用水点。

方案二：温泉水与水库水热交换+高温水源热泵+间接供水。系统流程图如图2所示。14℃的水库水与50℃的温泉水通过板换换热提升到15℃以上，之后经高温热泵将自来水提升为68℃的热水，经板换换热为65℃的热水进入生活热水箱，最后送至各用水点。

方案三：温泉水与水库水混合＋高温水源热泵＋直接供水。系统流程图如图3所示。14℃的水库水与50℃的温泉水混合到15℃以上，之后经高温热泵将自来水提升为65℃进入生活热水箱，最后送至各用水点。

2 方案比选

1）技术分析

方案一与方案二比较：方案一少1组板换，热泵为常温型，增加1组辅助电加热装置。增加辅助电加热将增加相应用电负荷、变压器容量、缆及开关等相关电器设施[3]。因而增加故障点，降低系统的稳定性。由此可见：方案二优于方案一。

方案三与方案二比较：方案三少2组板换及1组水泵。很明显，方案三系统更简单，弱电控制点更少，操作更方便。由此可见：方案三优于方案二。

从技术的稳定性判断，方案三最优，方案二其次，方案一最差。

2）经济分析

从初投资成本和年运行费用两个方面对3个方案的经济性进行分析比较。3种方案的初投资成本及年运行费用情况分别如表1和表2所示。

由初投资成本和年运行费用的比较可得：方案三最优，方案一其次，方案二最差。

3）综合技术及经济分析：方案三是最佳的选择。

3 方案优化

以本工程为例，制热量为350kW，在制热工况下，蒸发侧与冷凝侧进出水均考虑5℃温差，两种品牌的热泵在不同蒸发侧进水温度与冷凝侧出水温度下的COP值变化如表3[4]。由表3可得，保持出水温度恒定，随着水源侧的进水温度上升，热泵的能效比均增大。

热泵机组水质参数要求如表4，而本项目温泉水水质指标检测结果如表5。

注：①水质指标参照《蒸气压缩循环冷水（热泵）机组》GB/T 18430.1-2007，附录冷却水水质。②表中“O”标示腐蚀或结垢倾向的有关因素。

项目所在地水库水pH值范围为6.50～7.78。项目自来水水质指标硬度为80～90mg/L。通过上述两表的比较，要实现最合适的进水温度，须考虑如下因素：

1）pH值的控制。通过不同比例的水库水和温泉水混合，利用pH值计算公式估算并研究混合后pH值的变化情况。pH值与水库水与温泉水混合体积比的关系如图4所示（V1为水库水体积，V2为温泉水体积）。从图4可以得出，随着水库水与温泉水混合体积比的增大，pH值减小。只要保证水库水与温泉水混合体积比大于2，即可把混合后的pH值保持在8.0以下。

2）进水温度的控制。通过不同比例的水库水和温泉水混合，估算并研究混合后温度的变化情况。混合体积比与混合后温度的关系如图5所示。从图5得出，随着混合后温度的升高，所需的温泉水越大。要保证水库水与温泉水混合体积比大于2，则混合后温泉水温度不超过26℃。

综合考虑高温热泵产品设计工况、能效比和pH值的影响，可将高温热泵进水温度控制在20℃，即将1体积的温泉水与5体积的水库水混合作为高温热泵蒸发侧进水。

3）硫离子控制。通过对本项目温泉水水质检测结果与高温热泵机组水质指标要求进行对比，H2S浓度为3.49mg/L存在腐蚀和结垢的风险。可根据高温热泵机组厂家要求，对高温热泵机组采取防腐防结垢措施。如机组换热管内壁可采用SiO2纳米涂层技术，起到防腐及防结垢的作用。

4 结论

根据本项目的实际情况，通过优化水库水和温泉水的混合比例，提升高温水源热泵蒸发侧的进水温度，实现提供高温热水及节能的双重目的。

[1]建筑给排水设计规范(GB50015-2003)[S].北京:中国建筑工业出版社,2003

[2]地源热泵系统工程技术规范(GB50366-2009)[S].北京:中国建筑工业出版社,2009

[3]全国民用建筑工程设计技术措施给水排水[S].北京:中国建筑工业出版社,2009

[4]热泵热水系统选用与安装(06SS127)[S]

Ap p lic a tion o f H igh Tem pe ra tu re Hea t Pum p in Ho t Sp ring Reso rt Ho te l

ZHANGHai-song1,XU Xiao-jie1,ZHANG Lu2
1Arup InternationalConsultants(Shanghai)Co.,Ltd.
2ShanghaiFutian AirConditioning EquipmentCo.,Ltd.

Three difference portable hot water system schemes were designed for a hot spring resort hotel,and compared by technicaland econom icalanalysis.Finally,thebestschemewasoptim ized.

high temperaturewater source heatpump,hotspringwater,optim ization

1003-0344（2014）03-088-3

2013-5-5

张海松（1973～），男，本科，工程师；广州市天河区林和西路161号中泰国际广场A1301（510620）；E-mail:liaowei191@163.com