空气源热泵工程节能案例分析

苏海智，冯竹建

（1.国网浙江金华市供电公司，浙江 金华　322000；2.国网浙江义乌市供电公司，浙江 金华　322000）

空气源热泵工程节能案例分析

苏海智1，冯竹建2

（1.国网浙江金华市供电公司，浙江 金华322000；2.国网浙江义乌市供电公司，浙江 金华322000）

随着产业结构调整的深入，工业节能潜力日益减少，大力推进建筑节能改造、发展绿色建筑对节能减排目标的实现具有重要意义。热泵是利用吸热介质从环境中采集低品位热能，经压缩机压缩后提高冷媒的温度，转换成高品位热能后，用于采暖或热水供应，实现了高效配置能源。热泵系统的应用对于推动既有建筑节能改造具有重要意义。据统计，如果在建筑供暖中热泵所占比例能增加到30%，在采用现有的先进技术条件下，可以使全世界CO2排放量减少13.2亿t，占全世界CO2排放量的6%。随着热泵技术的进一步改进，采用热泵供暖，将有可能使全世界CO2排放量减少16%［1］。因此，热泵技术在建筑节能中有较大的应用空间和应用价值。

本文的研究对象为义乌大酒店暖通及热水改造工程，该改造工程利用空气源热泵对酒店暖通及热水实现了“油改电”。改造后，年节约柴油340 t，年节约贾用100余万元，被列为浙江省电力公司典型节能示范项目。

1　热泵应用系统概况

1.1系统改造前情况

义乌大酒店建筑面积2.4万m2，拥有客房210间/套。该酒店原有螺杆式冷水机组2台，每台功率930 kW，用于夏天制冷；溴化锂直燃机2台，燃料为柴油，每台功率1 000 kW，用于冬季采暖；另有柴油蒸汽锅炉2台，每台1.5 t/h，用于制取热水。酒店能源消耗量和燃油贾用都非常高，2013年耗油量为340 t，按目前油价7 800元/t计算，每年仅油贾的支出就为265.2万元。酒店的溴化锂空调系统已使用12年，溴化锂机组和附属设备效率明显下降。目前该机组的效率约为原来的60%～70%，且机组的故障率增加，在供冷期负荷较大时一旦有一台主机发生故障，则将无法保证酒店的正常供冷需求；同时随着溴化锂系统的运行效率下降，其耗能越来越大，运行贾用也在日益增加。

1.2热泵系统改造应用情况

（1）热水系统

根据浙江义乌气候环境，按照温度7℃选型，使用5台64 kW热泵热水机组，替代原2台1.5 t/h柴油蒸汽锅炉，以满足热水需求。热泵热水机组放置在主楼楼顶，与原有10 t保温水箱连接循环加热，再在锅炉房增加1个60 t不锈钢保温水箱。同时考虑到当环境温度低于5℃时，热泵制热量衰减，同时机组出水温度也会略有下降，为保证在环境温度为-5℃时仍能满足热水的生产要求，系统配备60 kW辅助电加热对其进行升温。

（2）采暖系统

根据义乌气候环境，按环境温度2℃选型，采用10台额定制热量112 kW模块式风冷冷热水机组，总制热容量1 120 kW，替代原溴化锂柴油直燃机组。该模块式风冷冷热水机组为冷暖两用型，可切换到模块式风冷冷热水机组完成制冷功能。机组放置在主楼楼顶。冷却水（冷冻水）管路接入地下层的分集水器。风冷冷热水机组与末端管网循环，为末端提供采暖循环水或冷冻循环水。根据使用侧供回水总管的温差和流量，由机组自动开启或关闭主机数量。

2　系统节能与环保效益评价

2.1系统节能评价方法

常用的能源评价方法包括能源利用效率评价、经济效益评价等方法。能源利用效率评价侧重在能源的高效转化及充分利用上；经济效益评价需要考虑节能技术所付出的代价及其节能所带来的效益［2］。其中能源利用效率评价法较为直观，本文采用能源利用效率评价法进行多方案对比评价。

以采用空气源热泵为冷热源的酒店为研究对象，将这种形式的全年运行能耗与其他常用空调热水方案进行比较，包括空气源热泵机组、冷水机组与消耗不同燃料的锅炉的组合。各方案如表1所示。

表1　常用空调热水方案

2.2系统评价的边界条件

目前建筑设备的热源主要有燃煤、燃气、燃油锅炉，冷源一般是各种冷水机组，空调机组等，另外还包括冷热源一体化设备，如：空气源热泵、地源热泵等。下面通过对义乌大酒店空调及热水系统改造方案与另外几种常用的空调热水方案进行比较，来分析空气源热泵的应用优势。

柴油、天然气等各种能源的热值和设备的热效率如表2所示。由于方案B、方案C中空调冷源均为冷水机组，因此表2中仅包含制备热水的设备和所用能源，冷水机组耗电另计。同时，为了便于不同方案的能耗比较，将各种能源按照其热值折算成标准煤，标准煤的理论热值在表2中给出了折标系数。由于电能为二次能源，其当量折标系数即理论热值与标煤热值之比，等价折标系数为电能的等价热值与标准煤的热值之比，在实际计算比较时，后者更具参考价值，因此本文的计算采用等价折标系数。

表2　常用能源热值与效率

2.3系统能源利用效率评价

根据表2分别计算各方案的年运行能耗。由于方案A为工程实际采用的方案，方案B是酒店改造前使用的方案，方案C为假设的方案，因此只能在方案A和方案B的基础上来计算方案C的年运行能耗。

方案A：一年四季采用空气源热泵制冷供暖及提供热水。根据酒店实际运行情况，制冷4个月平均每天耗电约4 300 kWh，总耗电51.6万kWh，热水包含在内。供暖4个月平均每天耗电5 200 kWh，热泵机组供暖的同时产生热水，热水贾用包含在内，供暖总耗电62.8万kWh，其中还包括冬天开启辅助电加热的耗电量。过渡季节只需要热水不需要冷暖空调，空气源热泵热水机组就能满足酒店每天60 t左右的热水需求量，平均每天热水系统（含水泵等辅助设备）的全部耗电量约500 kWh，4个月总耗电量为6万kWh。全年耗电量为120.4万kWh，按照等价折标系数，换算成标准煤是486 t。

方案B：同样采用冷水机组提供冷量。夏天制冷时酒店采用冷水机组提供冷量，冬天供暖采用燃油锅炉作为热源，一年四季使用的热水均由燃油锅炉提供。按照酒店改造前3年能源消耗的平均值，夏季制冷耗电52万kWh，水泵等辅助设备年均耗电28.3万kWh，总耗电量为83.3万kWh。冷水机组和辅助设备年耗电折算成标准煤336 t。同时，根据近3年年均所需柴油340 t，折算成标准煤是495.4 t。则全年总能耗为834.4 t。

方案C：消耗能源为天然气，计算方法与方案B相同。采暖和热水所需折合天然气3.8×105 Nm3，折算成标准煤896.3 t。再加上制冷能耗336 tce，方案C的全年总运行能耗为815 tce。

按表2得到各方案的全年运行能耗如表3所示。由表3可以看出，方案A采用空气源方式运行能耗最少，换算成等价标准煤，空气源方案仍为最节能的热水及热量供应方式。

表3　各方案年运行能耗比较

2.4系统污染物排放评价

目前我国燃煤发电占70%以上，燃煤产生的污染物主要有烟尘、CO2、SO2、NOx，这些污染物对人类产生的影响很大。其中SO2是形成酸雨主要原因，严重危害生态环境；CO2是使全球变暖的罪魁祸首；烟尘则危害人类以及各种动植物的健康［3］。假设锅炉的热效率为90%，脱硫、热电转换和输送综合效率为0.3，除尘效率为93%，根据文献［3］，计算得出各种能源单位标准煤的烟尘、NOx、SO2、CO2的排放量，然后再得到各种能源方案的污染物排放量，如表4所示。

表4　消耗单位能源的污染物排放量t

从排放量上看，3种方案排放量具有较大差别。改造后的方案A与改造前的方案B相比较，空气源热泵全年的CO2减排量达到了871 t。与燃气锅炉相比，CO2减排更明显，NOx减排量也较为明显，但是烟尘和SO2减排有差距。以上的计算比较中，电能采用的是火力发电，如果是清洁能源发电，如：核电、水力发电、太阳能光伏发电和风力发电等，则空气源热泵的环保效益将具有明显竞争力。

大气污染物的排放是环境税组成的重要部分之一。当前部分发达国家已开始征收环境税，包括二氧化硫税、噪声税、水污染税、垃圾税和固体废物税等。我国也已经在为征收环境税作准备。在我国开始征收环境税后，以上几种方案的经济性将会产生一定的变化，其中由于空气能热泵的节能特性以及环保效益情况，在碳税开征后，经济效益将更为明显。

3　结论

本文通过对义乌大酒店基于热泵的暖通及热水改造工程分析，对比改造前和改造后的实际效果，以及通过与燃气锅炉进行比较，分析了该工程的节能及环保效益情况，得出以下结论：①空气源热泵系统在既有建筑的节能改造应用中，节能效果明显，具有较强的推广示范应用效果；②空气源热泵系统在实际工程的应用中，CO2减排量大，环保效益明显；③本工程生活热水系统具有很好的经济性、节能性，尤其在国家要求节能减排的今天，值得大力推广，并对实际工程的应用具有一定的指导意义。D

［1］马最良.热泵技术助推我国绿色建筑发展［J］.制冷与空调，2013（13）：11-14.

［2］朱汉宝，周亚素.地源热泵与风冷热泵的技术经济性能比较［J］.可再生能源，2006（5）：86-89.

［3］狄向华，聂祚仁，左铁镛.中国火力发电燃料消耗的生命周期排放清单［J］.中国环境科学，2005，25（5）：632-635.

Analysis of air-source heat pump system energy-saving

SU Hai-zhi1，FENG Zhu-jian2
（1.Jinhua Power Supply Company，Jinhua 322000，China；2.Yiwu Power Supply Company，Jinhua 322000，China）

将义乌大酒店热泵暖通及热水改造工程与其他几种常规能源的系统做了对比，详细分析空气源热泵应用的节能效益和环保效益。经分析研究得出：采用空气源热泵系统后，整个系统运行贾用最低，各种污染物排放量最少。热泵空调系统应用对于推动既有建筑节能改造具有重要意义，值得大范围推广。

空气源热泵；节能评价；环保效益评价

By analysis of the air conditioning system and hot water system in the Yiwu hotel based on air-source heat pump，this paper introduced the energy-saving and conservation benefit of the air-source heat pump system and compared with some conventional scheme from energy conservation.The use of heat pump in hotel building is feasible in environmental protecting aspects and has obvious energy saving effect.

air-source heat pump；energy-saving evaluation；environmental protection evaluation

F407.61；TU831.7

B

2014-11-13