关于公共建筑中空气源热泵系统节能效果的研究

蒋丹萍

摘 要：本文通过对空气源热泵系统在公共建筑热水设计中的应用，以及空气源热泵系统与其他加热方式的比较，对空气源热泵的节能效果进行了研究和探讨。

关键词：燃气热水器 ；空气源热泵系统；加热方式特点；运行成本

1 引言

随着国内节能减排压力的不断加大，节能内容成为重中之重。在设计行业中，不管是住宅还是公共建筑，给排水专业从前几年的太阳能，到这几年热门的空气源热泵都已成为必须设施。在实际工程中，选取空气源热泵还是常规加热方式，空气源热泵是否真的达到了节能的目的，本文从这个方面出发，通过对具体的公共建筑项目设计进行了调研分析。

2 空气源热泵系统特点

2.1 绿色环保

产品采用干净能源，无废气污染，无可燃烧排放物，无有毒气体排放，保持清净环境。

2.2 高效节能、安装简便

产品消耗少量电能，吸收利用空气中大量免费热能（可再生资源），集热效率高、运行成本低、节省了75%电费。产品可直接安装于室外设备平台，安装方便简单。

2.3 全天候使用、适用范围广

不受夜晚、阴雨天气影响，一年四季全天候供应热水。可满足家庭、别墅、学校、宾馆等场所热水需求。

3 循环型热泵热水机组原理

当水箱水位高于设定水位，而水温低于循环设定温度，机组便会自动进入循环加热模式。热水循环泵开启，水被加热（温升5℃左右）进入水箱，直至水箱温度达到设定温度停机。

4 热水设计

本文通过对宁波市某酒店改造项目的热水设计，酒店热水为改造，且边营业边改造，酒店热水产品及系统考虑运行节能，安装维护简单，同时兼顾舒适；酒店原设备机房在地下室，改造时搬运比较麻烦，则设备建议放置三层裙房屋面，露天室外放置；根据现场勘查、使用意图和业主要求，酒店热水设计可以选用空气源热泵带水箱系统或容积式燃气热水器直供系统，现针对此项目的热水设计来具体分析比较。

4.1 项目需求情况

项目概况：酒店总床位数为110间

供水时间：24h

4.2 室外氣象条件

冬季室外计算相对湿度：70%；冷水计算温度20℃，冷水最低温度15℃；热水计算温度：55℃；环境温度：最低不低于5℃。

4.3 最高峰小时生活热水用水量计算

客房按标准间计算，则取110房间的人数为m=2×110=220，小时变化系数Kh=2.9，热水定额由经验取[qr]=160L/人.d （60℃），T=24。

4.4 客房热水设备选型

4.4.1 燃气热水器

本次设计选用了单台输入功率为99kW，热效率为88%，容积为379L商用型容积式燃气热水炉。台数n=247÷99=2.5，选取3台，则总负荷为：297kW，总内胆水容积为1137L。

选型调峰校核：半容积式热水器储水容积满足酒店15分钟调峰，最大小时用水4253L：则15分钟水量为1063L，379×3=1137L>1063L，因此，选用3台商用容积式室外型燃气热水器并联直供，能满足酒店生活热水满负荷运行的要求。

4.4.2 空气源热泵热水机组

全天用水量L=220×160=35200L

热泵工作时间取12小时 Q=35200×（55-5）/860/12=170.5kW

本次设计选择单台额定制热量38.5KW，额定输入功率9.2kW空气源热泵机组4台。辅助热源取总功率的30%，即50kW考虑，可选择水箱电加热或燃气热水器。

热泵配套水箱计算：本项目为酒店，水箱储水量为最大小时用水量的2-4倍，此处取4小时，则热泵配套水箱容积V=4253×4=17012L，取整20吨。

4.5 不同加热方式比较

4.5.1 两种加热方式特点比较：

4.5.1.1 燃气热水器

（1）产品效率：88%，与设备出厂及制造有关；（2）使用能源：燃气，需开户；（3）设备占地：5平方；（4）配套水箱：热水器同城并联直供，无需水箱；（5）系统维护：简单，自来水压供水，无需水泵；（6）热水使用：热水供水稳定，温度恒定，使用舒适；（7）系统节能：系统无需水箱，无水箱散热，且可根据入住率等按需输出。

4.5.1.2 空气源热泵机组

（1）产品效率：1.5-4.18，受室外气温影响较大；（2）使用能源：电；（3）设备占地：10平方；（4）配套水箱：20吨（开式）；（5）系统维护：采用开式水箱，热泵与水箱之间需要水泵循环，水箱供水视情况配备水泵；（6）热水使用：开式水箱，造价便宜，热水供水随水压波动较大，舒适的低；（7）系统节能：水箱散热较大，且无论入住率多少都要加热整箱水，系统能耗高。

4.5.2 本次设计向厂家调研了资料，针对两种加热方式初投资进行了比较：

4.5.3 针对本项目产品费用比较（考虑酒店每天100%入住）

酒店每日用热水量按35T/55℃计算；则每天需要热量；夏季：1627kW（进水水温15℃）；春秋季：1831kW（进水水温10℃）；冬季：2035kW（进水水温5℃）空气源热泵平均能效：夏季4；春秋季：3.5；冬季：1.8；热泵系统水箱热损系数：夏季2%；春秋季5%；冬季10%；电价1元/kWh，天然气单价4.54元/m3 。

综上分析比较得：在采用相同品牌的基础上，全部采用空气源热泵设备，系统投资与采用燃气热水器设备系统基本相当；单是从运行费用上比较得，在酒店客房年平均入住率高于74.3%时，采用空气源热泵比较省钱，在低于74.3%时，采用容积式燃气热水器比较省钱。