党正伟(大同煤矿集团轩岗煤电公司，山西 忻州 034110)

1 主要研究的目的与意义

研究目标是空气源热泵能力是否能满足职工澡堂洗浴的加热需求。

研究内容：(1)职工澡堂所需供热水量。(2)空气源热泵的机组运行工况。(3)空气源热泵机组参数。(4)空气源热泵温度变工况参数。(5)设备功率。(6)热负荷的计算。(7)空气源热泵机组的弊端及解决办法。

通过以上探究内容来确定空气源热泵的供热能力是否能满足职工澡堂洗浴热水的需求以及确定空气源热泵的选型方案。

2 空气源热泵技术的特点及优势

空气源热泵是当今世界上最先进的产品之一，该产品以制冷剂为媒介，制冷剂吸收空气中的能量，再经压缩机压缩制热后，通过换热装将热量传递给水，来制取热水，热水通过水循环系统送入储存水箱，利用循环泵直接用于热水供应。

这一产品具有的特点有： (1)宽广的适用范围，可在-35℃环温时稳定制热运行。(2)温湿度智能除霜技术，达到国际领先水平。 (3)主辅路双电子膨胀阀节流，精确控温，运行更节能，达到国际先进水平。(4)远程监控，无人值守。(5)环保冷媒，低碳节能。采用高效翅片换热器及高效低噪声轴流风机。(6)变频控制，冬季可以根据自身运行情况进行逐台除霜。综合以上优点，我矿决定采用空气源热泵为澡堂提供洗浴热水。

3 方案设计

(1)项目名称：焦家寨矿空气源热泵加热系统的应用

(2)项目需求概况：每天供1200 人洗澡，分三班，(早班：24:00-8:00，中班：8:00-16:00,晚班：16:00-24:00)，早班400 人，中班500 人，晚班300 人；留30 人余量，包括上级检查及其他人员洗澡。泡池水容量：澡堂共计8 个池子，每个池子15 立方，需求温度≤45℃；淋浴需求水量：每天需要20 吨水，热水温度≤50℃；每班需求最大水量140 吨计算，现有蓄热水箱容积150m3可满足热水使用需求。

(3)设计要求：通过空气源热泵运行满足全年制热水洗浴的需求。

(4)热负荷的计算：本设计方案中，要求利用空气源热泵机组将150m3蓄热水箱冷水加热至45℃以上，超低温空气源热泵机组出水温度最高可达60℃，因此完全满足使用需求；

集中热水供应系统的设计小时耗热量计算如下：

式中：Qh为设计小时耗热量(W)；qrt为设计小时热水量(L/h)；C为水的比热[J/(kg·℃)]，取C=4187J/(kg·℃)；ρ为水温为trc时的热水密度(kg/L)，可近似取ρ=1；trc为加热设备出口热水温度(℃)；tL为冷水计算温度(℃)。

现设计每小时加热18.75 吨冷水(利用8 个小时加热150m3冷水)，冷水温度15 度，加热到45 度，计算每小时耗热量：

根据总热负荷的需求量综合考虑，采用贝莱特超低温空气源热泵LSQWRF160M-GPHEA 型号的机组，单台机组名义制热量272kW，功率47.8kW(环境干球温度7℃时制热工况)，因考虑机组在低环温情况下会产生制热衰减，综合考虑选用5 台机组，当环境温度高于-12℃时开启2 台机组即可，当环温低于-12℃时需开启全部机组满负荷运行。

注明：LSQWRF160M-GPHEA 型号机组为高温出水、超低温运行机组，运行极限最低温度为-30℃，出水最高温度为65℃。

(5)机组运行工况：全年制取生活热水时，主机需采用超低温、高温出水模块式空气能热泵机组，型号为LSQWRF160MGPHEA。

此设备在实际运行中，实测数据为：单机组平均制热量272kW，最低制热使用环境极限温度-30℃左右。设定室外温度在35℃至-12℃区间，出水温度达到45℃的条件下，单机组出水量约为：7.79 吨/小时。

当环境温度在-12℃至-20℃区间时，主机制热能力会产生相对应的衰减，根据实际检测数据，估算制热功率会衰减至60% (即：制热量约为：163kW)。则单机组55℃出水量约为：4.67 吨/小时。

当环境温度在-20℃至-30℃区间时，主机制热能力会产生相对应的衰减，根据实际检测数据，估算制热功率会衰减至50% (即：制热量约为：136kW)。则单机组55℃出水量约为：3.89 吨/小时。

当环境温度到达-30℃及以下时，主机制热能力几乎丧失，只能依靠电辅助设备进行当前水温状况保温。

(6)设备功率

①设备机组共计5 台，满负荷制热量为：1360kW(环境干球温度7℃时制热工况)，设备机组总功率为：382.4kW。

②外网设备：两台制热系统循环水泵，一用一备，单台循环泵的功率为：22kW。

③本工程内所有设备满负荷运行时总功率为：404.4kW。

4 空气能热水中心机组工作原理

空气能源热泵热水机组可吸收空气中的热量，以制冷剂为媒介，通过制冷剂状态、温度的变化和压缩机压缩制取热量，通过换热装置将热量传递给水，使水的温度升高，升高温度的水通过水循环系统送入蓄水水箱，再根据需用由循环泵向用户输送热水供应。

注：能源价格：民用电费：0.67 元/度。商用电费：0.90 元/度。煤：400 元/吨。设在相同条件下1000kg 生活用水进行加热，水温从15℃升至55℃ ，升高40℃，加热热水所需热量：1000kg× 40℃×1Kcal/kg·℃＝40000KcaI。

从以上可以看出：空气源热泵热水器相对于太阳能热水器有无运行费用、不受天气运行的优势；相对于燃煤锅炉，更有环保、安全可靠的优势。因此，空气源热泵不仅能够节能减排、保护环境，更能够为企业带来可观的经济效益。

5 各种热水器相关性能比较及经济社会效益

见表1。

注：能源价格：民用电费：0.67 元/度。商用电费：0.90 元/度。煤：400 元/吨。设在相同条件下1000kg 生活用水进行加热，水温从15℃升至55℃ ，升高40℃，加热热水所需热量：1000kg× 40℃×1Kcal/kg·℃＝40000KcaI。

从表1 可以看出：空气源热泵热水器相对于太阳能热水器有无运行费用、不受天气运行的优势；相对于燃煤锅炉，更有环保、安全可靠的优势。因此，空气源热泵不仅能够节能减排、保护环境，更能够为企业带来可观的经济效益。

表1 加热1000kg热水费用对比(温升40°C)

图1

6 空气能热泵供热系统原理图

自空气能热泵热水系统在焦家寨矿安装调试使用后，供热水系统运行正常，停用了工业广场20T 燃煤锅炉，可以节约燃煤量每月3000 吨。锅炉房附近煤场进行了彻底清理整治，锅炉房周围环境得到了明显改善，排污减小，工业场区面貌有了较大的改观。空气能热泵热水系统的使用，在集团公司内部具有积极的推广意义，必将在今后的生产实践中体现其良好的价值，见图1。