关于空气源热泵机组制备集中热水的节能及稳定性分析

摘 要：文章根据工程实例将空气源热泵、燃气、电加热制备热水在运行能耗、投资以及供热稳定性等方面进行对比分析。

关键词：高层宿舍；集中供热；空气源热泵；节能减排

节能减排是我国十一五规划纲要，虽然十一五已经过去，但十二五节能减排面临的形势仍然十分严峻。我国建筑能耗占总能耗的27%以上，而且还在以每年1个百分点的速度增加。所以在新建建筑中尽可能的利用新技术达到节能减排的目的也刻不容缓。文章将分析空气源热泵在宿舍生活区集中供应热水系统的运用，以及对采用空气源热泵、燃气、电制备热水的能耗、投资、供热稳定性方面进行分析。

1 空气源热泵的工作原理

空气源热泵是根据逆卡诺循环原理，采用电能驱动将室外5～15℃空气的热量通过热泵提升到50～55℃供生活热水。热泵从空气中吸取温度为10℃左右的热量通过蒸发器换热将热泵中的液态介质变成气态，气态介质通过压缩机压缩成高压高温气态，进入冷凝器冷凝放热将热量传给生活热水，经放热后的介质变成高压液态再经节流装置膨胀减压成低压液体进入蒸发器重复往返上述过程。

2 空气源热泵在集中供应热水中的运用

该项目位于重庆渝北地区，气象条：年平均温度17.7℃，日平均温度≤+5℃的天数为0天，日平均温度≤+8℃的天数为53天。根据现行规范，属于宜设置辅助热源的，但对气象条件以及职工宿舍的使用段性分析，日平均温度≤+8℃的天数为53天，日期为12.22～02.12，在该段时间内大部分工人已返乡过春节，热水用量会大大减少，所以本工程设计采用不设置辅助加热热源，采用最冷月平均气温7.2℃，作为空气源热泵计算参数。以1#宿舍楼为例：宿舍总人数3288人，主要宿舍类型为8人间和4人间属于有单独卫生间的Ⅲ和Ⅳ宿舍。

3 运行能耗分析

经查阅国内主要空气源热泵厂家的参数数据，分析发现空气源热泵工况均为室外干/湿球温度为20℃/15℃，进水温度15℃，出水温度55℃时，cop取3.5。按Q=365mqC（tr-tl）ρr计算年耗热量Q=1.86×1010KJ按进口热泵的性能计算，需要消耗的能源折合标准煤596.5吨。采用燃气式水加热器时需要折合标准煤717.0吨。采用电加热器时需要折合标准煤2129.9吨。由此可以采用空气源热泵运行能耗最低，比采用燃气水加热器每年节约标准煤120.5吨，比采用电加热器每年节约标准煤1533.4吨。

4 一次性投资造价及运行费用分析

采用空气源热泵、燃气水加热器、电加热器一次性投资比较如表1所示，由表可以在选用相同容积热水贮水箱的情况下，空气源热泵系统的加热设备和第一循环管道造价较高，而电加热的其他设备投入费用较高。从总体一次性投资看，燃气水加热器投资为最低，电加热器投资最高。年运行费用空气源热泵最低，电加热器最高。（如表2所示）

由10年累计成本投入可知，运行时间大于2年后空气源热泵总投入为最少，且随运行时间增长总成本相对于电加热器和燃气水加热器越来越低；当采用燃气水加热器作为辅助热源时，辅助热源运行时间小于1个月时，3年以后累计投入将比单独设置燃气水加热器和电加热器少；当采用燃气水加热器作为辅助热源时，辅助热源运行时间小于3个月时，5年以后累计投入才比单独设置燃气水加热器和电加热器少，总投资节省并不明显。

5 供热稳定性能分析

首先分析空气源热泵供热稳定性，由于空气源热泵的工况数据都在室外干/湿球温度为20℃/15℃，进水温度15℃，出水温度55℃时测定，所以当冬季或最冷月平均气象条件低于工况条件时，设备产热能力要衰减，环境温度为7℃时COP会下降，根据各厂家提供样本的变工况曲线，热泵变工况曲线随环境温度变化平坦的热泵，COP下降幅度较小，降至3.1左右，制热量减少11.4%，热泵变工况曲线随环境温度变化较陡的热泵，COP下降幅度较大，降至2.5左右，制热量减少28.6%，环境温度较低时还会出现结霜问题，影响空气源热泵的使用。总之空气源热泵受环境温度影响较大，供热稳定性差。燃气水加热器只要保证足够的燃气供应，燃气水加热器加热效果最好，升温快，热源稳定，维护成本低，需要设备用房且安装位置受限，必须通风，燃气有泄漏的危险，并有大量废气排出。电水加热器保证足够的电力供应，电水加热器加热效果最好，升温较快，热源稳定，需要设备用房但安装方便安装位置不受限制，维护成本较高，电功率大，供电线路要求高。

6 结束语

空气源热泵制备热水节能且无污染符合国家的节能减排规划，但其供热不稳定导致选用时需要根据当地气象条件来决定是否适合采用空气源热泵。在最冷月平均气温不小于10℃的地区，且极端低温情况天数较少，如我国南方地区，COP在最不利气象条件下仍能达到3.5，适合采用空气源热泵且可不设置辅助加热，也可以保证供热稳定性。节能效果明显，建造及运行成本低。在最冷月平均气温小于10℃大于0℃的地区如中部沿海地区、西南部分地区，空气源热泵在最不利气象条件下制热量会下降，这时需要根据用户需要设置辅助加热。由以上投资与运行费用分析中可知，在运行期较长且制热量不满足用户要求的天数较少的情况下设置燃气热水器作为辅助加热投资与运行费也比直接采用燃气水加热器和电加热器少，采用空气源热泵加热也能达到节能减排的目的。

参考文献

[1]GB50015-2003.建筑给水排水设计规范[S].2009.

[2]GB50736-2012.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[S].

[3]中国建筑设计研究院.建筑给水排水设计手册（上册）.第二版[M].北京：中国建筑工业出版社，2008.