高溫水源熱泵在溫泉酒店的應(yīng)用

張海松 許小潔 張路

1奧雅納工程咨詢（上海）有限公司深圳分公司

2上海富田空調(diào)冷凍設(shè)備有限公司

高溫水源熱泵在溫泉酒店的應(yīng)用

張海松1許小潔1張路2

1奧雅納工程咨詢（上海）有限公司深圳分公司

2上海富田空調(diào)冷凍設(shè)備有限公司

以某溫泉度假酒店生活熱水系統(tǒng)為對象，設(shè)計(jì)了3種不同方案，對3種方案進(jìn)行技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性比較分析，并對中選方案進(jìn)行優(yōu)化。

高溫水源熱泵溫泉水優(yōu)化

熱泵技術(shù)作為全世界倍受關(guān)注的新能源技術(shù)之一，以其優(yōu)越的節(jié)能效果，越來越多地被應(yīng)用到實(shí)際工程中。具備可再生低溫能源的地區(qū)可采用熱泵熱水供應(yīng)系統(tǒng)[1]。筆者參與南方某溫泉度假酒店項(xiàng)目的設(shè)計(jì)，為實(shí)現(xiàn)生活熱水貯水溫度65℃，供水溫度60℃的設(shè)計(jì)要求，合適熱源是重要因素。因項(xiàng)目所在地有豐富及合適溫度的水資源，故水源熱泵成為最合適的熱源。本文結(jié)合項(xiàng)目的工程特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了水庫水+常溫水源熱泵+輔助電加熱+間接供水，溫泉水與水庫水熱交換+高溫水源熱泵+間接供水和溫泉水與水庫水混合+高溫水源熱泵+直接供水3種方案[2]，分析比較其技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性，并對設(shè)計(jì)方案進(jìn)行優(yōu)化。

1 方案設(shè)計(jì)

方案一：水庫水+常溫水源熱泵+輔助電加熱+間接供水。系統(tǒng)流程圖如圖1所示。常溫?zé)岜美?4℃的水庫水將自來水提升為55℃的熱水，經(jīng)板換換熱，再由輔助電加熱升溫為65℃進(jìn)入生活熱水箱，最后送至各用水點(diǎn)。

方案二：溫泉水與水庫水熱交換+高溫水源熱泵+間接供水。系統(tǒng)流程圖如圖2所示。14℃的水庫水與50℃的溫泉水通過板換換熱提升到15℃以上，之后經(jīng)高溫?zé)岜脤⒆詠硭嵘秊?8℃的熱水，經(jīng)板換換熱為65℃的熱水進(jìn)入生活熱水箱，最后送至各用水點(diǎn)。

方案三：溫泉水與水庫水混合＋高溫水源熱泵＋直接供水。系統(tǒng)流程圖如圖3所示。14℃的水庫水與50℃的溫泉水混合到15℃以上，之后經(jīng)高溫?zé)岜脤⒆詠硭嵘秊?5℃進(jìn)入生活熱水箱，最后送至各用水點(diǎn)。

2 方案比選

1）技術(shù)分析

方案一與方案二比較：方案一少1組板換，熱泵為常溫型，增加1組輔助電加熱裝置。增加輔助電加熱將增加相應(yīng)用電負(fù)荷、變壓器容量、纜及開關(guān)等相關(guān)電器設(shè)施[3]。因而增加故障點(diǎn)，降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由此可見：方案二優(yōu)于方案一。

方案三與方案二比較：方案三少2組板換及1組水泵。很明顯，方案三系統(tǒng)更簡單，弱電控制點(diǎn)更少，操作更方便。由此可見：方案三優(yōu)于方案二。

從技術(shù)的穩(wěn)定性判斷，方案三最優(yōu)，方案二其次，方案一最差。

2）經(jīng)濟(jì)分析

從初投資成本和年運(yùn)行費(fèi)用兩個方面對3個方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析比較。3種方案的初投資成本及年運(yùn)行費(fèi)用情況分別如表1和表2所示。

由初投資成本和年運(yùn)行費(fèi)用的比較可得：方案三最優(yōu)，方案一其次，方案二最差。

3）綜合技術(shù)及經(jīng)濟(jì)分析：方案三是最佳的選擇。

3 方案優(yōu)化

以本工程為例，制熱量為350kW，在制熱工況下，蒸發(fā)側(cè)與冷凝側(cè)進(jìn)出水均考慮5℃溫差，兩種品牌的熱泵在不同蒸發(fā)側(cè)進(jìn)水溫度與冷凝側(cè)出水溫度下的COP值變化如表3[4]。由表3可得，保持出水溫度恒定，隨著水源側(cè)的進(jìn)水溫度上升，熱泵的能效比均增大。

熱泵機(jī)組水質(zhì)參數(shù)要求如表4，而本項(xiàng)目溫泉水水質(zhì)指標(biāo)檢測結(jié)果如表5。

注：①水質(zhì)指標(biāo)參照《蒸氣壓縮循環(huán)冷水（熱泵）機(jī)組》GB/T 18430.1-2007，附錄冷卻水水質(zhì)。②表中“O”標(biāo)示腐蝕或結(jié)垢傾向的有關(guān)因素。

項(xiàng)目所在地水庫水pH值范圍為6.50～7.78。項(xiàng)目自來水水質(zhì)指標(biāo)硬度為80～90mg/L。通過上述兩表的比較，要實(shí)現(xiàn)最合適的進(jìn)水溫度，須考慮如下因素：

1）pH值的控制。通過不同比例的水庫水和溫泉水混合，利用pH值計(jì)算公式估算并研究混合后pH值的變化情況。pH值與水庫水與溫泉水混合體積比的關(guān)系如圖4所示（V1為水庫水體積，V2為溫泉水體積）。從圖4可以得出，隨著水庫水與溫泉水混合體積比的增大，pH值減小。只要保證水庫水與溫泉水混合體積比大于2，即可把混合后的pH值保持在8.0以下。

2）進(jìn)水溫度的控制。通過不同比例的水庫水和溫泉水混合，估算并研究混合后溫度的變化情況。混合體積比與混合后溫度的關(guān)系如圖5所示。從圖5得出，隨著混合后溫度的升高，所需的溫泉水越大。要保證水庫水與溫泉水混合體積比大于2，則混合后溫泉水溫度不超過26℃。

綜合考慮高溫?zé)岜卯a(chǎn)品設(shè)計(jì)工況、能效比和pH值的影響，可將高溫?zé)岜眠M(jìn)水溫度控制在20℃，即將1體積的溫泉水與5體積的水庫水混合作為高溫?zé)岜谜舭l(fā)側(cè)進(jìn)水。

3）硫離子控制。通過對本項(xiàng)目溫泉水水質(zhì)檢測結(jié)果與高溫?zé)岜脵C(jī)組水質(zhì)指標(biāo)要求進(jìn)行對比，H2S濃度為3.49mg/L存在腐蝕和結(jié)垢的風(fēng)險(xiǎn)?？筛鶕?jù)高溫?zé)岜脵C(jī)組廠家要求，對高溫?zé)岜脵C(jī)組采取防腐防結(jié)垢措施。如機(jī)組換熱管內(nèi)壁可采用SiO2納米涂層技術(shù)，起到防腐及防結(jié)垢的作用。

4 結(jié)論

根據(jù)本項(xiàng)目的實(shí)際情況，通過優(yōu)化水庫水和溫泉水的混合比例，提升高溫水源熱泵蒸發(fā)側(cè)的進(jìn)水溫度，實(shí)現(xiàn)提供高溫?zé)崴肮?jié)能的雙重目的。

[1]建筑給排水設(shè)計(jì)規(guī)范(GB50015-2003)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2003

[2]地源熱泵系統(tǒng)工程技術(shù)規(guī)范(GB50366-2009)[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009

[3]全國民用建筑工程設(shè)計(jì)技術(shù)措施給水排水[S].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2009

[4]熱泵熱水系統(tǒng)選用與安裝(06SS127)[S]

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1003-0344（2014）03-088-3

2013-5-5

張海松（1973～），男，本科，工程師；廣州市天河區(qū)林和西路161號中泰國際廣場A1301（510620）；E-mail:liaowei191@163.com