焦家寨礦空氣源熱泵加熱系統(tǒng)的應(yīng)用

黨正偉(大同煤礦集團(tuán)軒崗煤電公司，山西 忻州 034110)

1 主要研究的目的與意義

研究目標(biāo)是空氣源熱泵能力是否能滿足職工澡堂洗浴的加熱需求。

研究?jī)?nèi)容：(1)職工澡堂所需供熱水量。(2)空氣源熱泵的機(jī)組運(yùn)行工況。(3)空氣源熱泵機(jī)組參數(shù)。(4)空氣源熱泵溫度變工況參數(shù)。(5)設(shè)備功率。(6)熱負(fù)荷的計(jì)算。(7)空氣源熱泵機(jī)組的弊端及解決辦法。

通過(guò)以上探究?jī)?nèi)容來(lái)確定空氣源熱泵的供熱能力是否能滿足職工澡堂洗浴熱水的需求以及確定空氣源熱泵的選型方案。

2 空氣源熱泵技術(shù)的特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì)

空氣源熱泵是當(dāng)今世界上最先進(jìn)的產(chǎn)品之一，該產(chǎn)品以制冷劑為媒介，制冷劑吸收空氣中的能量，再經(jīng)壓縮機(jī)壓縮制熱后，通過(guò)換熱裝將熱量傳遞給水，來(lái)制取熱水，熱水通過(guò)水循環(huán)系統(tǒng)送入儲(chǔ)存水箱，利用循環(huán)泵直接用于熱水供應(yīng)。

這一產(chǎn)品具有的特點(diǎn)有： (1)寬廣的適用范圍，可在-35℃環(huán)溫時(shí)穩(wěn)定制熱運(yùn)行。(2)溫濕度智能除霜技術(shù)，達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。 (3)主輔路雙電子膨脹閥節(jié)流，精確控溫，運(yùn)行更節(jié)能，達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。(4)遠(yuǎn)程監(jiān)控，無(wú)人值守。(5)環(huán)保冷媒，低碳節(jié)能。采用高效翅片換熱器及高效低噪聲軸流風(fēng)機(jī)。(6)變頻控制，冬季可以根據(jù)自身運(yùn)行情況進(jìn)行逐臺(tái)除霜。綜合以上優(yōu)點(diǎn)，我礦決定采用空氣源熱泵為澡堂提供洗浴熱水。

3 方案設(shè)計(jì)

(1)項(xiàng)目名稱(chēng)：焦家寨礦空氣源熱泵加熱系統(tǒng)的應(yīng)用

(2)項(xiàng)目需求概況：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，包括上級(jí)檢查及其他人員洗澡。泡池水容量：澡堂共計(jì)8 個(gè)池子，每個(gè)池子15 立方，需求溫度≤45℃；淋浴需求水量：每天需要20 噸水，熱水溫度≤50℃；每班需求最大水量140 噸計(jì)算，現(xiàn)有蓄熱水箱容積150m3可滿足熱水使用需求。

(3)設(shè)計(jì)要求：通過(guò)空氣源熱泵運(yùn)行滿足全年制熱水洗浴的需求。

(4)熱負(fù)荷的計(jì)算：本設(shè)計(jì)方案中，要求利用空氣源熱泵機(jī)組將150m3蓄熱水箱冷水加熱至45℃以上，超低溫空氣源熱泵機(jī)組出水溫度最高可達(dá)60℃，因此完全滿足使用需求；

集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量計(jì)算如下：

式中：Qh為設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量(W)；qrt為設(shè)計(jì)小時(shí)熱水量(L/h)；C為水的比熱[J/(kg·℃)]，取C=4187J/(kg·℃)；ρ為水溫為trc時(shí)的熱水密度(kg/L)，可近似取ρ=1；trc為加熱設(shè)備出口熱水溫度(℃)；tL為冷水計(jì)算溫度(℃)。

現(xiàn)設(shè)計(jì)每小時(shí)加熱18.75 噸冷水(利用8 個(gè)小時(shí)加熱150m3冷水)，冷水溫度15 度，加熱到45 度，計(jì)算每小時(shí)耗熱量：

根據(jù)總熱負(fù)荷的需求量綜合考慮，采用貝萊特超低溫空氣源熱泵LSQWRF160M-GPHEA 型號(hào)的機(jī)組，單臺(tái)機(jī)組名義制熱量272kW，功率47.8kW(環(huán)境干球溫度7℃時(shí)制熱工況)，因考慮機(jī)組在低環(huán)溫情況下會(huì)產(chǎn)生制熱衰減，綜合考慮選用5 臺(tái)機(jī)組，當(dāng)環(huán)境溫度高于-12℃時(shí)開(kāi)啟2 臺(tái)機(jī)組即可，當(dāng)環(huán)溫低于-12℃時(shí)需開(kāi)啟全部機(jī)組滿負(fù)荷運(yùn)行。

注明：LSQWRF160M-GPHEA 型號(hào)機(jī)組為高溫出水、超低溫運(yùn)行機(jī)組，運(yùn)行極限最低溫度為-30℃，出水最高溫度為65℃。

(5)機(jī)組運(yùn)行工況：全年制取生活熱水時(shí)，主機(jī)需采用超低溫、高溫出水模塊式空氣能熱泵機(jī)組，型號(hào)為L(zhǎng)SQWRF160MGPHEA。

此設(shè)備在實(shí)際運(yùn)行中，實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)為：?jiǎn)螜C(jī)組平均制熱量272kW，最低制熱使用環(huán)境極限溫度-30℃左右。設(shè)定室外溫度在35℃至-12℃區(qū)間，出水溫度達(dá)到45℃的條件下，單機(jī)組出水量約為：7.79 噸/小時(shí)。

當(dāng)環(huán)境溫度在-12℃至-20℃區(qū)間時(shí)，主機(jī)制熱能力會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的衰減，根據(jù)實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)，估算制熱功率會(huì)衰減至60% (即：制熱量約為：163kW)。則單機(jī)組55℃出水量約為：4.67 噸/小時(shí)。

當(dāng)環(huán)境溫度在-20℃至-30℃區(qū)間時(shí)，主機(jī)制熱能力會(huì)產(chǎn)生相對(duì)應(yīng)的衰減，根據(jù)實(shí)際檢測(cè)數(shù)據(jù)，估算制熱功率會(huì)衰減至50% (即：制熱量約為：136kW)。則單機(jī)組55℃出水量約為：3.89 噸/小時(shí)。

當(dāng)環(huán)境溫度到達(dá)-30℃及以下時(shí)，主機(jī)制熱能力幾乎喪失，只能依靠電輔助設(shè)備進(jìn)行當(dāng)前水溫狀況保溫。

(6)設(shè)備功率

①設(shè)備機(jī)組共計(jì)5 臺(tái)，滿負(fù)荷制熱量為：1360kW(環(huán)境干球溫度7℃時(shí)制熱工況)，設(shè)備機(jī)組總功率為：382.4kW。

②外網(wǎng)設(shè)備：兩臺(tái)制熱系統(tǒng)循環(huán)水泵，一用一備，單臺(tái)循環(huán)泵的功率為：22kW。

③本工程內(nèi)所有設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)總功率為：404.4kW。

4 空氣能熱水中心機(jī)組工作原理

空氣能源熱泵熱水機(jī)組可吸收空氣中的熱量，以制冷劑為媒介，通過(guò)制冷劑狀態(tài)、溫度的變化和壓縮機(jī)壓縮制取熱量，通過(guò)換熱裝置將熱量傳遞給水，使水的溫度升高，升高溫度的水通過(guò)水循環(huán)系統(tǒng)送入蓄水水箱，再根據(jù)需用由循環(huán)泵向用戶(hù)輸送熱水供應(yīng)。

注：能源價(jià)格：民用電費(fèi)：0.67 元/度。商用電費(fèi)：0.90 元/度。煤：400 元/噸。設(shè)在相同條件下1000kg 生活用水進(jìn)行加熱，水溫從15℃升至55℃ ，升高40℃，加熱熱水所需熱量：1000kg× 40℃×1Kcal/kg·℃＝40000KcaI。

從以上可以看出：空氣源熱泵熱水器相對(duì)于太陽(yáng)能熱水器有無(wú)運(yùn)行費(fèi)用、不受天氣運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)；相對(duì)于燃煤鍋爐，更有環(huán)保、安全可靠的優(yōu)勢(shì)。因此，空氣源熱泵不僅能夠節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境，更能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

5 各種熱水器相關(guān)性能比較及經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益

見(jiàn)表1。

注：能源價(jià)格：民用電費(fèi)：0.67 元/度。商用電費(fèi)：0.90 元/度。煤：400 元/噸。設(shè)在相同條件下1000kg 生活用水進(jìn)行加熱，水溫從15℃升至55℃ ，升高40℃，加熱熱水所需熱量：1000kg× 40℃×1Kcal/kg·℃＝40000KcaI。

從表1 可以看出：空氣源熱泵熱水器相對(duì)于太陽(yáng)能熱水器有無(wú)運(yùn)行費(fèi)用、不受天氣運(yùn)行的優(yōu)勢(shì)；相對(duì)于燃煤鍋爐，更有環(huán)保、安全可靠的優(yōu)勢(shì)。因此，空氣源熱泵不僅能夠節(jié)能減排、保護(hù)環(huán)境，更能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來(lái)可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

表1 加熱1000kg熱水費(fèi)用對(duì)比(溫升40°C)

圖1

6 空氣能熱泵供熱系統(tǒng)原理圖

自空氣能熱泵熱水系統(tǒng)在焦家寨礦安裝調(diào)試使用后，供熱水系統(tǒng)運(yùn)行正常，停用了工業(yè)廣場(chǎng)20T 燃煤鍋爐，可以節(jié)約燃煤量每月3000 噸。鍋爐房附近煤場(chǎng)進(jìn)行了徹底清理整治，鍋爐房周?chē)h(huán)境得到了明顯改善，排污減小，工業(yè)場(chǎng)區(qū)面貌有了較大的改觀?？諝饽軣岜脽崴到y(tǒng)的使用，在集團(tuán)公司內(nèi)部具有積極的推廣意義，必將在今后的生產(chǎn)實(shí)踐中體現(xiàn)其良好的價(jià)值，見(jiàn)圖1。