商用空氣能熱泵熱水器冷氣的回收與改造

賴偉彬

（廣東省機(jī)械技師學(xué)院，廣州 510450）

空氣能熱泵熱水器做為節(jié)能產(chǎn)品目前廣泛用于酒店、賓館、學(xué)校等中大型服務(wù)場所制熱水，制熱方式主要有直供式和循環(huán)式兩種。熱泵熱水器在制熱水的過程中通過空氣置換排出大量的冷氣，在這個(gè)過程中冷氣與冷凝熱比在0.7～0.85之間，而這部分冷源都是通過軸流風(fēng)機(jī)直接散到室外。而同時(shí)服務(wù)場所很多都需要冷氣對室內(nèi)降溫，如果采用空氣能熱泵熱水器的冷源來給這部分場所降溫或與建筑物原有制冷設(shè)備聯(lián)合使用，不但不影響熱泵熱水器的安全運(yùn)行，還會(huì)給用戶帶來一定的經(jīng)濟(jì)效益。

1 熱泵熱水器機(jī)組回收冷氣后在供冷時(shí)的參數(shù)情況

以某品牌商用10P循環(huán)式空氣能熱泵熱水器為例，其銘牌制熱量為38kW，額定功率9.3kW，水流量為6.5m3/h，室外風(fēng)量為10000m3/h，配置10噸的循環(huán)保溫水箱。

1.1 機(jī)組產(chǎn)生的制冷量

按制冷工況下運(yùn)行，冷凝熱可達(dá)到制冷量的1.15～1.3倍，可以計(jì)算出制冷量為：

該冷源使用在酒店、賓館等集中供冷的空調(diào)區(qū)域，如果酒店大廳或會(huì)議場所等按國內(nèi)民用建筑的空調(diào)冷負(fù)荷概算指標(biāo)取200W/m2，可以使用在145m2左右的場所。

1.2 設(shè)備可持續(xù)運(yùn)行的工作時(shí)間

按日用熱水量8噸計(jì)算，夏季平均水溫取25℃，水溫加熱到55℃。其日用熱負(fù)荷為：

則熱泵熱水器制熱水的工作運(yùn)行時(shí)間為：

由于酒店或館賓等場所熱水使用時(shí)間主要集中在晚上，所以設(shè)備制熱水時(shí)間可以設(shè)定在白天加熱。同時(shí)白天可以利用設(shè)備運(yùn)行時(shí)所產(chǎn)生的冷氣對大堂、會(huì)議室等場所進(jìn)行集中供冷。

1.3 設(shè)備排風(fēng)時(shí)的風(fēng)速與風(fēng)壓

10P熱泵熱水器機(jī)組的排風(fēng)口直徑一般在0.5～0.7m左右，排風(fēng)量為10000m3/h，風(fēng)壓（靜壓）100～200Pa。則風(fēng)速為：

風(fēng)速靜壓取150Pa，根據(jù)一般情況下按照5～10Pa/m來計(jì)算可以計(jì)算出送風(fēng)的最遠(yuǎn)距離為：

（150-10）÷5=28m。

2 熱泵熱水器機(jī)組冷氣回收改造工藝

2.1 機(jī)組與送風(fēng)方式的聯(lián)接

為了減少空氣能熱泵熱水器的冷氣回收利用的投資成本可以根據(jù)原建筑物空調(diào)設(shè)備使用的情況來制定。一類是原建筑物采用獨(dú)立式分體空調(diào)方式供冷的，回收后的冷氣可以通過非金屬風(fēng)管或柔性風(fēng)管等組件送入大堂或其它空調(diào)使用場所（此種方式不作詳述）；一類是原建筑物采用集中式中央空調(diào)供冷方式的可以將回收后的冷氣引入原有的風(fēng)管配合使用（如圖1）。

熱泵熱水器機(jī)組室外排風(fēng)口一般為圓形，可以采用天方地圓的連接方式，在機(jī)組連接處采用風(fēng)管三通。并在三通處分別安裝電動(dòng)風(fēng)閥（如圖1）。其中風(fēng)閥1通道的冷氣引向大氣排放；風(fēng)閥2通道向室內(nèi)使用場所引入冷氣，并在原設(shè)備風(fēng)管加裝風(fēng)管三通連接和電動(dòng)風(fēng)閥3。

圖1 機(jī)組風(fēng)管連接方式

2.2 控制過程

根據(jù)熱泵熱水器機(jī)組風(fēng)管的連接方式及原空調(diào)設(shè)備送風(fēng)方式的配合使用，可以設(shè)計(jì)一套簡易的控制系統(tǒng)與其配套使用（如圖2）。在空調(diào)使用區(qū)域設(shè)置溫度控制，當(dāng)熱泵熱水機(jī)組運(yùn)行時(shí)斷開電動(dòng)風(fēng)閥1與電動(dòng)風(fēng)閥3，并開啟電動(dòng)風(fēng)閥2，使冷氣從熱泵熱水器機(jī)組出來后由三通進(jìn)入風(fēng)閥2通道引向空調(diào)區(qū)域進(jìn)行降溫，此時(shí)風(fēng)閥1與風(fēng)閥2通道截止，切斷熱泵熱水機(jī)組通向室外大氣的排放，同時(shí)也切斷原空調(diào)設(shè)備供冷通道。當(dāng)空調(diào)區(qū)域達(dá)到設(shè)定溫度后，風(fēng)閥1通道開啟，風(fēng)閥2、風(fēng)閥3通道閉合，此時(shí)熱泵熱水器機(jī)組產(chǎn)生的冷氣流經(jīng)風(fēng)閥1通道排向室外，不影響熱水的繼續(xù)加熱。當(dāng)熱泵熱水器制熱水結(jié)束后（達(dá)到設(shè)定水溫），閥風(fēng)通道1通道開啟，為下次工作做準(zhǔn)備，閥風(fēng)通道3打開、風(fēng)閥2通道截止，此時(shí)室內(nèi)降溫由原有空調(diào)設(shè)備供冷。

圖2 控制流程

3 改造后可能存在的問題

熱泵熱水器改造后可能存在以下幾個(gè)問題需要注意：

一是為了避免影響機(jī)組正常制熱水，回收以后的冷氣只能集中使用，統(tǒng)一溫度控制。故回收后的冷氣對空調(diào)使用場所有一定的局限性，一般只能用在對空氣要求不高且冷氣集中的場所，像酒店大堂、賓館大堂、會(huì)議室等這些需要集中供冷的場所。

二是對于熱水使用量的不確定性，對機(jī)組制熱水時(shí)間有一定的影響，需要在設(shè)備運(yùn)行時(shí)間上作相應(yīng)調(diào)整。

三是機(jī)組安裝的位置與空調(diào)使用場所的距離、環(huán)境可能對回收后的供冷輸送存在一定的問題，距離比較遠(yuǎn)的需要增加離心風(fēng)機(jī)來加大風(fēng)壓，或根據(jù)實(shí)際情況在改造方面做適當(dāng)?shù)恼{(diào)整。

4 經(jīng)濟(jì)性能

熱泵熱水器的冷源回收利用，雖然在使用上有一定的局限性，但對用戶帶來的經(jīng)濟(jì)價(jià)值還是比較可觀的。在改造方面盡量采用簡單的工藝和價(jià)格比較低廉的新型料，如柔性風(fēng)管、或其它非金屬部件。整體成本可以控制在8000～10000元左右，其成本支出主要有其中幾項(xiàng)：電動(dòng)風(fēng)閥（非金屬）直徑φ500-600規(guī)格價(jià)格在150～240元左右，柔性風(fēng)管造價(jià)50～80元/m2含人工，電氣控制800元左右，其它細(xì)費(fèi)按實(shí)際。

改造后帶來的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，例：廣東地區(qū)空調(diào)供冷使用時(shí)間按5個(gè)月計(jì)算，商業(yè)用電1度/元，采用10P的熱泵水器機(jī)組，額定功率9.3KW(按9KW計(jì)算)，制熱水時(shí)間按8小時(shí)計(jì)算，則一年節(jié)省空調(diào)電費(fèi)1×9×8×30×5=10800元。由于制熱水時(shí)間主要在白天,原空調(diào)設(shè)備可以用于晚間的配合使用，由于晚間需要的冷負(fù)荷相應(yīng)減少，也可以適當(dāng)減小設(shè)備的規(guī)格以降低原空調(diào)設(shè)備的采購成本。

5 結(jié)束語

熱泵熱水器冷源的回收利用可以降低用戶對設(shè)備的使用成本，同時(shí)對于改善國家的能源利用狀況具有很重要的實(shí)際意義，其主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1）提高了設(shè)備的利用效率；

2）在回收冷源的同時(shí)減少了對空氣的污染，改善了環(huán)境質(zhì)量；

3）配合我國能源的開發(fā)與節(jié)約的大局勢，有良好的發(fā)展。

在國內(nèi)能源日漸短缺的情況下，大力發(fā)展能源綜合利用系統(tǒng)，也是成為解決能源問題過程中的一個(gè)亮點(diǎn)。