利用排風(fēng)廢熱提升空氣源熱泵工作效能的分析及應(yīng)用

文_曾浩然 孫長富

1 深圳市寶鷹建設(shè)集團(tuán)股份有限公司/合縱酒店管理顧問 2 深圳市節(jié)能與資源綜合利用專家聯(lián)合會

近年來，利用空氣源熱泵用于采暖、制冷、制熱水的應(yīng)用越來越廣泛，減少了對煤、油、氣等化石能源的使用，改善了環(huán)境質(zhì)量。通過調(diào)研得知：現(xiàn)有大部分酒店項(xiàng)目及其他民用建筑的室內(nèi)廢熱均直接通過排風(fēng)設(shè)備系統(tǒng)排至室外大氣中，一方面對環(huán)境溫度產(chǎn)生了一些不利影響，同時也導(dǎo)致了熱能的直接流失。通過采取適當(dāng)技術(shù)措施對項(xiàng)目建筑室內(nèi)排風(fēng)廢熱的回收利用，不僅可降低排風(fēng)廢熱對環(huán)境的不良影響，也可減少電能消耗，節(jié)約能源費(fèi)用，提升企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。

1 項(xiàng)目概況

項(xiàng)目酒店建筑位于武漢經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)，建造標(biāo)準(zhǔn)為五星級商務(wù)會議型酒店。酒店總建筑總面積約39100m2，其中地上建筑面積為32000m2，地下建筑面積7100m2（不含停車場面積）。酒店主體建筑結(jié)構(gòu)標(biāo)高為85m，建筑總層數(shù)17層，其中地上16層、地下1層。

酒店主要配套功能區(qū)包括大堂、餐廳、宴會會議、休閑康體等。酒店1～4層為餐飲、宴會會議、休閑康體等公共配套區(qū)，5～16層為客房區(qū)。地下室為酒店后勤配套區(qū)及設(shè)備房，包括350m2洗衣房，為酒店提供布草、制服洗滌、客衣干洗等服務(wù)，洗衣房設(shè)備設(shè)施按24h不間斷運(yùn)營設(shè)計。

2 空調(diào)及生活熱水設(shè)計參數(shù)

2.1 空調(diào)室外計算參數(shù)

冬季空調(diào)室外計算溫度-2.4℃，冬季通風(fēng)室外計算溫度0.1℃，極端最低溫-18.1℃，極端最高溫39.6℃。

2.2 生活熱水

酒店設(shè)置全日制集中熱水系統(tǒng)，空氣源熱泵熱水供量占總熱水用量的100%，生活熱水管道采用同程布置，機(jī)械循環(huán)方式，水加熱器出口溫度50℃，配水點(diǎn)出水溫度不低于45℃，末端出水時間不宜超過5s，最長不得超過10s。

酒店生活熱水最高日用量215m3/d，日平均用水量196m3/d，設(shè)計小時用水量13.38m3/h，小時耗熱量700kW，冷水溫度為5℃，熱水溫度50℃。

采用6臺空氣源熱泵模塊機(jī)組制取生活熱水，熱泵機(jī)組布置于四層裙樓屋面。根據(jù)酒店管理公司要求，設(shè)置一座容量為15m3食品級不銹鋼貯熱水箱，滿足酒店1h熱水用量。生活熱水系統(tǒng)采用閉式系統(tǒng)，與給水系統(tǒng)分區(qū)一致，且同源同壓，以保證水壓、水流的穩(wěn)定性。

3 空氣源熱泵選型依據(jù)

為了節(jié)省投資，合理選取熱泵機(jī)組容量，并確保絕大部分時間段均滿足項(xiàng)目熱水供應(yīng)量，空氣源熱泵的容量選取以滿足環(huán)境溫度-5℃時的制熱量。

根據(jù)某品牌空氣源熱泵機(jī)組技術(shù)參數(shù)手冊，選取6臺規(guī)格型號為“Y130”的模塊式超低溫強(qiáng)熱型空氣源熱泵機(jī)組，標(biāo)準(zhǔn)工況制熱量為130kW，在環(huán)境溫度-5℃時制熱量為122.4kW/臺，該機(jī)組在該地區(qū)極端環(huán)境溫度（-18.1℃）下仍可滿足70%以上的熱負(fù)荷需求?？諝庠礋岜弥茻嵝阅軈?shù)見表1。

表1 空氣源熱泵制熱變工況參數(shù)表

4 室內(nèi)排風(fēng)廢熱與提升空氣源熱泵工作效能分析

根據(jù)以往同類項(xiàng)目經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，酒店洗衣房由于洗衣相關(guān)設(shè)備使用蒸汽量較大，散熱量大，洗衣房內(nèi)溫度常年在28℃及以上，排風(fēng)出口溫度在25℃以上，且排風(fēng)污染較少、空氣質(zhì)量相對較好，如能通過空氣源熱泵對其加以合理利用，不僅可降低排風(fēng)廢熱對環(huán)境溫度的影響，也可提升空氣源熱泵的運(yùn)行效率?？諝庠礋岜弥茻嵝阅芤妶D1。

圖1 空氣源熱泵制熱性能曲線圖（出水溫度50℃）

由表1及圖1可以看出，空氣源熱泵的制熱量及運(yùn)行效率跟環(huán)境溫度密切相關(guān)，在-25～25℃之間，機(jī)組制熱量隨著環(huán)境溫度的上升而增加，當(dāng)出水溫度一定時，機(jī)組的制熱系數(shù)COP值隨著環(huán)境溫度的上升而增大。當(dāng)環(huán)境溫度為-5℃、出水溫度為50℃時機(jī)組制熱量為122.4kW，當(dāng)環(huán)境溫度為25℃、出水溫度為50℃時機(jī)組制熱量為176.8kW，機(jī)組制熱量增加了44.4%，因此可以只需配置更少數(shù)量的機(jī)組便能滿足同樣的制熱量需求。排風(fēng)廢熱對熱泵機(jī)組的裝機(jī)容量與前期投入的作用見表2。

表2 空氣源熱泵機(jī)組排風(fēng)廢熱機(jī)房內(nèi)安裝與常規(guī)安裝對比

由表2可知，如將洗衣房排風(fēng)廢熱排至空氣源熱泵機(jī)房，通過排風(fēng)廢熱提升機(jī)房內(nèi)溫度至25℃及以上，可使機(jī)組安裝數(shù)量由常規(guī)的6臺減少至4臺，減少裝機(jī)功率86.4kW，節(jié)省前期設(shè)備及工程一次性投入費(fèi)用19.2萬元。

空氣源熱泵機(jī)組安裝在排風(fēng)廢熱口機(jī)房內(nèi)與常規(guī)機(jī)房內(nèi)安裝運(yùn)行能耗及費(fèi)用分析比較見表3。

表3 空氣源熱泵運(yùn)行能耗及費(fèi)用對比分析

通過表3對比發(fā)現(xiàn),如將酒店洗衣房排風(fēng)廢熱排入空氣源熱泵機(jī)房，以此提升熱泵工作的環(huán)境溫度，提高機(jī)組的制熱系數(shù)COP值和工作效率，可減少前期裝機(jī)容量達(dá)33%，減少前期投資費(fèi)用19.2萬元（對可靠性要求較高的酒店項(xiàng)目，前期可按常規(guī)配置不考慮前期投資的節(jié)省費(fèi)用），節(jié)省運(yùn)行能耗53270kWh/a，節(jié)約運(yùn)行電費(fèi)61260元/a。

5 結(jié)語

通過分析及測算表明，通過利用酒店室內(nèi)洗衣房排風(fēng)廢熱改善空氣源熱泵在寒冷季節(jié)的運(yùn)行工況，不僅可以提升熱泵工作效率、節(jié)省投資，而且可以減少電能消耗，降低運(yùn)行能耗費(fèi)用，提高項(xiàng)目整體運(yùn)營效益。