水源热泵系统在工业余热回收中的应用

文_ 胡茂辉 泰安高新区神华环保节能有限公司 侯淑娟 泰安市经济和信息委员会

水源热泵具有高效节能、属可再生能源利用技术、节水省地、环保效益显著、运行稳定可靠，维护方便等优点。水源热泵技术近几年应用较为广泛，本文结合水源热泵在某玻纤企业的应用，分析水源热泵技术在实际应用中经济性、可靠性、节能性及注意事项。

1 项目概述

某玻纤企业有职工浴室三个，浴室每天开放时间为：8：00- 9：00、16：00-17：30、24：00-1：00，目前共有86个淋浴器，使用蒸汽加热。同时厂区内有制氧站冷却循环水，该余热水冬季温度为26℃，夏季温度为35℃，流量为1200m3/h。

根据以上条件，可利用水源热泵技术，通过提取制氧站冷却循环水的余热，为企业浴室提供45℃的洗浴热水。

2 水源热泵机组选型及热负荷计算

企业浴室淋浴器86个及预留淋浴器20个（考虑浴室扩建）加起来共106个。根据《建筑给排水设计手册》，每个淋浴器的最大小时用水量为540l/h，则，106个淋浴器的最大小时用水量为57.24m3/h。

同时，根据每天三个使用时间段中16：00-17：30的连续使用时间最长，为1.5h，该时间段的用水量为1.5h×57.24m3/h=85.86m3。

由于每个用水时段间隔时间为7h，考虑设备检修等问题，时间间隔按5h计算，则每小时需要加热的热水量为85.86m3÷5h=17.172m3/h。

设定自来水初始温度为5℃，17.172m3/h的自来水首先经过一个板式换热器，使自来水与制氧站余热水进行热交换，自来水温度由5℃加热到15℃，板换面积约为10m2。

15℃的自来水补到热水储箱中，再由水源热泵进行加热到45℃，则水源热泵的负荷为：17.172×(45－15)×1.163=599kW。

因此，满足企业浴室和预留淋浴器洗浴热水的用水量，需选用SM-300WK型水源热泵机组3台，总制热功率660kW，输入功率116.1kW。

同时，设计4个22.5m3的圆形热水储水箱，储存热泵机组制取的洗浴热水，以便在洗浴时段，用水箱中的水来满足洗浴要求。

企业制氧站工业冷却水每小时可提供的水量为1200m3/h。经分析，本方案考虑制取洗浴热水时，水源热泵需要利用的工业冷却水的量为168m3/h，温降5℃。并且系统采用与冷却塔并联方式，即保证了制氧站冷却水的水温与流量的稳定，又能买足水源热泵需求。

图1 系统工艺流程图

表1 水源热泵与其他热源费用比较

3 系统工艺流程

项目为改造工程，需在对原有系统影响最小的情况下进行改造。热泵系统与原有冷却水系统采用并联方式，保证了水源热泵系统进水温度，并且实现了与冷却塔同样的温降，确保了原有工艺的稳定性。系统流程见图1。

4 经济效益分析

4.1 水源热泵制取热水运行费用

对于全年制取洗浴用生活热水系统，其运行费用如下：

热水系统运行1小时消耗电量：(116.1＋7.5＋5.5)×1=129.1kWh；

热水系统运行1小时电费价格：129.1 kWh×0.67元/ kWh=86.497元；

热水系统运行1小时制取的热水量：660×0.86÷(45-15)×1=18.92m3；

全年制取1t热水的费用为：86.497÷18.92=4.57元/m3。

上述计算中，电费按照0.67元/kWh计算，按照将自来水由15℃加热到45℃所计算的热水费用（自来水5℃，利用换热器提升到15℃）。此外，水源热泵输入功率116.1kW，循环水泵5.5 kW，供水泵7.5 kW。

4.2 费用比较

从表1可以看出，与蒸汽系统比较使用水源热泵系统每年节约费用：

（11-4.57）元/m3×57.24 m3×3.5h×365天=47万元/a。

5 结束语

系统设计时均取热负荷最大值，并且洗浴热水的温度考虑到管道温降按45℃设计，根据实际运行情况，将水箱温度设定在39℃即能满足使用要求，实际耗电量比理论值小，实际节能效果较好。

系统采用全自动控制，并在企业成功运行，运行情况良好，完全满足职工洗浴要求。水源热泵系统在满足使用功能的同时具有良好经济效益与社会效益，在国家经济转型强调节能减排的前提下，具有很好的推广和借鉴意义。