空气源热泵与制冷机组热回收联合作用制取生活热水的节能研究

陈树文

摘 要：以某项目制取生活热水为例，对比分析采用燃气锅炉方案与空气源热泵与制冷机组热回收联合作用制取生活热水方案，从经济上与运行费用上比较，得出了采用空气源热泵与制冷机组联合制取生活热水的经济合理性。

关键词：空气源热泵；热回收； 联合作用； 生活热水

空调制冷机组在制冷时须排放大量的冷凝热，其冷凝热量一般为制冷量的115～13倍。本文以某酒店项目为例，对采用空气源热泵与制冷机组热回收联合作用制取生活热水的方案与采用燃气锅炉制取生活热水的方案，从经济技术指标进行对比分析，探讨采用空气源热泵与制冷机组热回收联合作用制取生活热水方案的节能效果与经济可行性。

一、项目简介

该项目拟采用水冷螺杆式冷水机组在夏季制取空调冷冻水，夏季运行时间按150天计算，每天运行24小时。生活热水全天24小时供应。

二、系统设计原理

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空调制冷机组热回收制取热水

一般的冷凝热回收装置可以回收全部显热和潜热或仅回收显热。一般显热回收时热回收效率低，仅为10%～15%，但是回收的热水温度较高，可达40℃～50℃；而潜热回收时热回收效率高，为100%，但其回收得到的热水温度较低，一般在40℃以下。根据《给排水设计规范》，对于宾馆、酒店，其适宜的热水供水温度应控制在55℃～60℃。相关的研究表明，如回收的热水温度必须达到55℃以上的热水，则必须提高冷凝温度、显著降低水流量才可能达到，且热回收率很低。而提高冷凝温度将降低机组的能效比，增大制冷机组的耗电量。

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热泵机组工作制取热水

从制冷原理分析，对空调制冷机组进行合理的匹配设计并选择合适的部件设计的热泵机组，可以得到较高的出水温度，高能效比的机组在运行时必可显著降低机组的耗能以降低运行费用。

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制冷机组热回收与高温热泵联合作用制取生活热水型式说明

可以采取如下的系统型式制取生活热水：

①空调制冷机组上安装显热回收冷凝器，回收全部显热，采取热水循环加热模式，免费制取45℃的热水。

②将45℃的热水通过水泵送入热泵机组制取55℃热水。

联合作用制取热水的系统原理图见右图。

三、项目经济性分析

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项目主要设备选择

该项目的制冷机组选取2台制冷量为1225kW的带显热回收的水冷螺杆式冷水机组。其技术参数见表1。

同时选取2台制热量为45kW的热泵机组用于将45℃的热水升温至55℃，其技术参数见表2。

由于该项目总制热量要求为370kW，夏季城市自来水温度按照15℃计算，制冷机组热回收装置将自来水从15℃加热至45℃，热泵将45℃的热水加热至55℃。因此，热回收装置

需要回收的热量为2775kW，热泵机组的制热量为90kW。

2运行经济性分析

由于空调制冷机组在夏季制冷季节必须开启，此时可以开启显热回收装置免费制取45℃的热水，然后开启热泵机组消耗少量的电制取55℃的热水，对比其他加热方式，其运行费用见表3。

从表3计算可知，采用带显热回收的冷水机组与热泵联合制取热水的方案与采用燃气锅炉的方案对比，每年可以节约运行费用4503万元。考虑到加装显热回收冷凝器、循环水泵、蓄热水箱、热泵等，需要增加初投资735万元。其投资只需163年即可收回。其效益是非常明显的。

四、总结

通过对比分析，虽然初投资会增加，但运行费用显著降低，且在第2年就可以收回投资。如按机组寿命周期25年计算，其节约的运行费用更加可观。

制冷机组上安装了热回收装置以后，可以减少冷凝热的排放，同时减少了能源的消耗，有利于环境的保护。

在制冷机组不运行的季节，可以利用2台热泵机组与其他加热源如燃气锅炉等加热设备联合制取生活热水；但相比全部采用锅炉制热方案，锅炉的额定制热量可以减少，相对减少部分锅炉的初投资。

如项目需要更多的热量制取生活热水，可以在机组上安装全热回收装置回收全部冷凝热，其运行费用的节约将更为可观。

参考文献：

彦启森，石文星，等空气调节用制冷技术北京：中国建筑工业出版社，2012.

朱德斌，等冷凝热回收热水系统的应用研究建筑热能通风空调，2013（05）：50—53.