商用空气能热泵热水器冷气的回收与改造

赖伟彬

（广东省机械技师学院，广州 510450）

空气能热泵热水器做为节能产品目前广泛用于酒店、宾馆、学校等中大型服务场所制热水，制热方式主要有直供式和循环式两种。热泵热水器在制热水的过程中通过空气置换排出大量的冷气，在这个过程中冷气与冷凝热比在0.7～0.85之间，而这部分冷源都是通过轴流风机直接散到室外。而同时服务场所很多都需要冷气对室内降温，如果采用空气能热泵热水器的冷源来给这部分场所降温或与建筑物原有制冷设备联合使用，不但不影响热泵热水器的安全运行，还会给用户带来一定的经济效益。

1 热泵热水器机组回收冷气后在供冷时的参数情况

以某品牌商用10P循环式空气能热泵热水器为例，其铭牌制热量为38kW，额定功率9.3kW，水流量为6.5m3/h，室外风量为10000m3/h，配置10吨的循环保温水箱。

1.1 机组产生的制冷量

按制冷工况下运行，冷凝热可达到制冷量的1.15～1.3倍，可以计算出制冷量为：

该冷源使用在酒店、宾馆等集中供冷的空调区域，如果酒店大厅或会议场所等按国内民用建筑的空调冷负荷概算指标取200W/m2，可以使用在145m2左右的场所。

1.2 设备可持续运行的工作时间

按日用热水量8吨计算，夏季平均水温取25℃，水温加热到55℃。其日用热负荷为：

则热泵热水器制热水的工作运行时间为：

由于酒店或馆宾等场所热水使用时间主要集中在晚上，所以设备制热水时间可以设定在白天加热。同时白天可以利用设备运行时所产生的冷气对大堂、会议室等场所进行集中供冷。

1.3 设备排风时的风速与风压

10P热泵热水器机组的排风口直径一般在0.5～0.7m左右，排风量为10000m3/h，风压（静压）100～200Pa。则风速为：

风速静压取150Pa，根据一般情况下按照5～10Pa/m来计算可以计算出送风的最远距离为：

（150-10）÷5=28m。

2 热泵热水器机组冷气回收改造工艺

2.1 机组与送风方式的联接

为了减少空气能热泵热水器的冷气回收利用的投资成本可以根据原建筑物空调设备使用的情况来制定。一类是原建筑物采用独立式分体空调方式供冷的，回收后的冷气可以通过非金属风管或柔性风管等组件送入大堂或其它空调使用场所（此种方式不作详述）；一类是原建筑物采用集中式中央空调供冷方式的可以将回收后的冷气引入原有的风管配合使用（如图1）。

热泵热水器机组室外排风口一般为圆形，可以采用天方地圆的连接方式，在机组连接处采用风管三通。并在三通处分别安装电动风阀（如图1）。其中风阀1通道的冷气引向大气排放；风阀2通道向室内使用场所引入冷气，并在原设备风管加装风管三通连接和电动风阀3。

图1 机组风管连接方式

2.2 控制过程

根据热泵热水器机组风管的连接方式及原空调设备送风方式的配合使用，可以设计一套简易的控制系统与其配套使用（如图2）。在空调使用区域设置温度控制，当热泵热水机组运行时断开电动风阀1与电动风阀3，并开启电动风阀2，使冷气从热泵热水器机组出来后由三通进入风阀2通道引向空调区域进行降温，此时风阀1与风阀2通道截止，切断热泵热水机组通向室外大气的排放，同时也切断原空调设备供冷通道。当空调区域达到设定温度后，风阀1通道开启，风阀2、风阀3通道闭合，此时热泵热水器机组产生的冷气流经风阀1通道排向室外，不影响热水的继续加热。当热泵热水器制热水结束后（达到设定水温），阀风通道1通道开启，为下次工作做准备，阀风通道3打开、风阀2通道截止，此时室内降温由原有空调设备供冷。

图2 控制流程

3 改造后可能存在的问题

热泵热水器改造后可能存在以下几个问题需要注意：

一是为了避免影响机组正常制热水，回收以后的冷气只能集中使用，统一温度控制。故回收后的冷气对空调使用场所有一定的局限性，一般只能用在对空气要求不高且冷气集中的场所，像酒店大堂、宾馆大堂、会议室等这些需要集中供冷的场所。

二是对于热水使用量的不确定性，对机组制热水时间有一定的影响，需要在设备运行时间上作相应调整。

三是机组安装的位置与空调使用场所的距离、环境可能对回收后的供冷输送存在一定的问题，距离比较远的需要增加离心风机来加大风压，或根据实际情况在改造方面做适当的调整。

4 经济性能

热泵热水器的冷源回收利用，虽然在使用上有一定的局限性，但对用户带来的经济价值还是比较可观的。在改造方面尽量采用简单的工艺和价格比较低廉的新型料，如柔性风管、或其它非金属部件。整体成本可以控制在8000～10000元左右，其成本支出主要有其中几项：电动风阀（非金属）直径φ500-600规格价格在150～240元左右，柔性风管造价50～80元/m2含人工，电气控制800元左右，其它细费按实际。

改造后带来的经济价值，例：广东地区空调供冷使用时间按5个月计算，商业用电1度/元，采用10P的热泵水器机组，额定功率9.3KW(按9KW计算)，制热水时间按8小时计算，则一年节省空调电费1×9×8×30×5=10800元。由于制热水时间主要在白天,原空调设备可以用于晚间的配合使用，由于晚间需要的冷负荷相应减少，也可以适当减小设备的规格以降低原空调设备的采购成本。

5 结束语

热泵热水器冷源的回收利用可以降低用户对设备的使用成本，同时对于改善国家的能源利用状况具有很重要的实际意义，其主要体现在以下几个方面：

1）提高了设备的利用效率；

2）在回收冷源的同时减少了对空气的污染，改善了环境质量；

3）配合我国能源的开发与节约的大局势，有良好的发展。

在国内能源日渐短缺的情况下，大力发展能源综合利用系统，也是成为解决能源问题过程中的一个亮点。