利用排风废热提升空气源热泵工作效能的分析及应用

文_曾浩然 孙长富

1 深圳市宝鹰建设集团股份有限公司/合纵酒店管理顾问 2 深圳市节能与资源综合利用专家联合会

近年来，利用空气源热泵用于采暖、制冷、制热水的应用越来越广泛，减少了对煤、油、气等化石能源的使用，改善了环境质量。通过调研得知：现有大部分酒店项目及其他民用建筑的室内废热均直接通过排风设备系统排至室外大气中，一方面对环境温度产生了一些不利影响，同时也导致了热能的直接流失。通过采取适当技术措施对项目建筑室内排风废热的回收利用，不仅可降低排风废热对环境的不良影响，也可减少电能消耗，节约能源费用，提升企业经济效益。

1 项目概况

项目酒店建筑位于武汉经济开发区，建造标准为五星级商务会议型酒店。酒店总建筑总面积约39100m2，其中地上建筑面积为32000m2，地下建筑面积7100m2（不含停车场面积）。酒店主体建筑结构标高为85m，建筑总层数17层，其中地上16层、地下1层。

酒店主要配套功能区包括大堂、餐厅、宴会会议、休闲康体等。酒店1～4层为餐饮、宴会会议、休闲康体等公共配套区，5～16层为客房区。地下室为酒店后勤配套区及设备房，包括350m2洗衣房，为酒店提供布草、制服洗涤、客衣干洗等服务，洗衣房设备设施按24h不间断运营设计。

2 空调及生活热水设计参数

2.1 空调室外计算参数

冬季空调室外计算温度-2.4℃，冬季通风室外计算温度0.1℃，极端最低温-18.1℃，极端最高温39.6℃。

2.2 生活热水

酒店设置全日制集中热水系统，空气源热泵热水供量占总热水用量的100%，生活热水管道采用同程布置，机械循环方式，水加热器出口温度50℃，配水点出水温度不低于45℃，末端出水时间不宜超过5s，最长不得超过10s。

酒店生活热水最高日用量215m3/d，日平均用水量196m3/d，设计小时用水量13.38m3/h，小时耗热量700kW，冷水温度为5℃，热水温度50℃。

采用6台空气源热泵模块机组制取生活热水，热泵机组布置于四层裙楼屋面。根据酒店管理公司要求，设置一座容量为15m3食品级不锈钢贮热水箱，满足酒店1h热水用量。生活热水系统采用闭式系统，与给水系统分区一致，且同源同压，以保证水压、水流的稳定性。

3 空气源热泵选型依据

为了节省投资，合理选取热泵机组容量，并确保绝大部分时间段均满足项目热水供应量，空气源热泵的容量选取以满足环境温度-5℃时的制热量。

根据某品牌空气源热泵机组技术参数手册，选取6台规格型号为“Y130”的模块式超低温强热型空气源热泵机组，标准工况制热量为130kW，在环境温度-5℃时制热量为122.4kW/台，该机组在该地区极端环境温度（-18.1℃）下仍可满足70%以上的热负荷需求。空气源热泵制热性能参数见表1。

表1 空气源热泵制热变工况参数表

4 室内排风废热与提升空气源热泵工作效能分析

根据以往同类项目经验数据，酒店洗衣房由于洗衣相关设备使用蒸汽量较大，散热量大，洗衣房内温度常年在28℃及以上，排风出口温度在25℃以上，且排风污染较少、空气质量相对较好，如能通过空气源热泵对其加以合理利用，不仅可降低排风废热对环境温度的影响，也可提升空气源热泵的运行效率。空气源热泵制热性能见图1。

图1 空气源热泵制热性能曲线图（出水温度50℃）

由表1及图1可以看出，空气源热泵的制热量及运行效率跟环境温度密切相关，在-25～25℃之间，机组制热量随着环境温度的上升而增加，当出水温度一定时，机组的制热系数COP值随着环境温度的上升而增大。当环境温度为-5℃、出水温度为50℃时机组制热量为122.4kW，当环境温度为25℃、出水温度为50℃时机组制热量为176.8kW，机组制热量增加了44.4%，因此可以只需配置更少数量的机组便能满足同样的制热量需求。排风废热对热泵机组的装机容量与前期投入的作用见表2。

表2 空气源热泵机组排风废热机房内安装与常规安装对比

由表2可知，如将洗衣房排风废热排至空气源热泵机房，通过排风废热提升机房内温度至25℃及以上，可使机组安装数量由常规的6台减少至4台，减少装机功率86.4kW，节省前期设备及工程一次性投入费用19.2万元。

空气源热泵机组安装在排风废热口机房内与常规机房内安装运行能耗及费用分析比较见表3。

表3 空气源热泵运行能耗及费用对比分析

通过表3对比发现,如将酒店洗衣房排风废热排入空气源热泵机房，以此提升热泵工作的环境温度，提高机组的制热系数COP值和工作效率，可减少前期装机容量达33%，减少前期投资费用19.2万元（对可靠性要求较高的酒店项目，前期可按常规配置不考虑前期投资的节省费用），节省运行能耗53270kWh/a，节约运行电费61260元/a。

5 结语

通过分析及测算表明，通过利用酒店室内洗衣房排风废热改善空气源热泵在寒冷季节的运行工况，不仅可以提升热泵工作效率、节省投资，而且可以减少电能消耗，降低运行能耗费用，提高项目整体运营效益。