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空气能热泵在大学宿舍热水供应中如何应用

空气能热泵在大学宿舍热水供应中如何应用,我们用重庆某高校的实际应用案例进行分析。

重庆某高校 旧校 区宿舍楼未进行生活热水改造前所供应的生活热水是依靠燃气锅炉制备高温蒸汽直接通入市政管网的自来水中进行制备,然后通入各个学生宿舍楼的固定的热水房 。这种制备热水方式能耗高、污染大。所 以学校进行 了生活热水改造项 目,采用直热式空气源热泵热水机组进行生活热水的制备,以各个宿舍楼为单位,为每个宿舍楼构建独立的热水系统,并将热水通过新增 的热水管网供应至各个宿舍的卫生问内,极大的满足 了学生的使用要求。

 

系统设置及运行控制

空气源热泵热水系统工程原理图如图 1所示。空气源热泵热水机组的连接方式均为并联 ,每个宿舍楼独 自的热水系统 中分别设置一 台热泵机组为主机 ;在保温水箱 内设置水位传感器和温度传感器,分别检测保温水箱 内水位 、水温信号并且传递给主机 ,且水位控制优先 ,系统流程如图 2所示。通过水位传感器检测水箱 内的水位 ,当实际水位低于设定水位 时,热泵机组及冷水增压泵启动 ,系统进入直热加热模式,将来 自冷水箱内的冷水直接加热至设定温度 (取 55℃),直至水位补充至设定水位。通过温度传感器检测水箱 内的水温 ,当水箱水温低于设定温度 (取 48℃)时,开启热水循环泵和机组进行循环加热模式 ,直至水箱 内水温达到设定温度 (取 55℃)为止 。在供水时段 ,启动热水增压泵对末端进行热水供应,同时管网内的热水回水卷入保温水箱。

对热水增压泵(热水供水水泵)设置时控装置 ,设置三 个时段启动 :6:30~9:30、10:30~13:30、18:00~23:00,该时段 内热水增压泵启动运行,输配管 网内热水和保温水箱 内热水进行循环流动,以保证热水 的使用温度。

 

系统测试

1. 热水用量及热水负荷测量计算

本次测试主要针对某一 11层学生公寓,均为4人标准 间,带有独立卫生间,共有学生 1560人。根据对该宿舍楼热泵热水系统 1月份至 7月份的热水用水规律统计测试 ,每天人均用水量定为 30L。考虑学生公寓的特 点,取全年供热水 时间为 300天 ,则全年总热水用量为 14040m3。热负荷计算须在冬季最冷月最不利工况下进行,根据重庆气象资料 ,冬季最冷月工况:环境温度为 7℃,进水温度为 1O℃。在此条件下将 14040立方米 l0℃的冷水加热到 55℃所需热量值计算如下 :

公式1

式 中:Q 为 日用热量 ,l(J;C 为水 的比热,4.2kJ/kg·℃;M 为被加热水的质量,kg;At为水温升 ,℃ 。由公式 (1)计算得 该栋公寓年 总用热量为
2653560M J。

2 .空气源热泵热水系统能效的测量
本次测试 了冬季当制热量较大的机组独立运行时的各项参数 ,包括室 内外温度、相对湿度、空气源热泵热水机组的输入功率 、进水温度、出水温度、流量和水泵输入功率 。本次测试在典型 日的典型 时段测得当系统稳定后的多组数据并按照公式 (2)求得系统 COP为3.8。

式 中: T0为出水温度,55℃; Ti为进水温度,12.6℃;v为水流量 ,0.18kg/s;C为水的比热容,4.2kJ/kg·℃;W 为总功率(含有风机和冷水泵功率),kW 。

 

效益分析

1 经济效益分析

本 次分析基于空气源 热泵热水系统与常规燃气锅炉热水系统的对 比,其年运行 费用对 比如表1。由表可知:空气源热泵热水系统比常规燃气锅炉热水系统年运行费用节省 4.66万元。初投资分析 :空气源热泵热水系统的初投资为21.1万元,常规燃气锅炉热水系统的初投资为 18.0万元,即空气源热泵热水系统比常规燃气锅炉热水系统初投资多 3.1万元 。因此静态投资回收期为 3.1/4.66=0.76年 。

 

2 节 能效益 分析

《可再生能源建筑应用示范项 目测评导则》未明确地源热泵生活热水系统常规 能源替代 量计算方法,本文仍选取燃气锅炉房作为比较对象,锅炉效 率取 80%。根据计算 该项 目生活热 水负荷 为234kW,每天使用 10.5小时,每年按 300天 。实测生活热水系统能效 比 COP=3.8。电能与一次能源的转换 率取 为 0-31,每KG 标准煤 的含 热量 为29306kJ,生活热水系统全年常规能源替代量 A0(吨标准煤 )按照以下公式计算:

环境 效益 分析

由 2知空气源热泵热水系统每年可 以节约大约 36_3吨标准煤,相当于每年减少 CO2排放量 89.67吨;每年减少 SO2排放量 0.73吨;由公式 QFc=O.O1Qb可知 ,每年减少粉尘排放量 0.36吨 。

 

所以可以得出以下几个方面的结论:

 

(1)空气源热泵热水系统相对于传统燃气锅炉热水系统虽然初投资增加 3.1万元,但是其年运行费用节约较大,单套达到 4.6万元 ,静态投资回收期不足一年,仅为 0.76年,经济效益显著。
(2)空气源热泵热水系统 的节能效益 明显,单套系统全年常规能源替代量为 36.3吨标准煤。
(3)空气源热泵热水系统的环保效益突 出,所测公寓每年减少 CO2排放量达 89吨 ;年减少SO2排放量为 0.73吨;年减少粉尘排放量为 0.36吨 。
(4)在倡导低碳、环保的当今社会,空气源热泵热水机组是经济实用的选择 ,值得在建筑集 中热水供应系统中大力推广。