空气源热泵在公共浴室中的应用

【摘要】空气源热泵是一种利用可再生能源的高效节能设备。通过石家庄某企业居民区公共浴室的工程案例，详细介绍了空气源热泵的方案选择情况，同时对比了空气源热泵同电锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉的年运行费用差异。结果表明，空气源热泵在热水系统的应用中具有较大的节能潜力，在公共浴室的热水供应系统中具有较大的应用前景。

【关键词】空气源热泵；原理；热水系统；水箱；节能环保；能效比

随着国民经济的发展和人民生活水平不断提高，生活用热水的需求量越来越大，能源的消耗与日俱增。我国作为能源消耗大国，根据统计，每年建筑能耗占全国总能耗近30%，城市民用建筑洗浴热水能耗占20%，因此人们越来越注重能源的节约，开发太阳能、风能等可再生能源的任务也十分迫切。热泵技术是近年来在全世界备受关注的新能源技术，因其在节能降耗和环保方面都具有良好的表现，在公共建筑热水供应系统中得到了越来越广泛的关注。空气源热泵由于其结构简单，安装使用方便，因此成为热泵诸多形式中应用做广泛的一种，在公共建筑热水供应系统中占有不可代替的优势。笔者以石家庄某企业居民区公共浴室改造工程为例，介绍了空气源热泵在实际工程中的应用，并分析了其运行成本。

1.工程概况

石家庄某企业居民区公共浴室主要满足该居民区内居民洗浴要求，设计为单层独立建筑，共设有沐浴喷头52个，每天的洗浴总人数约为600人左右。浴室原采用该企业生产余热供热系统，将工厂直供的温度较高的热水通入浴室，经浴室管理操作人员通过手工操作混水阀，经冷热水配比，将水温调节至40℃，贮存至保温水箱，通过水泵供至浴室末端使用。由于企业与居民区距离较远，热水管道热量损失相对较大，而且管道投用年限较长，腐蚀情况较严重，跑冒滴漏现象较多，维护较频繁，同时随着企业的发展，企业生产的余热逐步在厂区内被加以利用，已经没有足够的余热供居民区公共浴室使用，鉴于以上情况需要对该浴室热水系统进行升级改造。本次浴室改造采用当前国内为比较流行的空气源热泵，在春、夏、秋3个季节，由空气源热泵制取洗浴用热水，冬季由空气源热泵和电热水器辅助加热联合制取洗浴用热水。

2.空气源热泵系统设计

2.1系统形式

为保证洗浴时充足的用水量和恒定的热水温度，空气源热泵采用“双模式”设计，即直接加热+循环加热两种模式制取热水。直接加热模式，是把常温的自来水直接加热至设定温度的高温热水补充到水箱当中，保证水箱水量充足；循环模式是对水箱内的热水进行再热，保证水温稳定在设定的温度。

2.2热泵机组运行时间的确定

根据《建筑给水排水设计规范》【1】空气源热泵机组设计工作时间为12-20h/d，浴室开放时间为每天中午1：300-晚上8：30，每天供水8h，结合浴室的实际情况以及石家庄的气候条件，热泵机组全天共运行12h。

2.3设计计算参数

石家庄属于温带季风气候地区，夏天炎热，冬天寒冷，全年平均气温13.4℃，最冷月的月平均温度为-6.7℃，极端最低温度-19.7℃，春分、秋分所在月的平均温度为14.0℃。该居民区自来水采用的是地下水，年平均温度按15℃计算。

3.4空气源热泵选型

该浴室每天的洗浴总人数约为600人左右，根据《建筑给水排水设计规范》【1】要求，公共浴室淋浴每人每次热水用量50L，得知热水日需求量为30米3。空气源热泵进水设计温度为15℃，出水设计温度为55℃，热水所提升的温差是40℃，根据公式【3】，可计算出设计小时供热量为439635kJ/h。

依据设计小时供热量，热水系统设计选用MHA200B5低温型空气源热泵2台，额定工况下，机组制热主机输入功率为18.22kW，制热量为80kW、产水量为1760L/h。

2.5辅助加热设备供热量

在冬季气温低于0℃，机组的制热衰减至60%以下时，开启辅助加热設备。

在冬季辅助加热设备每天供热量为76672.344kJ/h，每天需要耗电量280.5kW·h。

2.6水箱的设计制作

公共浴室每天热水需求量为30m3。浴室开放时间为每天中午1：00-晚上8：00，而洗浴高峰集中在下午6：30到下午8点之间。水箱容积等于定时供应最大时段的全部热水量。根据规范【1】，计算得设计小时热水量16250L/h，水箱有效容积需24.375m3。设计新增30m3不锈钢聚氨酯发泡矩形保温水箱，结合公共浴室现有位置，该水箱长5米，宽2.5米，高2.4米。根据国家卫生水质要求，本项目保温水箱采用SUS304不锈钢制作的方形模块式水箱，中间为水100mm厚聚氨酯保温层，24h温度降低<3℃，水箱带外爬梯及液位控制。

2.7机组运行控制

热水机组采用全智能自动化控制面板控制。该机组是具有定量产热水功能、开关机时间设置和出水温度设定功能，便于机组自动运行，节约水电和运行成本，2台机组并联运行时，通过设置运行时间间隔和运行时长，根据实际需要水量自动启停热水器台数。在水箱内1.2m处安装热电偶实时测量热水温度，用于控制机组实际运行。热水机组的出水温度设定为48℃。当蓄水箱水位处于高位时，补水阀门关闭，当水温低于45℃时，机组自动启动循环加热模式，当水温高于48℃时，机组自动停止循环加热模式，处于待机状态，当水箱水位下降时，补水阀门自动打开，机组开启循环加热模式，当水温低于40℃时，机组转换为直接加热模式，当水位达到高液位时，补水阀门关闭，机组自动转换为循环加热模式，温度达到48℃时，停止运行处于待机状态。

3.年运行费用和标准煤耗分析

MHA200B5低温型空气源热泵在石家庄地区的年平均能效比COP=3.1。电锅炉效率为95%，燃气锅炉和燃油锅炉供应洗浴热水受外界环境温度影响小，燃油锅炉热效率为84.15%～90.58%，成本分析取85%；燃气锅炉热效率为86%～92%，成本分析取90%。该居民区电价为1元/（kW·h），柴油价格为6.4元/kg，天然气价格为3.5元/m3。根据文献【2】可知：柴油发热量为42652kJ/kg，天然气发热值为35544kJ/m3。扣除浴室每年休假及检修时间，该浴室每年实际开放360天，热水系统年耗热量为1899223200kJ。

可见，空气源热泵年运行费用最低，电锅炉年运行费用最高，是空气源热泵的3.26倍，燃油锅炉年运行费用是空气源热泵的1.97倍，燃气锅炉年运行费用是空气源热泵的1.22倍。从标准煤用量来看，空气源热泵年标准煤用量为20.9t，电锅炉是空气源热泵的3.3倍，燃油锅炉是3.7倍，燃气锅炉是3.4倍。根据年运行费用和标准煤用量可知，在石家庄地区使用空气源热泵即经济又环保。

4.结论

空气源热泵凭借其节能环保的优势正在逐步广泛应用，结合石家庄某企业居民区公共浴室改造工程，详细介绍了针对公共浴室的使用特点，计算并合理选用空气源热泵机组，并且设置辅助热源。在计算选择水箱容积时，充分考虑浴室的运行时段。并通过年运行费用的预估以及与其它商用制热设备运行费用的对比，结果表明在石家庄地区低温型空气源热泵运行费用低，能效高，对节能减排十分有利，在公共浴室的热水供应中具有较大的发展潜力。

参考文献

[1]GB50015-2003建筑给水排水设计规范（2009年版）[S].北京：中国计划出版社，2010.

[2]GB/T2589-2008，综合能耗计算通则[S].北京：中国标准出版社，2008.

作者简介

刘丹，1982年6月生，女，河北石家庄人，大学，工程师.