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摘脀：空气源热泵技术是基于逆卡诺循环原理建立起来的一种节能、环保制热技术,因此空气源热泵在热水系统中的应用也越来越多，以广东省某中医院热水系统设计为例，介绍空气源热泵在热水系统中的应用及其经济可行性分析。
关键词：空气源热泵；热水；经济可行性
Abstract: the air source heat pump technology is based on inverse the carnot cycle principle set up a kind of energy saving, environmental protection heating technology, so air source heat pump hot water system in the application more and more, to a hospital of hot water system design of guangdong province as an example, this paper introduces air source heat pump hot water system in the application and economic feasibility analysis.
Keywords: air source heat pump; The hot water; Economic feasibility
中图分类号： TU995.1文献标识码：A文章编号：
前言：
近年来，以实现可持续发展为目的的各种绿色能源已经成为国家非常关注的技术，同时，政府也相继出台了一系列鼓励使用新能源的政策和法规。自国家推出了热泵技术应用的鼓励政策后，热泵技术也越来越多的出现在各类建筑设计中。下面以工程实例来进一步了解空气源热泵在实际中的应用。
二.工程实例
1工程概况
本工程为广东省某中医院综合大楼，占地面积2243平方米，建筑物使用性质为医疗服务，其中地下一层，地上主楼十五层，附楼六层，总建筑面积25535平方米，建筑高度为56.7米，为单栋医院高层综合楼建筑。
本工程采用空气源热泵系统，热水系统为上行下给的给水方式。
2空气源热泵加热系统设计：
2.1 室外气象条件:
冬季室外计算相对湿度：60%,最冷月： 冷水计算温度：7℃;冬季室外干球温度：0℃
2.2 生活热水量计算：热水量计算见表1
2.3热负荷计算
2.3.1最高日耗热量：
Q＝mqrC( tr – tl)pr＝139450 L×4.187kJ/㎏·℃×(60℃-7℃) ×0.9833kg.L
＝30428699kJ/d≈8452KW
2.3.2设计小时耗热量：
＝24358×4.187kJ/㎏·℃×(60℃-7℃) ×0.9833kg.L＝5315080kJ/h≈1476KW
式中：Q h——设计小时耗热量（kJ/h）；Q ——最高日耗热量（kJ/h）；m——用水计算单位数（人数或床位数）；qr ——热水用水定额（L/床·d或L/人·d）；C——水的比热，C=4.178（kJ/kg·℃）；tr——热水温度，tr =60（℃）；tl——冷水温度，本工程取7 ℃；pr——热水密度（kg/L）；K h——小时变化系数；T——每日使用时间（h）。
2.4空气源热泵选型
采用热泵机组直接供热水和间接供热水均应配储热设备，热泵在热水负荷较小时，向热水罐或热水箱内储热，在设计小时负荷下，热泵与储热罐（箱）同时向外供水。根据不同情况，可以相应调整储热装置的大小和制热机组的制热量。根据用水规律、热泵的特性和系统经济性等因素综合考虑确定，热泵机组设计每天工作时间取12－20h内，本项目热泵机组在冬季最冷日平均温度为10℃时的运行时间为每天17小时，则热泵机组小时制热量为：
≈522KW
式中：Q g——空气源热泵设计小时耗热量（kJ/h）；m——用水计算单位数（人数或床位数）；qr ——热水用水定额（L/床·d或L/人·d）；C——水的比热，C=4.178（kJ/kg·℃）；
tr——热水温度，tr =60（℃）；tl——冷水温度，本工程取7 ℃；pr——热水密度（kg/L）；
k1——安全系数，k1=1.05~1.10；T1——热泵机组设计工作时间（h/d），取12h~20h。
本项目按环境气温0℃时选型热泵机组。热泵机组小时制热量需522KW(即1879420kJ/h)，在环境温度为0℃时考虑温度及结霜的影响对应RBR-80F型号空气源热泵机组制热量为45.69KW(即164484kJ/h)（环境温度20℃时的制热量为97.15KW）,则需RBR-80F型号空气源热泵机组数量为：522KW÷45.69KW/台≈11.4台，需选择12台RBR-80F型号空气源热泵热水机组，12台RBR-80F机组在环境温度为0℃时总制热量为548.28KW，机组选型满足要求。
2.5水箱选型
水箱容积量计算及选型
式中：Q g——设计小时供热量（kJ/h）；Qh——设计小时耗热量（kJ/h）；Vr——贮热水箱总容积（L）；η——有效贮热容积系数，贮热水箱、卧式贮热水罐η=0.80~0.85，立式贮热水罐η=0.85~0.90；C——水的比热，C=4.178（kJ/kg·℃）；tr——热水温度，tr =60（℃）；tl——冷水温度，本工程取7 ℃；pr——热水密度（kg/L）；k2——安全系数，k1=1.10~1.20；T——设计小时耗热量持续时间（h）。
本项目贮热水箱容积需≥75889L，拟配2个40M3模块式不锈钢保温水箱。
3空气源热泵加热系统经济可行性分析：
3.1供热设备选型
3.1.1热泵热水机组供热系统：需选择12台RBR-80F型号空气源热泵热水机组，系统配置80M3的不锈钢保温水箱。
3.1.2燃气锅炉热水机组供热系统：根据小时耗热量，需选择2台80×104 kcal/h间接式常压热水锅炉，系统配置15M3的不锈钢保温水箱。
3.2初投资费用对比表
3.3热泵热水机组供热系统与燃气锅炉加热方式运行费用对比
3.3.1基本数据
⑴、每天热水总用量M=139.45M3，最大小时用水量约24.358M3。
⑵、每天所需总热量Q=139.45M3×1000×(60℃-7℃)×1kcal/㎏·℃＝7390850kcal，考虑夏季及过渡季节气温、冷水温度较冬季高，用水量较小，年度所需总热量按60%计算。
⑶、能源单价：电费1.00元/kwh；天燃气3.95元/m3。
⑷、能源热值：电能860kcal/kwh；天燃气热值8000kcal/m3。
⑸、设备热效率：空气源热泵年平均360%；燃气加热80%。
3.3.2运行费用计算
1、运行费用计算公式
每天所需热量
＝ × 能源单价 × 年运行天数×60%
设备效率×能源热值
2、使用空气源热泵系统加热费用：
7390850kcal
A＝ ×1.00元/kwh×365天×60%＝522802元/年
360％×860kcal/kwh
3、使用燃气锅炉加热费用：
7390850kcal
B＝ ×3.95元/ m3×365天×60%＝998977元/年
80％×8000kcal/Kg
3.3.3空气源热泵热水机组与燃气锅炉方案运行费用对比
使用空气源热泵每年比燃气锅炉方案每年可节省费用：998977元 –522802元＝476175元/年；即空气源热泵每年运行费用为燃气锅炉每年运行费用的52%。
3.3.4回收周期
根据两个方案的运行费用差异，如采用空气源热泵系统，则投资费用较燃气锅炉系统的回收周期为：（150万元－57万元）÷47.6175万元/年≈2年。
通过以上的数据分析，从设备运行费用和维护运行管理的综合比较，结合本项目情况及长远运行投资考虑，空气源热泵加热系统有着明显的优势。因此，本工程采用空气源热泵加热系统来提供生活热水。
三、结语：
随着全社会对节能环保的重视，保证经济的可持续发展，在民用建筑工程节能方面，国家目前正积极推广使用绿色能源。在民用建筑设计中，热水系统采用空气源热泵加热也是一种比较实用的方案。通过实践数据的经济比较，在我国南方大部分地区建筑内完全采用空气源热泵系统满足建筑内生活热水的使用要求是完全可行的。
参考文献：
[1] 罗清海,汤广发,龚光彩等.建筑热水节能中的热泵技术[J].给水排水,2007,33(z2):98-101.
[2] 邵迎旭,崔志国,李振兴等.可再生資源利用技术在建筑给水排水设计中的应用[J].给水排水,2010,36(z1):295-297.
[3] 秦邵冬.热泵热水机组集中热水供应系统初探[J].给水排水,2004,30(8):71-73.
[4] 黄兴晨.热泵原理及发展和供热经济性分析[J].应用能源技术,2009,(7):19-20.
[5] 何智艳.医院病房综合楼给水热水系统设计[J].科技风,2011,(4):30
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。
关键词：空气源热泵；热水；经济可行性
Abstract: the air source heat pump technology is based on inverse the carnot cycle principle set up a kind of energy saving, environmental protection heating technology, so air source heat pump hot water system in the application more and more, to a hospital of hot water system design of guangdong province as an example, this paper introduces air source heat pump hot water system in the application and economic feasibility analysis.
Keywords: air source heat pump; The hot water; Economic feasibility
中图分类号： TU995.1文献标识码：A文章编号：
前言：
近年来，以实现可持续发展为目的的各种绿色能源已经成为国家非常关注的技术，同时，政府也相继出台了一系列鼓励使用新能源的政策和法规。自国家推出了热泵技术应用的鼓励政策后，热泵技术也越来越多的出现在各类建筑设计中。下面以工程实例来进一步了解空气源热泵在实际中的应用。
二.工程实例
1工程概况
本工程为广东省某中医院综合大楼，占地面积2243平方米，建筑物使用性质为医疗服务，其中地下一层，地上主楼十五层，附楼六层，总建筑面积25535平方米，建筑高度为56.7米，为单栋医院高层综合楼建筑。
本工程采用空气源热泵系统，热水系统为上行下给的给水方式。
2空气源热泵加热系统设计：
2.1 室外气象条件:
冬季室外计算相对湿度：60%,最冷月： 冷水计算温度：7℃;冬季室外干球温度：0℃
2.2 生活热水量计算：热水量计算见表1
2.3热负荷计算
2.3.1最高日耗热量：
Q＝mqrC( tr – tl)pr＝139450 L×4.187kJ/㎏·℃×(60℃-7℃) ×0.9833kg.L
＝30428699kJ/d≈8452KW
2.3.2设计小时耗热量：
＝24358×4.187kJ/㎏·℃×(60℃-7℃) ×0.9833kg.L＝5315080kJ/h≈1476KW
式中：Q h——设计小时耗热量（kJ/h）；Q ——最高日耗热量（kJ/h）；m——用水计算单位数（人数或床位数）；qr ——热水用水定额（L/床·d或L/人·d）；C——水的比热，C=4.178（kJ/kg·℃）；tr——热水温度，tr =60（℃）；tl——冷水温度，本工程取7 ℃；pr——热水密度（kg/L）；K h——小时变化系数；T——每日使用时间（h）。
2.4空气源热泵选型
采用热泵机组直接供热水和间接供热水均应配储热设备，热泵在热水负荷较小时，向热水罐或热水箱内储热，在设计小时负荷下，热泵与储热罐（箱）同时向外供水。根据不同情况，可以相应调整储热装置的大小和制热机组的制热量。根据用水规律、热泵的特性和系统经济性等因素综合考虑确定，热泵机组设计每天工作时间取12－20h内，本项目热泵机组在冬季最冷日平均温度为10℃时的运行时间为每天17小时，则热泵机组小时制热量为：
≈522KW
式中：Q g——空气源热泵设计小时耗热量（kJ/h）；m——用水计算单位数（人数或床位数）；qr ——热水用水定额（L/床·d或L/人·d）；C——水的比热，C=4.178（kJ/kg·℃）；
tr——热水温度，tr =60（℃）；tl——冷水温度，本工程取7 ℃；pr——热水密度（kg/L）；
k1——安全系数，k1=1.05~1.10；T1——热泵机组设计工作时间（h/d），取12h~20h。
本项目按环境气温0℃时选型热泵机组。热泵机组小时制热量需522KW(即1879420kJ/h)，在环境温度为0℃时考虑温度及结霜的影响对应RBR-80F型号空气源热泵机组制热量为45.69KW(即164484kJ/h)（环境温度20℃时的制热量为97.15KW）,则需RBR-80F型号空气源热泵机组数量为：522KW÷45.69KW/台≈11.4台，需选择12台RBR-80F型号空气源热泵热水机组，12台RBR-80F机组在环境温度为0℃时总制热量为548.28KW，机组选型满足要求。
2.5水箱选型
水箱容积量计算及选型
式中：Q g——设计小时供热量（kJ/h）；Qh——设计小时耗热量（kJ/h）；Vr——贮热水箱总容积（L）；η——有效贮热容积系数，贮热水箱、卧式贮热水罐η=0.80~0.85，立式贮热水罐η=0.85~0.90；C——水的比热，C=4.178（kJ/kg·℃）；tr——热水温度，tr =60（℃）；tl——冷水温度，本工程取7 ℃；pr——热水密度（kg/L）；k2——安全系数，k1=1.10~1.20；T——设计小时耗热量持续时间（h）。
本项目贮热水箱容积需≥75889L，拟配2个40M3模块式不锈钢保温水箱。
3空气源热泵加热系统经济可行性分析：
3.1供热设备选型
3.1.1热泵热水机组供热系统：需选择12台RBR-80F型号空气源热泵热水机组，系统配置80M3的不锈钢保温水箱。
3.1.2燃气锅炉热水机组供热系统：根据小时耗热量，需选择2台80×104 kcal/h间接式常压热水锅炉，系统配置15M3的不锈钢保温水箱。
3.2初投资费用对比表
3.3热泵热水机组供热系统与燃气锅炉加热方式运行费用对比
3.3.1基本数据
⑴、每天热水总用量M=139.45M3，最大小时用水量约24.358M3。
⑵、每天所需总热量Q=139.45M3×1000×(60℃-7℃)×1kcal/㎏·℃＝7390850kcal，考虑夏季及过渡季节气温、冷水温度较冬季高，用水量较小，年度所需总热量按60%计算。
⑶、能源单价：电费1.00元/kwh；天燃气3.95元/m3。
⑷、能源热值：电能860kcal/kwh；天燃气热值8000kcal/m3。
⑸、设备热效率：空气源热泵年平均360%；燃气加热80%。
3.3.2运行费用计算
1、运行费用计算公式
每天所需热量
＝ × 能源单价 × 年运行天数×60%
设备效率×能源热值
2、使用空气源热泵系统加热费用：
7390850kcal
A＝ ×1.00元/kwh×365天×60%＝522802元/年
360％×860kcal/kwh
3、使用燃气锅炉加热费用：
7390850kcal
B＝ ×3.95元/ m3×365天×60%＝998977元/年
80％×8000kcal/Kg
3.3.3空气源热泵热水机组与燃气锅炉方案运行费用对比
使用空气源热泵每年比燃气锅炉方案每年可节省费用：998977元 –522802元＝476175元/年；即空气源热泵每年运行费用为燃气锅炉每年运行费用的52%。
3.3.4回收周期
根据两个方案的运行费用差异，如采用空气源热泵系统，则投资费用较燃气锅炉系统的回收周期为：（150万元－57万元）÷47.6175万元/年≈2年。
通过以上的数据分析，从设备运行费用和维护运行管理的综合比较，结合本项目情况及长远运行投资考虑，空气源热泵加热系统有着明显的优势。因此，本工程采用空气源热泵加热系统来提供生活热水。
三、结语：
随着全社会对节能环保的重视，保证经济的可持续发展，在民用建筑工程节能方面，国家目前正积极推广使用绿色能源。在民用建筑设计中，热水系统采用空气源热泵加热也是一种比较实用的方案。通过实践数据的经济比较，在我国南方大部分地区建筑内完全采用空气源热泵系统满足建筑内生活热水的使用要求是完全可行的。
参考文献：
[1] 罗清海,汤广发,龚光彩等.建筑热水节能中的热泵技术[J].给水排水,2007,33(z2):98-101.
[2] 邵迎旭,崔志国,李振兴等.可再生資源利用技术在建筑给水排水设计中的应用[J].给水排水,2010,36(z1):295-297.
[3] 秦邵冬.热泵热水机组集中热水供应系统初探[J].给水排水,2004,30(8):71-73.
[4] 黄兴晨.热泵原理及发展和供热经济性分析[J].应用能源技术,2009,(7):19-20.
[5] 何智艳.医院病房综合楼给水热水系统设计[J].科技风,2011,(4):30
注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。