蘇海智，馮竹建

（1.國(guó)網(wǎng)浙江金華市供電公司，浙江 金華　322000；2.國(guó)網(wǎng)浙江義烏市供電公司，浙江 金華　322000）

空氣源熱泵工程節(jié)能案例分析

蘇海智1，馮竹建2

（1.國(guó)網(wǎng)浙江金華市供電公司，浙江 金華322000；2.國(guó)網(wǎng)浙江義烏市供電公司，浙江 金華322000）

隨著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的深入，工業(yè)節(jié)能潛力日益減少，大力推進(jìn)建筑節(jié)能改造、發(fā)展綠色建筑對(duì)節(jié)能減排目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)具有重要意義。熱泵是利用吸熱介質(zhì)從環(huán)境中采集低品位熱能，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后提高冷媒的溫度，轉(zhuǎn)換成高品位熱能后，用于采暖或熱水供應(yīng)，實(shí)現(xiàn)了高效配置能源。熱泵系統(tǒng)的應(yīng)用對(duì)于推動(dòng)既有建筑節(jié)能改造具有重要意義。據(jù)統(tǒng)計(jì)，如果在建筑供暖中熱泵所占比例能增加到30%，在采用現(xiàn)有的先進(jìn)技術(shù)條件下，可以使全世界CO2排放量減少13.2億t，占全世界CO2排放量的6%。隨著熱泵技術(shù)的進(jìn)一步改進(jìn)，采用熱泵供暖，將有可能使全世界CO2排放量減少16%［1］。因此，熱泵技術(shù)在建筑節(jié)能中有較大的應(yīng)用空間和應(yīng)用價(jià)值。

本文的研究對(duì)象為義烏大酒店暖通及熱水改造工程，該改造工程利用空氣源熱泵對(duì)酒店暖通及熱水實(shí)現(xiàn)了“油改電”。改造后，年節(jié)約柴油340 t，年節(jié)約賈用100余萬元，被列為浙江省電力公司典型節(jié)能示范項(xiàng)目。

1　熱泵應(yīng)用系統(tǒng)概況

1.1系統(tǒng)改造前情況

義烏大酒店建筑面積2.4萬m2，擁有客房210間/套。該酒店原有螺桿式冷水機(jī)組2臺(tái)，每臺(tái)功率930 kW，用于夏天制冷；溴化鋰直燃機(jī)2臺(tái)，燃料為柴油，每臺(tái)功率1 000 kW，用于冬季采暖；另有柴油蒸汽鍋爐2臺(tái)，每臺(tái)1.5 t/h，用于制取熱水。酒店能源消耗量和燃油賈用都非常高，2013年耗油量為340 t，按目前油價(jià)7 800元/t計(jì)算，每年僅油賈的支出就為265.2萬元。酒店的溴化鋰空調(diào)系統(tǒng)已使用12年，溴化鋰機(jī)組和附屬設(shè)備效率明顯下降。目前該機(jī)組的效率約為原來的60%～70%，且機(jī)組的故障率增加，在供冷期負(fù)荷較大時(shí)一旦有一臺(tái)主機(jī)發(fā)生故障，則將無法保證酒店的正常供冷需求；同時(shí)隨著溴化鋰系統(tǒng)的運(yùn)行效率下降，其耗能越來越大，運(yùn)行賈用也在日益增加。

1.2熱泵系統(tǒng)改造應(yīng)用情況

（1）熱水系統(tǒng)

根據(jù)浙江義烏氣候環(huán)境，按照溫度7℃選型，使用5臺(tái)64 kW熱泵熱水機(jī)組，替代原2臺(tái)1.5 t/h柴油蒸汽鍋爐，以滿足熱水需求。熱泵熱水機(jī)組放置在主樓樓頂，與原有10 t保溫水箱連接循環(huán)加熱，再在鍋爐房增加1個(gè)60 t不銹鋼保溫水箱。同時(shí)考慮到當(dāng)環(huán)境溫度低于5℃時(shí)，熱泵制熱量衰減，同時(shí)機(jī)組出水溫度也會(huì)略有下降，為保證在環(huán)境溫度為-5℃時(shí)仍能滿足熱水的生產(chǎn)要求，系統(tǒng)配備60 kW輔助電加熱對(duì)其進(jìn)行升溫。

（2）采暖系統(tǒng)

根據(jù)義烏氣候環(huán)境，按環(huán)境溫度2℃選型，采用10臺(tái)額定制熱量112 kW模塊式風(fēng)冷冷熱水機(jī)組，總制熱容量1 120 kW，替代原溴化鋰柴油直燃機(jī)組。該模塊式風(fēng)冷冷熱水機(jī)組為冷暖兩用型，可切換到模塊式風(fēng)冷冷熱水機(jī)組完成制冷功能。機(jī)組放置在主樓樓頂。冷卻水（冷凍水）管路接入地下層的分集水器。風(fēng)冷冷熱水機(jī)組與末端管網(wǎng)循環(huán)，為末端提供采暖循環(huán)水或冷凍循環(huán)水。根據(jù)使用側(cè)供回水總管的溫差和流量，由機(jī)組自動(dòng)開啟或關(guān)閉主機(jī)數(shù)量。

2　系統(tǒng)節(jié)能與環(huán)保效益評(píng)價(jià)

2.1系統(tǒng)節(jié)能評(píng)價(jià)方法

常用的能源評(píng)價(jià)方法包括能源利用效率評(píng)價(jià)、經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)等方法。能源利用效率評(píng)價(jià)側(cè)重在能源的高效轉(zhuǎn)化及充分利用上；經(jīng)濟(jì)效益評(píng)價(jià)需要考慮節(jié)能技術(shù)所付出的代價(jià)及其節(jié)能所帶來的效益［2］。其中能源利用效率評(píng)價(jià)法較為直觀，本文采用能源利用效率評(píng)價(jià)法進(jìn)行多方案對(duì)比評(píng)價(jià)。

以采用空氣源熱泵為冷熱源的酒店為研究對(duì)象，將這種形式的全年運(yùn)行能耗與其他常用空調(diào)熱水方案進(jìn)行比較，包括空氣源熱泵機(jī)組、冷水機(jī)組與消耗不同燃料的鍋爐的組合。各方案如表1所示。

表1　常用空調(diào)熱水方案

2.2系統(tǒng)評(píng)價(jià)的邊界條件

目前建筑設(shè)備的熱源主要有燃煤、燃?xì)狻⑷加湾仩t，冷源一般是各種冷水機(jī)組，空調(diào)機(jī)組等，另外還包括冷熱源一體化設(shè)備，如：空氣源熱泵、地源熱泵等。下面通過對(duì)義烏大酒店空調(diào)及熱水系統(tǒng)改造方案與另外幾種常用的空調(diào)熱水方案進(jìn)行比較，來分析空氣源熱泵的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

柴油、天然氣等各種能源的熱值和設(shè)備的熱效率如表2所示。由于方案B、方案C中空調(diào)冷源均為冷水機(jī)組，因此表2中僅包含制備熱水的設(shè)備和所用能源，冷水機(jī)組耗電另計(jì)。同時(shí)，為了便于不同方案的能耗比較，將各種能源按照其熱值折算成標(biāo)準(zhǔn)煤，標(biāo)準(zhǔn)煤的理論熱值在表2中給出了折標(biāo)系數(shù)。由于電能為二次能源，其當(dāng)量折標(biāo)系數(shù)即理論熱值與標(biāo)煤熱值之比，等價(jià)折標(biāo)系數(shù)為電能的等價(jià)熱值與標(biāo)準(zhǔn)煤的熱值之比，在實(shí)際計(jì)算比較時(shí)，后者更具參考價(jià)值，因此本文的計(jì)算采用等價(jià)折標(biāo)系數(shù)。

表2　常用能源熱值與效率

2.3系統(tǒng)能源利用效率評(píng)價(jià)

根據(jù)表2分別計(jì)算各方案的年運(yùn)行能耗。由于方案A為工程實(shí)際采用的方案，方案B是酒店改造前使用的方案，方案C為假設(shè)的方案，因此只能在方案A和方案B的基礎(chǔ)上來計(jì)算方案C的年運(yùn)行能耗。

方案A：一年四季采用空氣源熱泵制冷供暖及提供熱水。根據(jù)酒店實(shí)際運(yùn)行情況，制冷4個(gè)月平均每天耗電約4 300 kWh，總耗電51.6萬kWh，熱水包含在內(nèi)。供暖4個(gè)月平均每天耗電5 200 kWh，熱泵機(jī)組供暖的同時(shí)產(chǎn)生熱水，熱水賈用包含在內(nèi)，供暖總耗電62.8萬kWh，其中還包括冬天開啟輔助電加熱的耗電量。過渡季節(jié)只需要熱水不需要冷暖空調(diào)，空氣源熱泵熱水機(jī)組就能滿足酒店每天60 t左右的熱水需求量，平均每天熱水系統(tǒng)（含水泵等輔助設(shè)備）的全部耗電量約500 kWh，4個(gè)月總耗電量為6萬kWh。全年耗電量為120.4萬kWh，按照等價(jià)折標(biāo)系數(shù)，換算成標(biāo)準(zhǔn)煤是486 t。

方案B：同樣采用冷水機(jī)組提供冷量。夏天制冷時(shí)酒店采用冷水機(jī)組提供冷量，冬天供暖采用燃油鍋爐作為熱源，一年四季使用的熱水均由燃油鍋爐提供。按照酒店改造前3年能源消耗的平均值，夏季制冷耗電52萬kWh，水泵等輔助設(shè)備年均耗電28.3萬kWh，總耗電量為83.3萬kWh。冷水機(jī)組和輔助設(shè)備年耗電折算成標(biāo)準(zhǔn)煤336 t。同時(shí)，根據(jù)近3年年均所需柴油340 t，折算成標(biāo)準(zhǔn)煤是495.4 t。則全年總能耗為834.4 t。

方案C：消耗能源為天然氣，計(jì)算方法與方案B相同。采暖和熱水所需折合天然氣3.8×105 Nm3，折算成標(biāo)準(zhǔn)煤896.3 t。再加上制冷能耗336 tce，方案C的全年總運(yùn)行能耗為815 tce。

按表2得到各方案的全年運(yùn)行能耗如表3所示。由表3可以看出，方案A采用空氣源方式運(yùn)行能耗最少，換算成等價(jià)標(biāo)準(zhǔn)煤，空氣源方案仍為最節(jié)能的熱水及熱量供應(yīng)方式。

表3　各方案年運(yùn)行能耗比較

2.4系統(tǒng)污染物排放評(píng)價(jià)

目前我國(guó)燃煤發(fā)電占70%以上，燃煤產(chǎn)生的污染物主要有煙塵、CO2、SO2、NOx，這些污染物對(duì)人類產(chǎn)生的影響很大。其中SO2是形成酸雨主要原因，嚴(yán)重危害生態(tài)環(huán)境；CO2是使全球變暖的罪魁禍?zhǔn)?；煙塵則危害人類以及各種動(dòng)植物的健康［3］。假設(shè)鍋爐的熱效率為90%，脫硫、熱電轉(zhuǎn)換和輸送綜合效率為0.3，除塵效率為93%，根據(jù)文獻(xiàn)［3］，計(jì)算得出各種能源單位標(biāo)準(zhǔn)煤的煙塵、NOx、SO2、CO2的排放量，然后再得到各種能源方案的污染物排放量，如表4所示。

表4　消耗單位能源的污染物排放量t

從排放量上看，3種方案排放量具有較大差別。改造后的方案A與改造前的方案B相比較，空氣源熱泵全年的CO2減排量達(dá)到了871 t。與燃?xì)忮仩t相比，CO2減排更明顯，NOx減排量也較為明顯，但是煙塵和SO2減排有差距。以上的計(jì)算比較中，電能采用的是火力發(fā)電，如果是清潔能源發(fā)電，如：核電、水力發(fā)電、太陽能光伏發(fā)電和風(fēng)力發(fā)電等，則空氣源熱泵的環(huán)保效益將具有明顯競(jìng)爭(zhēng)力。

大氣污染物的排放是環(huán)境稅組成的重要部分之一。當(dāng)前部分發(fā)達(dá)國(guó)家已開始征收環(huán)境稅，包括二氧化硫稅、噪聲稅、水污染稅、垃圾稅和固體廢物稅等。我國(guó)也已經(jīng)在為征收環(huán)境稅作準(zhǔn)備。在我國(guó)開始征收環(huán)境稅后，以上幾種方案的經(jīng)濟(jì)性將會(huì)產(chǎn)生一定的變化，其中由于空氣能熱泵的節(jié)能特性以及環(huán)保效益情況，在碳稅開征后，經(jīng)濟(jì)效益將更為明顯。

3　結(jié)論

本文通過對(duì)義烏大酒店基于熱泵的暖通及熱水改造工程分析，對(duì)比改造前和改造后的實(shí)際效果，以及通過與燃?xì)忮仩t進(jìn)行比較，分析了該工程的節(jié)能及環(huán)保效益情況，得出以下結(jié)論：①空氣源熱泵系統(tǒng)在既有建筑的節(jié)能改造應(yīng)用中，節(jié)能效果明顯，具有較強(qiáng)的推廣示范應(yīng)用效果；②空氣源熱泵系統(tǒng)在實(shí)際工程的應(yīng)用中，CO2減排量大，環(huán)保效益明顯；③本工程生活熱水系統(tǒng)具有很好的經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能性，尤其在國(guó)家要求節(jié)能減排的今天，值得大力推廣，并對(duì)實(shí)際工程的應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。D

［1］馬最良.熱泵技術(shù)助推我國(guó)綠色建筑發(fā)展［J］.制冷與空調(diào)，2013（13）：11-14.

［2］朱漢寶，周亞素.地源熱泵與風(fēng)冷熱泵的技術(shù)經(jīng)濟(jì)性能比較［J］.可再生能源，2006（5）：86-89.

［3］狄向華，聶祚仁，左鐵鏞.中國(guó)火力發(fā)電燃料消耗的生命周期排放清單［J］.中國(guó)環(huán)境科學(xué)，2005，25（5）：632-635.

Analysis of air-source heat pump system energy-saving

SU Hai-zhi1，F(xiàn)ENG Zhu-jian2
（1.Jinhua Power Supply Company，Jinhua 322000，China；2.Yiwu Power Supply Company，Jinhua 322000，China）

將義烏大酒店熱泵暖通及熱水改造工程與其他幾種常規(guī)能源的系統(tǒng)做了對(duì)比，詳細(xì)分析空氣源熱泵應(yīng)用的節(jié)能效益和環(huán)保效益。經(jīng)分析研究得出：采用空氣源熱泵系統(tǒng)后，整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行賈用最低，各種污染物排放量最少。熱泵空調(diào)系統(tǒng)應(yīng)用對(duì)于推動(dòng)既有建筑節(jié)能改造具有重要意義，值得大范圍推廣。

空氣源熱泵；節(jié)能評(píng)價(jià)；環(huán)保效益評(píng)價(jià)

By analysis of the air conditioning system and hot water system in the Yiwu hotel based on air-source heat pump，this paper introduced the energy-saving and conservation benefit of the air-source heat pump system and compared with some conventional scheme from energy conservation.The use of heat pump in hotel building is feasible in environmental protecting aspects and has obvious energy saving effect.

air-source heat pump；energy-saving evaluation；environmental protection evaluation

F407.61；TU831.7

B

2014-11-13