[空气源热泵在丽江地区别墅节能中的应用分析]空气源热泵 别墅
时间：2019-04-18 03:27:00 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要：空气源热泵热水系统是一种高效的热水供应方式。本文结合工程实例，以丽江气候特点为依据，对丽江地区别墅空气源热泵系统的设计与选型进行了介绍，并对其节能效果进行了分析。
关键词：空气源热泵 ， 太阳能， 节能 ， 丽江地区 ， 别墅，热水
Abstract: the air source heat pump hot water system is an efficient way of hot water supply. Combining with the project examples, to lijiang climate characteristics as the basis, lijiang area of villa air source heat pump system of the selection and design are introduced, and the energy saving effect is analyzed.
Keywords: air source heat pump, solar energy, energy saving, lijiang area, villas, hot water
中图分类号：TE08文献标识码：A 文章编号：
1 引言
丽江地区是我国著名的旅游目的地，配合旅游业的发展，该地区陆续开发了大量的旅游度假性质的别墅。这类别墅由于配套了大量的热水使用设备，热水使用量大，热水稳定性要求高，供热负荷大，如何在保证使用品质的前提下降低能源消耗，是热水系统设计需要解决的问题。
丽江地区日照条件丰富，目前多采用太阳能热水系统作为节能措施，但是本项目位于丽江古城保护核心区，存在着太阳能集热器破坏建筑风格，光污染影响丽江旅游品质的问题，因此不宜采用太阳能作为节能措施。
空气源热泵通过逆卡诺循环原理，从环境空气中吸收低品味热量，转换为高品位热能，加热水温，供应生活热水，其平均COP值达3-4，相当于热效率高达300~400%，是一种有效的节能手段，但是空气源热泵的COP值随着环境温度的降低而降低，在气温越低，热水使用量越大的时候，空气源热泵的供热量越低，因此在工程设计中必须根据项目所在地的气象资料，合理配置空气源热泵与辅助加热设备的功率。
本文以丽江地区某别墅项目为例，结合丽江地区气候特征，介绍了空气源热泵热水系统的选型与设计，并对其节能性能进行分析。
2 空气源热泵热水系统设计
2.1项目概况
项目位于云南省丽江市,项目所在地海拔2430m，属于亚热带高原气候，年平均气温12.6℃，最冷月（1月）月平均气温6℃，月平均高温13.7℃，月平均低温-0.1℃，最热月（6月）平均气温18.4℃，月平均高温23.7℃，月平均低温14.2℃，室外平均风速4m/s[1]。
项目共有别墅160套，在热水计算上共分为2种户型，其主要配置情况如下：
其中户型1室外恒温SPA池,，池容4m3，池面积4m2，户型2室外恒温SPA池池容7m3，池面积7m2。
2.2方案简述
别墅中浴缸、淋浴、洗脸盆使用热水属于生活热水范畴，室外恒温SPA池属于娱乐用水范畴，为了保证热水水质，生活热水与SPA用热水分别供应。
2.2.1 生活热水方案
丽江最冷月平均气温6℃，属于宜设置辅助热源地区。但是丽江地区具有其独特的气候特点，其最冷月平均高温13.7℃，最冷月平均低温-0.1℃，昼夜温差大，说明即使在最冷月，丽江的最高温度也是大于10℃的，而别墅的热水用水高峰集中在晚间的洗浴时段，空气源热泵机组在气温较高的白天工作仍然可以保持较高的热效率。其次，丽江全年温差不大，其全年平均气温12.6℃，最冷月平均气温6℃，即使按照最冷月平均气温与水温选择设备，在其他季节闲置能力不会太多，设备投资增加成本有限。此外随着空气源热泵技术的进步，在-7℃以上的，现有的空气源热泵产品已能够正常工作，丽江最冷月平均低温-0.1℃，还有较大的安全余量，因此拟不设辅助加热，采用如图1形式的空气源热泵热水系统，。
2.2.2SPA 热水方案
SPA池设置于室外，在极端气候条件下，人们在室外进行SPA活动的可能性并不大，因
此拟采用图2示意的空气源热泵系统用于SPA池加热，不设辅助加热。由于SPA池在水处理过程中会投加氯基消毒剂，该系统中的空气源热泵采用耐腐蚀泳池专用机型。该系统与常规的SPA加热系统相比节约了板式换热器和中间水箱，避免了2次换热，大大节省了设备机房面积，并提高了系统热效率。
2.3耗热量计算与设备选型
2.3.1 生活热水
不设置辅助加热时空气源热泵的供热量应按照当地最冷月份平均气温与冷水供水水温计算。热水温度为60℃时，别墅的热水用水定额为110L/d，变化系数4.21，冷水温度按照7℃计算得到2种户型每日所需热水量与热量如表1。
表1 热水系统每日所需热水量及热量
空气源热泵设计小时供热量 （公式2.3.1-1）[2]，取空气源热泵日工作时间T1为16h，计算得到户型1和户型2所需的空气源热泵设计小时供热量分别为6579 KJ/h和9868.5 KJ/h，根据6℃时空气源热泵设备的制热能力选择空气源热泵设备见表2.
表2各户型空气源热泵最低制热能力及设备选型
根据表2中选定的设备制热量和空气源热泵储热水罐计算公式 （公式2.3.1-2）[2]计算得到户型1和户型2所需的储热水罐容积并选择储热水罐型号如表3
表3各户型所需储热储热容积及水罐型号
2.3.2 SPA热水
项目所建SPA池的设计条件如下：
设计使用水温38℃，冷水水温7℃；
最低使用气温6℃，低于6℃的气候条件下不考虑SPA的使用；
风速 4m/s；大气压0.08MPa 。
参照文献[3]计算得到户型1与户型2 SPA池的加热负荷分别为65160KJ/h和113760KJ/h，空气源热泵机组制热能力应大于等于该值，根据6℃时空气源热泵设备的制热能力选择空气源热泵设备见表4.
表4各户型SPA池加热负荷
丽江全年平均气温12.6℃，春秋季水温11℃，由于丽江全年温差不大，该工况为空气源热泵在丽江工作的典型工况。
丽江市居民电价为0.46元/KWh，电热值3600KJ/KWh,电热水器热效率0.95，典型工况下空气源热泵的热效率COP分别如下：RSJ-35N 3.8，RSJ-50N 3.4，DKFXRS-17Ⅱ03和DKFXRS-33Ⅱ034.2。
3.2 运行费用分析
在典型工况下，户型1每户日生活热水耗热量为440(kg/d)x4.187(KJ/kg.℃)x（60-11）（℃）=90271.7KJ/d， 参考文献[5]计算得SPA日耗热量为1460496 KJ/d。
日能源需求量=日耗热量÷能源热值÷热效率[4]
采用电热水器时,户型1每户生活热水日耗电量为90271.7÷3600÷0.95=26KWh；每户SPA日耗电量为1460496÷3600÷0.95=427KWh;日电费=（427+26）x0.46=208.4元/d。
采用空气源热泵时，户型1每户生活热水日耗电量为90271.7÷3600÷3.8=6.5KWh；每户SPA日耗电量为1460496÷3600÷4.2=96KWh;日电费=（96+6.5）x0.46=47.15元/d
同理可以得到户型2典型工况下日耗电量及运行费用如表5
表5 典型工况下各户型分户能耗费用表
可见户型1每户每日可节约用电349.8 KWh，节约电费161.5元，户型2每户每日可节约用电606.9 KWh，节约电费279.2元，整个项目每日可节约用电349.8x124+606.9x36=65223.6 KWh,节省电费3万元。
4 结论
4.1丽江尽管属于宜设辅助加热地区，如果采用低温型空气源热泵机组可以不设辅助加热，但需要空气源热泵厂家提供低温条件的设备测试数据，并根据低温工况选择设备。本项目在最初设计中根据如上原则未设置辅助加热，但是由于项目的高端性，后期在业主的要求下设置了电热水器作为辅助加热，以确保100%的热水供应，但是电辅助加热的利用率还有待在实际运行中检验。
4.2采用空气源热泵节能效果显著，本项目日节电6.5万余度，节省电费3万余元，具有很好的经济价值与环境价值，但是空气源热泵并未列入节能措施当中，以空气源热泵作为节能措施需要征求管理部门意见，这在一定程度上限制了空气源热泵的使用，空气源热泵政策地位的扶正还有待各方努力。
4.3该别墅项目尽管采用了空气源热泵作为节能措施，但是日耗电量仍然很大，最大的一部分能源消耗为SPA热损耗，建议在SPA不使用时，给SPA池加盖以降低热损失，以管理的手段节约能源。
参考文献
1、中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施（2009）给水排水[M].北京:中国计划出版社，2009
2、 GB50015-2003建筑给水排水设计规范（2009年版）
3 、CJJ122-2008 游泳池给水排水工程技术规程
4、李晓虹，苏华.空气源热泵热水系统设计与经济分析[J]给水排水，2011,37（9）：146~150
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
