水源热泵的热回收应用实例
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图1水源热泵热回收系统原理图
这种热回收方式适用于冷量大、排气温度较低的离心式冷水机组；冷凝热的回收率高，热水的供应量较大；改造的过程中只涉及冷却水系统，对冷水机组影响较小。
3设计细节
3.1温度设置
为尽量通过板式换热器回收冷却水热量，冷端出水温度应尽量设高，暂定为比37℃仅低1℃的36℃。
通过热泵加热循环水，蓄热水箱内水温达到52℃。
为了使生活热水箱内温度分布均匀，减少热水混合时的热量损失，水箱进出水管伸入水箱内，均匀分布于水箱内，水管贴近水箱，水箱内水管的喷淋开口均匀布置。
水管喷淋孔的布置示意如下：
图2蓄热水箱内水管布置图
3.2流量确定
前面已经介绍，每天锅炉的用水量为7吨左右，锅炉出汽压力0.74Mpa,温度166℃，查表可知蒸汽相变热为1997kJ/kg。
80％的蒸汽，即5.6吨自来水产生的蒸汽，提供生活热水用热。
锅炉进水温度按照18℃计算，其焓值为75kJ/kg，由此可得每天生活热水耗热量为5.6×1000×（1997-75）＝1.076×107kJ。
使用热回收方案，为提供相同的热量，把18℃的自来水加热到52℃（218kJ/kg），所需的总水
量为1.076×107/（218-75）＝75.2t
为保证及时供给所需热水，加水时间不宜过长，现设定为4小时，算出板式换热器冷端流量为18.8t/h，相应热端流量为68t/h。
水源热泵冷热端流量均设为18.8t/h。
冷却水被分成三路，通过F3，F4，F5控制，根据不同的运行工况，F4，F5开启或关闭，而流入冷却塔的原冷却水流量则通过F3做相应调节。
3.3自控系统
系统不同的运行工况可以通过阀门进行调节，具体设定为：
4热泵加热循环水：热水温度未达52℃时，打开阀门F1，F4，水泵2，关闭F2，F5，水泵1，开启热泵（F3调）
5生活热水箱补水：热水箱需要补水时，打开阀门F2，F4，F5，水泵1，关闭F1，水泵2，开启热泵（F3调）
6水温水位均未满足要求时先进行补水（同b）
3.4保温
因为要利用冷却水的热量，通过板式换热器和热泵的两路37℃冷却水管均需保温。
原理图右半部的水管，除自来水箱倒板式换热器的18℃供水管外，均需保温。
7经济分析
原来采用燃油蒸汽锅炉进行生活热水供热时，每天生活热水耗热量1.076×107kJ，使用燃料为零号柴油，燃烧值按国4.2万kJ/kg，锅炉效率取0.85，则每天需要消耗燃油301.4kg。
油价按照4.2元/kg计算，每天用于生活热水的运行费用为1266元。
现用水源热泵进行热回收，运行费用主要是水源热泵和添加水泵消耗的电费。
经过计算，水源热泵的功率选为40kW，泵1和泵2的功率均估算为1.5kW，热泵运行时间按照11小时计算，补水时间为4小时。
表1上海市电网夏季销售电价表
时段峰时段平时段谷时段
电度电价 1.0490.6460.239
基本电费26元/（千伏安×月）
注：本表所列电价适用于工商业及其他用电；
峰、平、谷时段划分：峰时段（8～11时、13～15时、18～21时），平时段（6～8时、11～13时、15～18时、21～22时），谷时段（22时～次日6时）
该系统设有蓄热水箱，运行时尽量使用低谷和平段电，热泵按6小时低谷电、3小时平段电、2小时峰段电运行计算电费，每天的电费计算为41.5×（6×0.239＋3×0.646+2×1.049）＝227元，每年供冷期按照135天计算，一年的电费为227×135+26×41.5×4.5＝35500元。
则使用水源热泵每年可节省运行费用
1266×135－35500≈13.54万元
进行系统的改造需要添设水源热泵、板式换热器、水泵、管道和阀门以及自控装置，所需加设的蓄热水箱可改造酒店原有废弃不用的冷水箱，加上安装及税收费用，预计初投资需要50万元左右。
通过节省运行费用，初投资只需4年左右就可以回收。
采用冷凝热回收方式来加热生活热水具有很好的社会效益，它只消耗少量的电能，特别是使用低谷电，无污染，干净卫生，可以保护环境，提高了建筑物的档次。
与燃油锅炉相比，减少了CO2气体的排放，缓解城市的热岛效应；同时减少燃油锅炉烟气中所含的SO2、CO、NOx等有害气体，降低了对环境的污染。
表2污染物排放指标
排放指标电燃油
CO2/(g/MJ)26486
SO2/(mg/MJ)1778270.9
NOx/(mg/MJ)1009296.2
总悬浮颗粒物
244.438.67
TSP/(mg/MJ)
表3两种方案每年污染物排放量
污染物电燃油改造后污染物减少量
CO2/(t)58.712566.3
SO2/(kg)3923942
NOx/(kg)224430.5206.5
总悬浮颗粒物
53.956.2 2.3
TSP/(kg)
注：因为热泵充分利用富余的低谷电，有利于电网平衡。
虽然生产低谷电也要排放污染物，但对整个电网而言，富余的低谷电不用也是浪费。
8设计体会
由于本项目是对原有热水系统的改造，机房内的原有设备和管道已经布置好，进行改造时要充分考虑到机房空间以及原有各种管道的走向，确定添设的主要设备：水源热泵和板式换热器的位置以及相应管道的布置，管路尽可能不要拉得太长，根据实地情况，尽可能布置得美观整齐。
本宾馆原有的供热系统除了生活热水外，还要供给蒸饭用热。
改造后生活热水系统可不依赖锅炉，但蒸饭所需的蒸汽，虽然其用热量仅占总热量的20％左右，仍需锅炉来提供。
为了满足这一小部分用热量仍需开启锅炉，一定程度上降低了整个供热系统的经济性。
目前这种利用高温水源热泵进行热回收的方式主要还停留在理论上的探讨阶段，将之付诸实施的工程实例很少。
但在能源越来越紧缺的形势下，充分回收和利用能源是缓解能源危机的一个有效出路。
前面已经分析过这种热回收方式的经济性和社会效益，可以看出它的发展潜力很大。
笔者课题组在导师的带领下，花费了大量的时间和精力设计这一系统，相信这种热回收方式一定会为该宾馆带来良好的经济和社会效益，为以后类似的改造工程树立榜样，并不断积累经验，使这一技术日益成熟。
参考文献
1陆耀庆，主编.实用供热空调设计手册.北京：中国建筑工业出版社，1997
2吴建中、李宝林.水源热泵在电厂中的应用.建筑热能通风空调.2005（2）61-63。
