太阳能-水源热泵热水系统在医院洗浴热水中的应用

太阳能-水源热泵热水系统在医院洗浴热水中的应用
Solar Water Source Heat Pump Hot Water System in a Hospital Hot Water bath in the
Application
文︱张芹芹 牟萌 周建昌

摘 要：近年来，各地以各种形式支持节能减排，水源热泵系统作为一种
新型能源，也逐渐成为节能的主流冷热源，水源热泵热水系统代替锅炉制热水也
逐渐被热水用户接受。结合空调系统设计，某工程洗浴热水系统采用太阳能间接
加热热水系统，并以水源热泵机组作为辅助热源。这种热水设备可以减轻热水制
备对于日趋紧张的燃料供应的依赖和节能减排压力，降低热水制备的成本。

关键词：医院洗浴热水 太阳能-水源热泵热水系统 节能环保
Abstract: In recent years, in various forms around the support energy conservation,
water source heat pump system as a new type of energy, have gradually become the
mainstream of hot and cold energy source, water source heat pump hot water system,
hot water boiler system is gradually replaced by water users to accept . With
air-conditioning system design, a bath of hot water system uses solar energy
engineering indirect heating hot water systems, and water source heat pump as an
auxiliary heat source. This can reduce hot water heating equipment for the preparation
of the increasingly tight fuel supply pressure dependence and energy savings, reduce
the cost of hot water preparation.
Keywords: Hospital hot water bath Solar energy - water source heat pump hot
water system Energy saving
一、前言
太阳能作为清洁的环保能源，经过了多年的安全运行已普遍应用于生活热水
系统。但是，由于太阳能热水系统灵活性差，且出水水温不稳定，遇阴雨天气日
照不充足时，不能满足使用要求。尤其是在北方寒冷地区，冬季日照条件差，这
种不合理性更为突出。医院建筑洗浴热水用水量大，且对热水要求较高，单纯的
太阳能热水系统实际使用起来不太合理，需要增加辅助热源。我们在北方某医院
的工程空调冷热源设计中采用水源热泵系统，通过太阳能-水源热泵热水系统在
洗浴热水中的应用实例，验证了系统的组成和工作原理，分析出系统的经济性，
最终得出此系统节能环保、运行安全可靠、适于推广的结论。

二、工程概况
北方寒冷地区某医院工程为该市中心医院外科病房大楼，总建筑面积
63879m2，建筑高度93.40m，为一类高层建筑。各层功能布置如下——地下一层：
设备机房、变配电室等；一层:大厅、出入院办理、病房药房、静脉配液中心、
中心供应；二层:输血科、病理科、ICU、预留发展用房；三层: 中心手术室；四
层: 科研教学区、会议区、净化空调机房；五层: 儿科护理单元、NICU；六层: 分
娩及烧伤科；七层：产科；八层：妇科；九层—二十二层：普通护理单元（其中
十三层为康复科护理单元、十九层为五官科护理单元）；机房层：水箱间、电梯
机房。总床位数1000床。

三、热水系统简介
医院病房洗浴热水系统采用太阳能-水箱和水源热泵热水机组联合供水方
式。太阳能集热器（防冻介质循环）放置在最高屋面，热水箱、太阳能循环泵、
太阳能循环系统换热器、热水系统循环泵均放置在屋顶水箱间内。水源热泵机房
设于地下室，热水箱有两根DN150的管道与地下室水源热泵系统连接。
热水系统采用干管、立管同程循环，热水分区同冷水。其中顶层由于水箱高
度不够而采用变频机组供水。十三至二十一层为高区，五至十二层为低区，由于
压力偏大，低区采取干管减压的措施。热水供水温度均为550 C，病房定时供水，
每次供水时间不小于2小时，两次供水时间间隔不小于3小时。建议在下午或晚
上供水，以充分发挥太阳能的作用。各区热水供水量及小时耗热量见表1。
表1 各区热水供水量及小时耗热量

热水分区
设计小时 热水量（m3/h） 设计小时
耗热量（KW/h）
二十二层
3.4 171
高区
30.1 2457
低区
26.6 1369
该工程在水源热泵机组的选型中，兼顾空调冷热负荷和生活洗浴热水耗热
量的要求，以空调冷热负荷为基本参数。生活洗浴热水以太阳能热水系统制备为
主，充分节约能源。空调冷热源设计选用四台水源热泵螺杆机组作为空调系统冷
热源并提供洗浴热水，其中两台机组带50%热回收，型号为LSWD520HS；一台
不带热回收，型号为LSWD520H；一台型号为LSWD160H；补充冬季制热及过
渡季节制备热水。四台水源热泵机组并联使用，通过集分水器和压差控制器实现
分区管理。
图1 太阳能-水源热泵热水系统原理图

四、系统工作原理
太阳能-水源热泵热水系原理图，见图1。
（一）太阳能-水源热泵热水系统运行工况
1.夏季空调系统为制冷工况
水源热泵机组中带热回收的两台机组为洗浴热水系统服务。在光照充足的条
件下，可以利用太阳能系统提供医院的洗浴热水，也可以利用带热回收功能的水
源热泵机组回收的热量制备热水；当遇到阴雨天气，太阳能集热器温度不足以加
热洗浴热水时，主要利用水源热泵机组回收的热量作为洗浴热水的热源。
2.过渡季节医院空调不运行
这时优先使用太阳能热水系统提供洗浴热水，当太阳能集热器温度不足以加
热洗浴热水时，启动型号为LSWD160H的水源热泵机组制热水。
3.冬季医院空调运行制热模式
一台不带热回收功能的水源热泵机组LSWD160H用于洗浴热水制备，太阳
能热水系统同时工作。光照充足时，利用太阳能系统提供医院的洗浴热水；当太
阳能集热器温度不足以加热洗浴热水时，热水全部由水源热泵机组制备。带热回
收功能的水源热泵机组，在冬季可回收热量极低，只能制备少量的洗浴热水，仅
作为备用。
（二）太阳能-水源热泵热水系统的控制方式
系统通过时间和水箱水温控制水源热泵循环系统的开启，只要条件具备，就
优先启动太阳能循环系统。机组每隔30分钟检测水箱温度一次，当水箱温度比
设定值低7℃时，水源热泵系统自动启动，同时停止太阳能循环泵；当水温达到
设定温度时，系统即自动关闭；当集热器温度大于水箱设定值2℃时，关闭水源
热泵系统，启动太阳能系统。
在光照条件下，当集热器温度大于储水箱温度5℃时系统启动太阳能循环
泵，当集热器与储水箱水温温差小于2℃时，太阳能循环泵停止工作。水箱热水
设定温度为55℃。当热水系统回水端温度≤50℃时启动热水循环泵，当温度等
于55℃时停泵，定时供热水系统在设定的工作时间外不启动，以节约能量。
补水控制：当水箱水位低于最低水位时，补水电磁阀开启，向水箱补水；当
水位达到高水位时，补水电磁阀关闭，停止补水。

五、经济性分析
各种加热设备的运行费用，见表2。
表2 各种类型热水系统加热成本与投资对比（10吨热水）
加热形式 燃气锅炉 燃煤锅炉 太阳能-水源热泵系统
燃烧种类 天然气 煤 电
污染情况 污染 严重污染 无
10吨水需费用（元/天） 130 108 31（仅过渡季节和冬季）
年燃料费用（万元）
4.7 3.9 1.02
人工费（万元/年） 4 4 无
设备寿命（年）
5 5 15
设备价格（万元）
2.2 1.5 25
年运行费合计
8.7 7.9 1.02
15年合计费用（万元）
137.1 123 40.3
注：初始条件，冷水计算温度10℃，加热终止温度55℃，能源计算价格：天然
气2.4元/立方米，煤0.5元/千克，电0.8元/度（参照某地区的价格）。
表2的数据显示出太阳能-水源热泵热水系统运行具有明显的经济性。
六、结束语
水源热泵系统具有节能环保的特点，近几年各地政府均采取相应的补贴措
施，推广使用这种新型的节能产品。太阳能-水源热泵热水系统将太阳能系统与
热回收型水源热泵系统有机结合起来，能够保证系统稳定可靠地运行，满足医院
全年全天候的热水需求，虽然系统初期投资较大，但能够节约热水系统常规的能
源消耗，可带来可观的经济和环境效益。