南通航运学校大型空气源热泵热水工程设计

该校新校区的一座大型学生公寓，每层48间宿舍，共7层，每个宿舍住6人，要求为该学生公寓提供热水工程设计方案，必须满足2000人生活洗浴之用。洗 浴用热水设计为50~55℃，若按照每人每日60L设计，则每日需供热水120吨，另外，学校供应热水的时间为每日16:00至22:00。

南通处北纬31度41′至32度43′、东经120度12′至121度55′之间，属湿润性气候区，光照充足，气候温和，全年日照期约250多天。其中 2003年气象资料为：冬季（日平均气温低于10℃）的天数为119天，春秋两季（日平均气温在10℃～25℃）的天数为170天，夏季（日平均气温高于 25℃）的天数为76天。全年平均温度15℃，年最低气温零下5℃。

热水工程方案选择

目前可供选择用于制热水的主要设备有电锅炉、燃油锅炉、燃气锅炉及新型的空气源热泵热水机组。

下面就这几种设备及其加热方式进行经济性分析和投资效益计算。

计算条件：日正常供热水120吨，根据不同季节洗浴的要求，冬季以70%的使用率计算，日供应55℃热水84吨；春秋季以85%的使用率计算，日供应 55℃热水102吨；夏季以100%的使用率计算，日供应55℃热水120吨。用电设备的加热时段为00:00至08:00为宜（即尽量使用谷电时间 段）。

计算参数： 1.平均气温

冬季：t1=5.4℃ 春秋：t2=18.5℃ 夏季：t3=28.2℃ 2.自来水温度

冬季：△t1=50℃（进水温度5℃，出水温度55℃） 春秋：△t2=42℃（进水温度13℃，出水温度55℃） 夏季：△t3=35℃（进水温度20℃，出水温度55℃） 3.日总用水量

冬季：m1=84吨=84000kg 春秋：m2=102吨=102000kg 夏季：m3=120吨=120000kg

4.每天耗热量

冬季：Q1= m1×△t1=4,200,000 kcal 春秋：Q2= m2×△t2=4,284,000 kcal 夏季：Q3= m3×△t3=4,200,000 kcal 5.功率计算

冬季：4,200,000 kcal÷860÷8=610kw 春秋：4,284,000 kcal÷860÷8=623kw 夏季：4,200,000 kcal÷860÷8=610kw

6.计算天数：

冬季（日平均气温低于10℃）的天数为119天，扣除寒假30天，以89天计算；春秋两季（日平均气温在10℃～25℃）的天数为170天，夏季（日平均气温高于25℃）的天数为76天，扣除暑假60天，以16天计算。 [Page]

一、电锅炉

电锅炉加热经济性分析

根据目前市场情况，估计120吨热水用电锅炉的造价约为120万元左右。 最恶劣环境(-5℃)时单独使用蓄热电锅炉输入功率为： 4200000kcal÷860kcal/kWh÷90%=610÷90%=678kW 1.冬季运行费用

4200000kcal÷860kcal/kWh÷90%×0.23元/kWh×89天=11.11万元 2.春秋季运行费用

4284000kcal÷860kcal/kWh÷90%×0.23元/kWh×170天=21.64万元 3.夏季运行费用

4200000kcal÷860kcal/kWh÷90%×0.23元/kWh×16天=2.0万元 4.全年运行费用：11.11+21.64+2.0=34.75万元

5.全年耗电量：34.75万元÷0.23元/kWh =151.1(万kWh)

二、燃油锅炉

燃油锅炉加热经济性分析

根据目前市场情况，估计120吨热水用油锅炉的造价约为40万元左右。 1.冬季运行费用

4200000kcal÷10200kcal/kg÷80%×4.5元/kg×89天=20.61万元 2.春秋季运行费用

4284000kcal÷10200kcal/kg÷80%×4.5元/kg×170天=40.16万元 3.夏季运行费用

4200000kcal÷10200kcal/kg÷80%×4.5元/kg×16天=3.71万元 4.全年运行费用：20.61+40.16+3.71=64.48万元

三、燃气锅炉

燃气锅炉加热经济性分析 根据目前市场情况，估计120吨热水用液化气锅炉的造价约为40万元左右。 1.冬季运行费用

4200000kcal÷10800kcal/kg÷70%×5元/kg×89天=24.72万元 2.春秋季运行费用

4284000kcal÷10800kcal/kg÷70%×5元/kg×170天=48.17万元 3.夏季运行费用

4200000kcal÷10800kcal/kg÷70%×5元/kg×16天=4.44万元 4.全年运行费用：24.72+48.17+4.44=77.33万元

四、空气源热泵热水机

1.空气源热泵热水机加热的特点

空气源热泵热水机组是目前市场上受到普遍关注的新型节能环保热水加热产品。该类机组通过输入少量电能作为驱动从空气中吸收能量，输出3~4倍以上的能 量，大部分能量来自于空气，属于新型的节能产品；另外该类机组运行时无任何污染物产生，无安全隐患。机组安装方便，不需专用机房，可置于房顶等空闲空间。 机组运行维护保养量少，使用寿命长。 2.空气源热泵热水机加热经济性分析

按不利环境选型原则，即以-5℃时的工况为选型依据，总输出功率应为：4,200,000 kcal÷860÷8=610kW。

天舒品牌每台KRS-960/G-A型热泵机组在冬季-5℃时的输出功率为23.88kW,据此选用天舒KRS-960/G-A热泵机组16台，配一套 输入电功率为253.24kW [(610-23.88×16)÷90%=253.24]的电加热系统（以水箱内加电加热的方式），补偿冬季不足的功率 （式中90%为蓄热电锅炉的热效率）。 因而在冬季最恶劣环境下需最大输入电功率为：

23.88÷280%×16+253.24=388kW（式中280%为该恶劣工况下机组的平均能效比COP）。

此恶劣环境下单独使用蓄热电锅炉最大输入功率为：610÷90%=678kW，可见选用热泵配备蓄热锅炉与单独使用蓄热锅炉相比更省电：678-388=290(kW)，即每天多节电：290kW×8h=2320kWh。 ①冬季运行费用

A．主机平均运行费用

冬季平均气温约5℃，机组平均COP值约为350%。

4200000kcal÷860kcal/kWh÷350%×0.23元/kWh×89天=2.86万元 B．电加热平均运行费用：

KRS-960/G-A型热泵机组在冬季5℃时的输出功率为28.31kW/台,16台机组输出功率为453kW,与总功率需求610 kW，尚有157kW的缺口。 157kW÷90%×8h×0.23元/kWh×89天=2.85万元 冬季总运行费用：2.86+2.85=5.71万元

冬季总耗电:(4200000kcal÷860kcal/kWh÷350% +157kW÷90%×8h)×89天=24.8万kWh

②春秋季运行费用

A．主机平均运行费用：

春秋两季平均气温约18.5℃，机组平均COP值约为410%。

4284000kcal÷860kcal/kWh÷410%×0.23元/kWh×170天=4.75万元 B．电加热平均运行费用：

KRS-960/G-A型热泵机组在10℃时的输出功率为31kW/台,16台机组输出功率为496kW,总功率需求为623kW，即尚有127kW的缺口，这样的气温约有18天。 127kW÷90%×8h×0.23元/kWh×18天=0.47万元 春秋季总运行费用：4.75+0.47=5.22万元

春秋季总耗电:4284000kcal÷860kcal/kWh÷410%×170天+127kW÷90%×8h×18天=22.68万kWh ③夏季运行费用

夏季（日平均气温高于25℃）的天数为76天，扣除暑假60天，以16天计算,平均气温约28.2℃，COP值约为480%。

4200000kcal÷860kcal/kWh÷480%×0.23元/kWh×16天=0.37万元 夏季总耗电:4200000kcal÷860kcal/kWh÷480%×16天=1.62万kWh ④全年耗电量： 24.8+22.68+1.62=49.1(万kWh)

⑤全年运行费用：5.71+5.22+0.37=49.1万kWh×0.23元/kWh=11.3万元 五、投资效益计算比较

1.与蓄热电锅炉比较收回期：（160-120）÷（34.75-11.3）=1.7年，即通过不到两年的时间即可收回多投资的部分；以后每年可节约费用23.45万元； 每年可节约电量151.1万kWh-49.1万kWh=102万kWh

2.与油锅炉比较收回期：（160-40）÷（64.48-11.3）=2.2年，即通过两年多一点的时间即可收回多投资的部分；以后每年可节约费用53.18万元； 3.与液化气锅炉比较收回期：（160-40）÷（77.33-11.3）=1.8年，即通过不到两年的时间即可收回多投资的部分；以后每年可节约费用66.03万元。

六、社会效益

通过以上举例对比分析，空气源热泵热水机产品没有锅炉、电热水器、燃气热水器使用中所存在的易触电、易燃、易爆、易中毒等安全问题，是当今较为安全可靠 的供给设备，并且节能效果相当的明显。空气源热泵产品平均2-3年左右即可收回多投资的机组费用，以后每年即可为该校节省巨额开支，长此以往将为整个社会 节省大量的能源消耗。此类产品的开发推广符合我国可持续发展战略和节能、环保要求，像学校类场所更应推广应用新型节能环保产品，为社会节能环保工作带好 头。

空气源热泵热水工程设计方案

一、系统设计控制方案

该空气源热泵热水工程包括贮热水箱、热泵机组、辅助电加热和管路系统，其中贮热水箱和加热用热泵机组置于浴室楼面，电加热管置于水箱中作为辅助热源使用，中间设置循环泵和循环管路，水箱中的热水由变频增压泵系统送至浴室内的管网上，以供使用。具体设计情况大致如下：

1. 该工程热水系统由4台KRS-960/G－A机组和1只40T方形热水箱连接循环加热作为一个模块，整个工程共四个模块；每两个KRS-960/G－A机组为一个独立的系统；

2.初始运行时，热泵对水箱中的水循环加热，直至加热到设定温度，热泵自动停机；

3. 水箱补水由自来水管网直接补入，通过电磁阀控制，每天定时补水，电磁阀受定时器控制，定时时间根据学校实际情况设定； 4.水箱补进自来水后，水温下降，当水箱底部温度开关传送低温信号至热泵机组时热泵自动启动，开始加热，直至加热到设定温度，热泵自动停机； 5.水箱中电加热定时启动，定时时间根据环境温度及学校实际情况确定； 6.热水循环泵选用上海太平洋IRG65-160，热水回水泵选用上海太平洋IRG25-125；热水回水采用定时回水，定时时间根据学校实际情况确定；

7.机组进出水管均为DN65，其余管径见图中所标,系统最高点设DN25自动排气阀。

二、热泵系统模块图（见图）

三、工程实际情况

由于该工程比较大，并且2003年前长江流域的空气源热泵热水机组如此大的样板工程较少，学校对该产品不是很容易接受，再选择时存有顾虑。另外，该校区 为新建校区，只有少数专业在该校区上课，其它部分专业要过一段时间才搬过来，因而人数不是很多，大概450人左右。后来天舒公司根据该校这种特殊情况，与 校方达成节能投资协议，由天舒公司负责第一期设备投资(1个模块)和工程设计施工。

投资回收方式：以上述几种方案中电锅炉（或燃气锅 炉）方案作对比，为方便计算，采取每月由双方查抄水表、电表，以实际用水吨位数乘以在当月平均工况下电锅炉（或燃气锅炉）的运行成本单价，再扣除电表所示 的实际电费，即得出该月该校应返还给天舒公司的设备与工程投资金额。

该工程自竣工投入使用以来，制热水效果非常好，春夏秋冬四季均可 供55℃热水，校方能源管理人员对该期工程非常满意，已与天舒公司洽谈剩余工程事宜。另外南通地区的很多学校、宾馆、企业等单位在参观该工程后，也纷纷使 用或改造使用空气源热泵热水方案，南通地区也因此成为全国的空气源热泵热水工程示范城市。