空气源热泵热水机组的应用实例

摘要：泳池加热采用热泵技术, 是建筑节能的一种可行方式。通过实例介绍了泳池机组工作原理、系统原理图、选型计算、机组运行分析及其使用效果。合理地使用热泵技术不仅节能环保, 而且经济安全, 使用户投资与运行的性价比达到最佳。
随着我国经济的进一步发展, 绿色能源的利用将会越来越广泛。在文章所述项目的会所游泳池设计过程中, 对空气源热泵热水机组在会所游泳池中的应用进行一些分析。

1 工程概况

案例是位于杭州的某综合项目, 该项目包括1幢24万m2 的大型商场、3幢超高层住宅和1 幢3 层会所。其中室内游泳池设在会所的地下1层, 泳池水容积为435m3。

2 泳池机组工作原理及系统原理图

2. 1 机组工作原理

泳池机组采用的是热泵技术, 它是采用电能驱动把热量从低温热源转移到高温热源中的一种装置。根据逆卡诺循环原理, 采用少量的电能驱动压缩机运行, 高压的液态工质经过膨胀阀后在蒸发器内蒸发为气态, 并大量吸收空气中的热能, 气态的工质被压缩机压缩成为高温、高压的液态, 然后进入冷凝器放热,把水加热。如此不断地循环加热, 可以把水加热至50℃ ~ 65℃ 。在运行过程中, 消耗了1份的能量, 同时从环境空气中吸收转移了4份的能量(热量)到水中, 相对于电热水器而言, 节约了四分之三的电能。

2. 2 系统原理图

系统原理图见图1。


3 设计计算及选型

3. 1 项目设计条件

本项目设计条件: 泳池容量为435m3, 本设计的重点在于冬季情况下能满足泳池每小时所损失的热量。查相应设计规范可知冬季空气调节室外计算参数为-4℃, 将泳池水加热设计水温为28℃。

3. 2 设计计算过程

(1)室外计算参数, 见表1。


(2)冬季情况下泳池表面蒸发损失的热量按下式计算:

Qx = 1 /β·ρ·γ( 0. 017 4νf + 0. 022 9) (Pb - Pq )A (B /B′)

式中: Qx---泳池表面蒸发损失的热量( kJ /h) ;

β---压力换算系数, β= 133. 32 Pa;

ρ---水的密度( kg /L)

γ---与泳池水温相等的饱和蒸汽的蒸发汽化潜热 /( kJ/h);

νf----泳池水面上的风速/ (m/s) , 一般按下列规定采用: 室内水池νf =0.2~0.5m/s;

Pb---与泳池水温相等的饱和空气的水蒸汽分压力/Pa;

Pq---泳池的环境空气的水蒸汽压力/Pa;

A---泳池的水表面面积/m2;

B---标准大气压/Pa;

B′---当地的大气压力/Pa。

而泳池的水表面、池底、池壁、管道和设备等传导所损失的热量, 占泳池水表面蒸发损失热量的40%。

查相关参数表可知:

y = 2 435 kJ /kg

νf = 0. 35m / s

Pb = 3. 782 kPa

Pq = 2. 06 kPa

A = 290m2

B = 101 323 Pa

B′= 101 941 Pa

则Qx = 1 /β·ρ·γ( 0. 017 4νf + 0. 022 9) (Pb - Pq )A (B /B′)

= 1 /133. 32 × 1 × 2 435 ( 0. 0174 × 0. 35 +0. 0229) ( 3 782- 2 060) × 290 × 101 323 ÷101941= 262 800. 00( kJ/h)

加上泳池的水表面、池底、池壁、管道和设备等传导所损失的热量, 则泳池每小时总损失热量为:

262 055. 05 × 1. 2 = 314 466. 16(kJ/h) = 75 471. 97(kca l/h)

泳池补水加热所需的热量: Qb = αqb ρ( tr - tb ) /t

式中: Qb---游泳池补充水加热所需的热量( kJ/h);

α---热量换算系数, α= 4. 186 8;

qb---游泳池每日的补充水量/L; 按泳池水量的10%确定;

ρ---水的密度/ (kg/L) ;

tr ---游泳池水的温度/℃ ;

tb ---游泳池补充水水温/℃ ;

t---加热时间/h。

查相关参数表可知:

qb = 435m3 × 10% = 43. 5m3 = 43 500(L) ;

tr = 28℃   tb = 8℃

则Qb =αqb ρ( tr - tb ) /t

= 4. 186 8 × 43 500 × 1 × ( 28- 8) /12

= 303 543( kJ/h)

经计算得泳池平均每小时经水面蒸发和传导损失的热量、池壁和池底传导损失的热量、管道的净化水设备损失的热量、泳池补水所需的加热量合计为315 360 + 303 543 = 618 093 ( kJ /h )。由于一台SRW250S泳池热泵机组每小时可提供的热量为360 000 kJ/h, 而3台SRW250S泳池热泵机组可提供的热量为360 000 ×3= 1 080 000 kJ/h, 大于泳池每小时总的损失量。故泳池每小时损失的热量可由3 台SRW250S泳池热泵机组提供即可满足此泳池的要求。

泳池初次加热时间:

T = V ×18 ×4. 186 8/Q制 = 435×18 ×4. 186 8/1080= 30( h)

3. 3 机组运行分析

根据计算得泳池平均每小时经水面蒸发和传导损失的热量、池壁和池底传导损失的热量、管道的净化水设备损失的热量、泳池补水所需的加热量合计为618 093 kJ/h, 那么一天24小时的散热量为618 903 kJ/h × 24= 14 853 672( kJ/h), 3台SRW250S泳池热泵机组每天的开机时间为14 853 672 ÷1 080 000= 14( h), 所以, 机组每天运行14 h就能够达到所需的要求了。

4 结 语

随着国家节能要求的加强, 绿色能源的利用将渗透到各个领域。空气源热水热泵节能环保, 设计灵活、安装方便及机组能效比高、制热量大, 工程安装简便、运行及维护成本低廉, 使用安全等优点将更加明显。