双源热泵热水机的应用及运行经济性分析

摘要：双源热泵热水机即可以使用水源、也可以使用空气源制取生活卫生热水，是将水源热泵与空气源热泵相结合设备。双源热泵热水机的功能及使用范围得到了扩展，市场应用有广阔的前景。本文介绍双源热泵热水机的特点及应用领域，同时介绍了双源热泵的选型计算及运行费用分析。其目的在于，让用户认识双源热泵热水机的节能优势。

1. 前言

近年来，随着社会环保节能意识的增强及国家政策的支持，节能创新性产品不断出现。在热水器领域，从传统的燃气、电热水器到太阳能热水器，再到空气源热泵热水器、水源热泵热水器，热水器的发展发生了非常大的变革。热水器节能产品的发展还在持续，双源热泵热水机就是其中之一。双源热泵热水机组可以分别利用水源和空气源制取卫生热水。机组采用双热源设计，不同季节可以采用不同热源。充分保证机组始终处于理想的工况下运行，避免了水源热泵热水机组在冬天冻裂水源侧换热器。其是空气源热泵热水器与水源热泵热水器相结合的设备，具有一年四季产热水的功能。图1所示为双源热泵热水机的示意图。双源热泵热水机由压缩机、热回收换热器、水源侧蒸发器、空气侧蒸发器等组成，水源侧蒸发器和空气侧蒸发器可以方便的切换吸热来制取生活卫生热水。

2. 双源热泵在冷却水热回收中的应用

双源热泵热水机可以应用于冷水机组、水环热泵的冷却水热回收。图2为双源热泵应用于水环热泵的系统原理图。图中，双源热泵热水机放置在冷却水的供水管路上，供水主干管上设置压差式流量调节阀，双源热泵水源侧进水管路上设置增压泵。卫生热水系统包含加热水箱与蓄热水箱组成加热、恒温、供水系统。

夏季热水：夏季空调系统运行时，机组处于水源工况，回收空调冷凝热制取卫生热水。水源侧进水温度高，因此机组能效高达6.0。另一方面，水环热泵冷却水供水温度降低，分散式水环热泵主机的能效可提高5%~10%。

冬季热水：机组处于空气源工况，通过吸收空气中的热量制取卫生热水。此时的双源热泵热水机相当于空气源热泵热水器，从而避免了冬季水源侧进水温度过低或流量偏小，导致水源侧蒸发器出现冰爆。

过渡季节热水：水环热泵运行时，使用水源工况制热水;水环热泵不运行时，使用空气源制热水。

当蓄热水箱内水温低于45℃时，热水系统通过温度传感器把信号传给恒温水泵，恒温泵启动，双源热泵热水机组启动，循环加热卫生热水直至55℃。

3. 双源热泵在冷冻水热回收中的应用

双源热泵热水机可以应用于冷冻水热回收。将双源热泵热水机接到冷水机组冷冻水的供、回水管路上，系统原理图见图3。由冷水机组冷冻水系统、双源热泵热水机组、加热水箱、蓄热水箱、加热水泵、放水恒温泵、热水供水泵等组成。冷冻水回水一部分进冷水机组、一部分进双源热泵热水机。双源热泵既制取冷冻水，又回收冷冻水中的热量制取生活卫生热水，能源利用率高，综合能效达7.5。冬季或过渡季节不使用空调时，双源热泵热水机采用空气源制热水。

对于运行时间较长的冷水机组，双源热泵可以补充由于冷水机组性能下降而导致的冷量衰减。对于新的冷水机组，双源热泵提供额外的冷量，可以缩短冷水机组压缩机的运行时间。

4. 选型计算

(1)使用区域

由于受到环境温度及湿度的限制，双源热泵热水机主要适用于长江沿线及其以南地区，即夏热冬冷地区、温和地区及夏热冬暖地区，见表1。

(2) 运行时间的确定：

考虑到机组的使用寿命及初投资和运行费用，故机组运行时间必须适宜。夏季取8～12小时为宜，冬季不宜超过16小时。在冬季工况比较恶劣的情况下，建议增加其它辅助热源。

(3) 热水负荷计算：

热水负荷可按下式进行计算：

Q=V×△t×1.163÷T

Q—机组制热量 kw

V—日用水量 m3

△t—冷热水计算温差 ℃

T—运行时间 h(小时)

(4)冷水计算温度：

各地区冷水计算温度按地面水温取值，见表2

(5)机组的选用：

机组选型时应根据当地冬季环境温度对机组制热量进行修正。机组选型可参考生产企业(如中宇)的产品说明书。

(6) 加热循环泵的选用：

加热循环泵，应能满足全年工况下系统的安全运行，系统的水流量按4℃温差进行计算，计算出的流量乘以1.2的安全系数进行选泵。

(7) 放水、恒温泵选用：

放水恒温泵流量取两小时将日用水量全部放到蓄热水箱进行计算

(8) 供水增压泵选用：

供水增压泵流量按下式选用：

Ng-用水器具给水当量总数

供水增压泵扬程除克服管道阻力外加上5m的卫生器具出水压头

(9)保温水箱的选用：

水箱采用不锈钢保温水箱，可 为内外不锈钢板材或内不锈钢外彩钢板，夹层为50mm厚的聚氨脂发泡保温。容积可按下式计算：

加热水箱容积：系统0.6～1小时的额定工况产水量

蓄热水箱容积：

A、不定时供水系统：日用水量×70%-加热水箱容积-3小时当地最冷工况系统产水量

B、定时供水系统：日用水量×80%-加热水箱容积-供水时长×当地最冷工况系统时产水量

以某酒店为案例分析双源热泵的节能优势。酒店共八层，标准双人间100间，卫生热水日用量100×100×2×0.8=16m3，全年供55℃卫生热水。

(1)设计参数

卫生热水设计参数

额定工况：干球温度20℃ / 湿球温度15℃

低温工况：干球温度 7℃ / 相对湿度70%

冷水计算温度:10℃

热水计算温度：55℃

(2)设计方案

热水：设计运行时间为12小时，

系统制热量：16×(55-10)×1.163÷12=69.78kw

方案一：空气源热泵热水器

选用制热量为80.0KW的热泵热水器1台，其主要参数见表3。

冬季制热量修正0.75，则实际制热量60KW，机组制热水运行时间14小时。

方案二：燃气热水器

100套燃气热水器。

方案三：电热水器

选用制热量为1.5KW的电热水器100套，其主要参数见表4。

方案四：双源热泵热水机组

选用制热冷量为80KW的双源热泵热水机组1台,其在额定工况下主要参数见表5。

冬季制热量修正系数为0.75，则机组小时实际制热量60kw，机组制热水运行时间14小时.夏季机组处于水源工况，制热量修正系数为1.5，则机组小时实际制热量120kw，机组制热水的运行时间为6小时。过渡季节为额定工况，运行时间为10.5小时。(3) 运行费用比较

各方案热水运行费用比较见表6。

注：1、夏季运行时间为5个月，冬季运行时间为2个月，过渡季节运行时间为5个月;

2、电费按1.00元/kwh;液化气按6.0元/kg;

方案四是夏天利用双源热泵热水机组回收空调冷凝热制取热水，利用免费热源制热水的同时提高空调系统的能效比，节省空调系统运行费用5%～10%。可见，选用双源热泵热水机组不仅热水的运行费用最低，而且可以降低空调的运行费用。

6. 结论

双源热泵热水机作为创新型节能产品，具有明显的节能优势。其既可以使用水源，也可以使用空气源制取卫生热水。与水源热泵热水器和空气源热泵热水器相比，其功能及使用范围得到了扩展。本文介绍了双源热泵热水机在冷水机组、水环热泵冷却水热回收中的应用，也介绍了双源热泵热水机在冷冻水热回收中的应用。本文对双源热泵热水机的选型进行了阐述。通过运行经济分析看出，双源热泵热水机在各种方案中，最节能。

参考文献

1. 《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003.

2. 《采暖通风与空气调节设计规范》GB50019-2003.

3 上海现代建筑设计(集团)有限公司. 建筑节能环保技术与产品-设计选用指南 冷热源[M].北京:中国建筑工业出版社,2008.

4 广州中宇冷气科技发展有限公司. 热泵热水机工程设计手册.