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摘要：针对珠海市特有的地理环境与气候条件，介绍某酒店大楼的空气源热泵全热回收在热水供应系统中的应用。并与传统的空调系统和生活热水供应系统进行比较。探讨了空气源热泵全热回收技术在生活热水供应系统的设计应用。
关键词： 空气源热泵，全热回收，卫生热水，能源效率
Abstract: aiming at the zhuhai special geographical environment and climate conditions, this paper describes the building a hotel of air source heat pump all the heat recovery in the hot water supply system, the application. And with the traditional air conditioning system and living hot water supply system are compared. Discusses the air source heat pump all the heat recovery technology in the life of the hot water supply system design application.
Keywords: air source heat pump, the heat recovery, sanitary hot water, energy efficiency
中图分类号：TU822+.6文献标识码：A 文章编号：
引言
改革开放三十多年来，随着中国经济的快速增长，能源消耗也在大幅度增加。根据国家相关数据统计，目前我国的能源消费量和温室气体的排放量已经超过美国，成为全球最大的能源消费国和温室气体排放国。空调业一直是建筑业中能源消耗大户，有资料表明，空调能耗占所有能耗的70%，而其中50%~70%的能源主要以废热的形式损失掉了。与此同时，人们对于生活热水的需求却越来越大，用于生活热水的能源也越来越多。据估计，生活热水供应能耗将成为继空调能耗之后的第二大能耗大户。利用空调冷凝热的热回收技术来提供生活热水，可以提高能源的综合利用效率。本文将以珠海某豪华酒店项目设计为案例，介绍空调全热回收技术的工作原理，将其与传统的空调系统和生活热水供应系统进行比较。探讨了空气源热泵全热回收技术在生活热水供应系统的设计应用，以寻求一种技术可行、经济合理、节能环保的空调与生活热水的供应系统。
0 项目概况
该酒店地处广东省珠海市拱北情侣南路，总占地面积 2490.0平方米，总建筑面积30337.65平方米，总建筑高度为79.8米。酒店共22层，地下负二层为设备用房，负一层为物业管理用房、地上一~四层为大型购物商场、五层为KTV、六层为桑拿房、七~十九层客房、二十~二十一层中西餐厅、二十二层为会议中心和多功能用房。
1.1 冷热负荷计算
根据逐时冷负荷计算所得空调计算冷负荷3525KW（其中商场1100KW及KTV部分冷负荷365KW，桑拿、餐厅及客房部分的冷负荷为2030KW），采暖热负荷为630KW（仅客房及桑拿部分需采暖），根据《建筑给水排水设计规范》中规范计算所得每天的生活热水的用水量为104T，每小时生活热水的最大用水量24T。
1.2 冷热源选择
由于酒店功能比较多样化，而有采暖需求的仅为客房与桑拿房部分，因此该酒店的空调系统分区域及分系统设计。该酒店地处于珠海这个海滨城市，全年供冷天数达244天，最近十年冬天最冷天的温度为15℃，而商场四面不开窗，由于设备、灯光、人员及天气等原因，商场冬天需提供冷气，KTV和商场的供冷由于营业时间的差异而错峰供冷，故酒店商场及物业管理用房采用传统的水冷式集中中央供冷系统，两台单冷式螺杆机组PFS170.19（主机制冷量592.7kw*2），主机房放置在地下二层（此处不做详细说明）。
其他功能区域中央空调及采暖系统采用小型风冷全热回收热泵机组+小型风冷热泵单冷型机组相结合的模式。12台MAC230DRSR型全热回收机组，18台MAC230D单冷型机组，基本参数见表1。夏天为空调提供冷水的同时，免费提供55℃的生活热水，当蓄足热量且无生活热水负荷时，冷凝热通过机组本身的风扇散至空气中。冬天，机组模式转换成采暖与生活热水错峰运行的混合运行模式，为酒店提供采暖热水及生活热水。
表1 热泵机组的参数表
机组工况 制冷量/kw 制热量/kw 回收热量/kw 蒸发侧温度/℃ 冷凝侧温度 /℃ 输入功率 /kw
全热回收工况 65 68 75 7/12 40/45 19.2/18.0
单冷工况 65 - - 7/12 35 19.6
从表中可知，热泵机组的制冷的能效比为3.39，比一般常规的水冷冷水机组的能效比要低，但是，热泵機组能全热回收热量，为生活热水用户提供55℃的生活热水，能效比为4.17，综合能效比达7.56，远远高于水冷冷水机组+其他热水机组供热的方案。
1.3 热水耗热量及热水水箱的计算
采用空调全热回收机组为热源的生活热水供应系统设计包括：空调制冷量及冬天的供暖量（已计算）、生活热水耗热量、蓄热水箱的容积、冬天最不利条件下的生活热水耗热量的设计计算。由于考虑到冬天的供暖需求，12台全热回收机组中8台为冬天供暖设备，夏天的生活热水量都满足要求，因此，我们需核对计算在冬天的最不利天气的情况下的生活热水的设计计算。
冬天的最不利天气设计热水水温为55℃，冷水水温为15℃，生活热水供应量的计算公式：
⑴
⑵
式⑴中 Qh为每小时耗热量(kJ/h)；m为用水计量单位数（人数或床位数）；取m=650人；qr为热水用水定额（L/人•d），取qr=160 L/（人•d）；c为水的比热容，C=4.187（kJ/kg•℃）；tr为热水温度，取tr=55℃；tl为冷水温度，取冬天最不利温度tl=15℃； 为热水密度；T为每日使用时间（h）；qrd为设计日热水用水量（L/ d）；Kh为小时变化系数，取Kh=3.33。
经计算，每天的生活热水的用水量为104T，设计每小时的最大用水量14.5m3/h，日耗热量为4838KW。因此，选用4台全热回收机组来为酒店冬天提供生活热水满足设计要求。为保证酒店的生活热水的供应，同时错峰供水，系统设计两个25T的保温水箱来满足系统的热水供应要求，其中一个为变温水箱，用于全热回收机组与生活热水系统的制热循环。
1.4 全热全热回收热泵机组系统的工作原理
本工程采用了该机组系统为酒店提供空调冷水的同时，也供应酒店的生活热水。以下仅介绍全热回收机的工作原理，单冷型机组不做介绍。
在炎热的夏季当酒店有空调负荷时，该12台全热回收机组工作模式为制冷带全热回收模式，在制冷的同时，优先为酒店提供生活热水，当生活热水满足需求后，该机组工作模式自动转换为单制冷模式，空调冷凝热由该机组本身的风扇将热量散失到空气中；而在寒冷的冬天酒店无空调负荷时，由于用水高峰为早上7~9时与晚上18~22时，该12台全热回收机组模式转换为采暖与生活热水错峰运行混合的模式，提供55℃的热水同时为酒店提供生活热水及酒店房间所需的采暖负荷。
系统的切换为全自动控制，通过温度感应器给信号主机来控制系统各个模式间的转换，无需人工切换。
图1全热回收机组的系统工作原理
1 经济分析
由于酒店的制冷需求和供暖需求对于不同的系统而言，运行费用相差不大，可忽略不计，因此，仅对产生生活热水而产生的运行费用进行了分析和比较，见表2。
1.1 经济性分析
根据该酒店所选用的全热回收机组的情况，全年制冷天数244天，客房全天24h供冷，机组每天的热水供应量为104T(温升40℃)：
表2 全热回收机组与其他热水机组的与运行费用比较表
在经济上，制冷季节利用冷凝热制取生活热水，热水完全免费，冬季制取热水的费用也只相当于电加热器的35%；在热回收时，风机停止转动，整机能耗下降。
在安全上：全热回收机组制取生活热水，不消耗燃料，无泄漏，水电分离，避免了火灾、爆炸及触电等安全隐患。
在功能上：机组集制冷、供暖、全热回收制取生活热水三种运行模式一身，各模式间自动切换，运行管理方便。
在环保上：不仅可缓解城市的“热岛效应”，降低燃料或电能的消耗，减少燃烧废气的排放，还可以使机组的运行噪声降至最低。
2 结语
把全热回收系统引入常规的空调系统及生活热水系统中，分析比较系统的性能，确认最合理的空调与热水机组的匹配关系至关重要。并且，在南方这种夏热冬暖、全年供冷时间高达250d的地区，空调冷凝热回收技术对于减少废热排放，实现节能运行的意义重大，具有很好的发展前景。
参考文献：
① 江辉民，马最良，姚杨，等。小型空调器冷凝热回收技术的研究现状与应用分析【J】。暖通空调，2005,35（10）：29-35
② 荣国华。夏季制冷机组冷凝热的回收利用【J】。暖通空调，1998,28（2）：27-29
③ 黄璞洁，李艳霞，何耀炳，许伊那，等。集中空调冷凝热回收技术在生活热水供应系统中的应用。暖通空调，2011,41（8）：54-57
④ 《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009年版）
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。
关键词： 空气源热泵，全热回收，卫生热水，能源效率
Abstract: aiming at the zhuhai special geographical environment and climate conditions, this paper describes the building a hotel of air source heat pump all the heat recovery in the hot water supply system, the application. And with the traditional air conditioning system and living hot water supply system are compared. Discusses the air source heat pump all the heat recovery technology in the life of the hot water supply system design application.
Keywords: air source heat pump, the heat recovery, sanitary hot water, energy efficiency
中图分类号：TU822+.6文献标识码：A 文章编号：
引言
改革开放三十多年来，随着中国经济的快速增长，能源消耗也在大幅度增加。根据国家相关数据统计，目前我国的能源消费量和温室气体的排放量已经超过美国，成为全球最大的能源消费国和温室气体排放国。空调业一直是建筑业中能源消耗大户，有资料表明，空调能耗占所有能耗的70%，而其中50%~70%的能源主要以废热的形式损失掉了。与此同时，人们对于生活热水的需求却越来越大，用于生活热水的能源也越来越多。据估计，生活热水供应能耗将成为继空调能耗之后的第二大能耗大户。利用空调冷凝热的热回收技术来提供生活热水，可以提高能源的综合利用效率。本文将以珠海某豪华酒店项目设计为案例，介绍空调全热回收技术的工作原理，将其与传统的空调系统和生活热水供应系统进行比较。探讨了空气源热泵全热回收技术在生活热水供应系统的设计应用，以寻求一种技术可行、经济合理、节能环保的空调与生活热水的供应系统。
0 项目概况
该酒店地处广东省珠海市拱北情侣南路，总占地面积 2490.0平方米，总建筑面积30337.65平方米，总建筑高度为79.8米。酒店共22层，地下负二层为设备用房，负一层为物业管理用房、地上一~四层为大型购物商场、五层为KTV、六层为桑拿房、七~十九层客房、二十~二十一层中西餐厅、二十二层为会议中心和多功能用房。
1.1 冷热负荷计算
根据逐时冷负荷计算所得空调计算冷负荷3525KW（其中商场1100KW及KTV部分冷负荷365KW，桑拿、餐厅及客房部分的冷负荷为2030KW），采暖热负荷为630KW（仅客房及桑拿部分需采暖），根据《建筑给水排水设计规范》中规范计算所得每天的生活热水的用水量为104T，每小时生活热水的最大用水量24T。
1.2 冷热源选择
由于酒店功能比较多样化，而有采暖需求的仅为客房与桑拿房部分，因此该酒店的空调系统分区域及分系统设计。该酒店地处于珠海这个海滨城市，全年供冷天数达244天，最近十年冬天最冷天的温度为15℃，而商场四面不开窗，由于设备、灯光、人员及天气等原因，商场冬天需提供冷气，KTV和商场的供冷由于营业时间的差异而错峰供冷，故酒店商场及物业管理用房采用传统的水冷式集中中央供冷系统，两台单冷式螺杆机组PFS170.19（主机制冷量592.7kw*2），主机房放置在地下二层（此处不做详细说明）。
其他功能区域中央空调及采暖系统采用小型风冷全热回收热泵机组+小型风冷热泵单冷型机组相结合的模式。12台MAC230DRSR型全热回收机组，18台MAC230D单冷型机组，基本参数见表1。夏天为空调提供冷水的同时，免费提供55℃的生活热水，当蓄足热量且无生活热水负荷时，冷凝热通过机组本身的风扇散至空气中。冬天，机组模式转换成采暖与生活热水错峰运行的混合运行模式，为酒店提供采暖热水及生活热水。
表1 热泵机组的参数表
机组工况 制冷量/kw 制热量/kw 回收热量/kw 蒸发侧温度/℃ 冷凝侧温度 /℃ 输入功率 /kw
全热回收工况 65 68 75 7/12 40/45 19.2/18.0
单冷工况 65 - - 7/12 35 19.6
从表中可知，热泵机组的制冷的能效比为3.39，比一般常规的水冷冷水机组的能效比要低，但是，热泵機组能全热回收热量，为生活热水用户提供55℃的生活热水，能效比为4.17，综合能效比达7.56，远远高于水冷冷水机组+其他热水机组供热的方案。
1.3 热水耗热量及热水水箱的计算
采用空调全热回收机组为热源的生活热水供应系统设计包括：空调制冷量及冬天的供暖量（已计算）、生活热水耗热量、蓄热水箱的容积、冬天最不利条件下的生活热水耗热量的设计计算。由于考虑到冬天的供暖需求，12台全热回收机组中8台为冬天供暖设备，夏天的生活热水量都满足要求，因此，我们需核对计算在冬天的最不利天气的情况下的生活热水的设计计算。
冬天的最不利天气设计热水水温为55℃，冷水水温为15℃，生活热水供应量的计算公式：
⑴
⑵
式⑴中 Qh为每小时耗热量(kJ/h)；m为用水计量单位数（人数或床位数）；取m=650人；qr为热水用水定额（L/人•d），取qr=160 L/（人•d）；c为水的比热容，C=4.187（kJ/kg•℃）；tr为热水温度，取tr=55℃；tl为冷水温度，取冬天最不利温度tl=15℃； 为热水密度；T为每日使用时间（h）；qrd为设计日热水用水量（L/ d）；Kh为小时变化系数，取Kh=3.33。
经计算，每天的生活热水的用水量为104T，设计每小时的最大用水量14.5m3/h，日耗热量为4838KW。因此，选用4台全热回收机组来为酒店冬天提供生活热水满足设计要求。为保证酒店的生活热水的供应，同时错峰供水，系统设计两个25T的保温水箱来满足系统的热水供应要求，其中一个为变温水箱，用于全热回收机组与生活热水系统的制热循环。
1.4 全热全热回收热泵机组系统的工作原理
本工程采用了该机组系统为酒店提供空调冷水的同时，也供应酒店的生活热水。以下仅介绍全热回收机的工作原理，单冷型机组不做介绍。
在炎热的夏季当酒店有空调负荷时，该12台全热回收机组工作模式为制冷带全热回收模式，在制冷的同时，优先为酒店提供生活热水，当生活热水满足需求后，该机组工作模式自动转换为单制冷模式，空调冷凝热由该机组本身的风扇将热量散失到空气中；而在寒冷的冬天酒店无空调负荷时，由于用水高峰为早上7~9时与晚上18~22时，该12台全热回收机组模式转换为采暖与生活热水错峰运行混合的模式，提供55℃的热水同时为酒店提供生活热水及酒店房间所需的采暖负荷。
系统的切换为全自动控制，通过温度感应器给信号主机来控制系统各个模式间的转换，无需人工切换。
图1全热回收机组的系统工作原理
1 经济分析
由于酒店的制冷需求和供暖需求对于不同的系统而言，运行费用相差不大，可忽略不计，因此，仅对产生生活热水而产生的运行费用进行了分析和比较，见表2。
1.1 经济性分析
根据该酒店所选用的全热回收机组的情况，全年制冷天数244天，客房全天24h供冷，机组每天的热水供应量为104T(温升40℃)：
表2 全热回收机组与其他热水机组的与运行费用比较表
在经济上，制冷季节利用冷凝热制取生活热水，热水完全免费，冬季制取热水的费用也只相当于电加热器的35%；在热回收时，风机停止转动，整机能耗下降。
在安全上：全热回收机组制取生活热水，不消耗燃料，无泄漏，水电分离，避免了火灾、爆炸及触电等安全隐患。
在功能上：机组集制冷、供暖、全热回收制取生活热水三种运行模式一身，各模式间自动切换，运行管理方便。
在环保上：不仅可缓解城市的“热岛效应”，降低燃料或电能的消耗，减少燃烧废气的排放，还可以使机组的运行噪声降至最低。
2 结语
把全热回收系统引入常规的空调系统及生活热水系统中，分析比较系统的性能，确认最合理的空调与热水机组的匹配关系至关重要。并且，在南方这种夏热冬暖、全年供冷时间高达250d的地区，空调冷凝热回收技术对于减少废热排放，实现节能运行的意义重大，具有很好的发展前景。
参考文献：
① 江辉民，马最良，姚杨，等。小型空调器冷凝热回收技术的研究现状与应用分析【J】。暖通空调，2005,35（10）：29-35
② 荣国华。夏季制冷机组冷凝热的回收利用【J】。暖通空调，1998,28（2）：27-29
③ 黄璞洁，李艳霞，何耀炳，许伊那，等。集中空调冷凝热回收技术在生活热水供应系统中的应用。暖通空调，2011,41（8）：54-57
④ 《建筑给水排水设计规范》GB50015-2003（2009年版）
注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看。