空气源热泵热水机组利用谷峰电价制备热水的优化运行研究.docx

空气源热泵热水机组利用谷峰电价制备热水的优化运行研究张强１李 元 元２曾峥３（１ 西安建筑科技大学建筑设计研究院重庆分院 ， 重 庆 ４ ０ ０ ０ １ ３；２ 重庆市建筑工程设计研究院有限责任公司 ， 重 庆 ４ ０ ０ ０ １ ３；３ 重庆市供水管理处 ， 重 庆 ４ ０ １ １ ４ ７）摘 要 空 气 源 热 泵 机 组 是 当 前 较 为 节 能 ， 环 保 的 制 取 生 活 热 水 的 设 备 之 一 通 过 工 程 实 例 ， 结合 当 地 的 谷峰 分 时 电 价 情 况 ， 比 较 了 不 同 开 机 时 段 所 需 要 的 运 行 费 用 ， 并 在 此 基 础 上 提 出 了 合 理 的机 组 运 行 方 式 关 键 词 空 气 源 热 泵 热 水 机 组 谷峰 分 时 电 价酒店客房 运 行 电 费Ｃ Ｏ Ｐ引 言空气 源热泵热 水机组作为安全 、 节能 、 环保 高 效 的 制 热 设 备 ， 随着 技 术 的 日 益 成 熟 ， 已经 在 一 些 夏 热 冬 冷 地 区 被 使 用 而谷峰分时电价是电力产品 瞬 时 性 及 供 求 平 衡 的 客 观 要 求 ， 是电力 市场最有效的经 济 调 节 杠 杆 ， 同时 也 是 优 化 社 会 资 源 配 置 最 有 效 的 方 式 之 一 。

据 统 计 ， 一 年 当 中 用 电 高 峰 集 中 于 最 热 和 最 冷 的 季 节 ， 其他 季 节 为 低 谷 用 电 ； 一天 的 用 电 高 峰 集 中 在１ ８：０ ０～２ ３：０ ０， 低 谷 用 电 集 中 于２ ３：０ ０ 至次 日７：０ ０［１］作 为 酒 店 （ 主要是客房部分 ） 这 类 公 共 建 筑 ， 其 用水 高峰 期与低谷 期与用电情况基本一致 故 可 以 在 电 价 低 谷 的 时 候 ， 有效利 用空气源热泵热水 机 组 储 存 热 量 ， 并在 用 水 高 峰 时 使 用 但 机 组 储 热 时 间是 在 夜 间 ， 室外 温 度 相 对 较 低 ， 机组 的 制 热 能 力 也 相应 降 低 鉴 于 以 上 情 况 ， 如何确定热水机组的 运 行 方 式 ， 本文 将 结 合 工 程 实 例 进 行 探 讨 ０工 程 案 例１工 程 概 况 该 项 目 位 于 四 川 省 宜 宾 市 ， 为 一 类 高 层 综 合 楼 建 筑 ， 其 地 上 ７～２ ８ 层 为 酒 店 客 房 ， 共 有 ６ ７ ２ 个 床 位 ， 拟 采 用 一 个 集 中 热 水 制 备 系 统 。

每 个 床 位 用 水 定 额 为 １ ４ ０ Ｌ／ｄ， 酒 店 工 作 人 员 １ ２ ０ 位 ， 每 人 的 用 水 定 额 为 ５ ０ Ｌ／ｄ 全 年 各 季 的 入 住 率 均 按 １ ０ ０％ 计 １． １四 川 宜 宾 地 区 的 气 候 状 况气候条件： 四 川 省 宜 宾 地 区 属 于 夏 热 冬 冷 地 区，年平均气温１ ７ ． ７ ～ １ ８ ． ７ ℃， 夏季酷热２ ６ ． ５ ～ ２ ８ ． １ ℃，１． ２表 １四 川 宜 宾 地 区 各 月 平 均 气 温 、 水 温 统 计表 ２四 川 宜 宾 地 区 春 分 整 点 温 度 统 计 表 ３四 川 宜 宾 地 区 秋 分 整 点 温 度 统 计 ２ ０ １ ２ ３ ８ ９给 水 排 水增 刊Ｖ ｏ ｌ ． ３ ８时 间１：０ ０２：０ ０３：０ ０４：０ ０５：０ ０６：０ ０７：０ ０８：０ ０９：０ ０１ ０：０ ０１ １：０ ０１ ２：０ ０温 度／℃２ ７２ ６． ５２ ６２ ５． ５２ ５２ ５２ ５２ ６２ ８． ５３ ２． ５３ ５． ５３ ６． ５时 间１ ３：０ ０１ ４：０ ０１ ５：０ ０１ ６：０ ０１ ７：０ ０１ ８：０ ０１ ９：０ ０２ ０：０ ０２ １：０ ０２ ２：０ ０２ ３：０ ０２ ４：０ ０温 度／℃３ ８３ ９３ ９３ ８３ ６３ ５． ５３ ４３ ２３ ０２ ９２ ８２ ８时 间１：０ ０２：０ ０３：０ ０４：０ ０５：０ ０６：０ ０７：０ ０８：０ ０９：０ ０１ ０：０ ０１ １：０ ０１ ２：０ ０温 度／℃１ ７１ ６１ ５１ ６１ ６１ ５１ ５１ ５１ ５１ ７２ ０２ １时 间１ ３：０ ０１ ４：０ ０１ ５：０ ０１ ６：０ ０１ ７：０ ０１ ８：０ ０１ ９：０ ０２ ０：０ ０２ １：０ ０２ ２：０ ０２ ３：０ ０２ ４：０ ０温 度／℃２ ２２ ３２ ３２ ４２ ３２ ２２ ０１ ９１ ８１ ８１ ７１ ６月 份１ 月２ 月３ 月４ 月５ 月６ 月７ 月８ 月９ 月１ ０ 月１ １ 月１ ２ 月平 均 气 温／℃平 均 水 温／℃８． ５７． ５１ ０． ４９． ２１ ４． １１ ２． ９１ ６． ５１ ５． ２１ ８． ５１ ７． ７２ ２． ８２ ０． ９２ ６． ２２ ４． １２ ８． ０２ ６． ２２ ６． ８２ ４． １２ １． ２１ ８． ５１ ５． ３１ １． １１ ０． ２９． ０时 常 出 现 超 过 ４ ０ ℃ 的 高 温 ， 冬 季 阴 冷 ， 平 均 温 度为９． １～１ ０． ４ ℃， 最 冷 日 平 均 温 度 在 ５～７ ℃， 罕 有０ ℃ 以 下 天 气［２］。

具 体 见 表 １～表 ３机 组 运 行 方 案 的 制 定１． ３． ３根 据 甲 方 提 供 的 资 料 ， 该 地 区 电 价 实 行 谷 峰 分时 电 价 ， 不同 时 段 的 电 价 收 费 情 况 见 表 ４表 ４不 同 时 段 的 电 价空 气 源 热 泵 热 水 机 组 的 选 型１． ３热 负 荷 计 算１． ３． １２ ３ ０ ０～７ ０ ０～１ １ ０ ０～１ ５ ０ ０～１ ９ ０ ０～ 根 据 国 标 《 节 能 系 列 图 集 》 中 ７． １． ４ 的 公 式 ， 最高 日 耗 热 量 为 ：Ｑ＝ｍ ｑ Ｃρｒ（ｔ２－ ｔ１） 式 中 Ｑ— — —最 高 日 耗 热 量 ，ｋ Ｊ；（１）由于 空 气 源热泵热水机组的 Ｃ Ｏ Ｐ 值（ 能 效 比 ＝ 输 出 功 率／输 入 功 率 ） 受室外环境温度的影响 ， 从 已 知 资 料 可 以 看 出 ，在１ ５：０ ０～１ ９：０ ０ 时 段 ， 电 价 为 中 间 值 ， 但其 Ｃ Ｏ Ｐ 值 最 高 ， 单位 时 间 输 出 功 率 最 大 ， 而 在２ ３：０ ０～７：０ ０ 时 段 内 ， 电 价 最 低 ， 但 Ｃ Ｏ Ｐ 值 也 较 低 ， 单位 时 间 输 出 功 率 也 最 小 ， 笔者 选 择 这 两 个 极 端 情 况 ， 设置 两 种 方 案 进 行 对 比 。

方 案 一 ： 屋顶 储 热 水箱储存全天的热 水 量 ， 热泵 机 组 一 次 性 加 热酒店的全部热水用量 ， 加 热 时 间 为２ ３： ０ ０～７： ０ ０， 工 作 时 间 为 ８ｈ方 案 二 ： 屋顶 储 热 水箱储存全天的热 水 量 ， 热泵 机 组 一 次 性 加 热酒店的全部热水用量 ， 加 热 时 间 为１ ５： ０ ０～１ ９： ０ ０， 工 作 时 间 为 ４ｈ两 种 方 案 对 比 时 ， 可认为热水的 循 环 回 水 对 热 泵 机 组 能 耗 的 影 响 是 一 样 的 空气 源 热 泵热水系统流程见图 ２ｍ— — —用 水 单 位 床 位 数 ， 其 中 客 房 床 位 为 ６ ７ ２床 ， 服务 人 员 １ ２ ０人 ；ｑ— — — 热 水 用 水 定 额 ，客 房 用 水 定 额 为１ ４ ０Ｌ／ （ 人 ·ｄ） ， 服 务 人 员 用 水 定 额 为５ ０Ｌ／ （ 人 ·ｄ） Ｃ— — —水的比热， 取 Ｃ＝ ４ ． １ ８ ７， （ｋ Ｊ／ （ｋ ｇ·℃） ；ｔ２— — —热 水 温 度 ， 取ｔ２＝６ ０ ℃；ｔ１— — —冷 水 温 度 ， 取ｔ１＝７ ℃； ρｒ— — —热 水 密 度 ， 取ρｒ＝０． ９ ８ ３ｋ ｇ／Ｌ。

则 客 房 最 高 日 耗 热 量 Ｑ１ ＝２ ０５ ２ ２４ ７ １ｋ Ｊ， 服 务 人 员 耗 热 量 Ｑ２＝１６ ３ ６０ ３ ９ｋ Ｊ 故 该 系 统 全 天 耗 热量 为 Ｑ＝Ｑ１＋Ｑ２＝２ ２１ ５ ８５ １ ０ｋ Ｊ机 组 选 型 的 确 定１． ３． ２热 泵 从 加 热 形式上可分为 直 热式与 循 环 式 ， 为了 确 保 热 泵 热 水 机 组 安 全 运 行 ， 循环式热泵热水机 组 的 出 水 温 度 一 般 在４ ５～５ ５ ℃， 而直热式热泵热水 机 组 一 次 加 热 出 水 温 度 可 达 到 ５ ５ ℃ ， 甚 至 更 高 ， 且 出 水 迅 速 ， 对环 境 的 适 应 性 较 强 ， 笔者 认 为 其 在 酒 店 工 程 中 具 有 更 广 泛 的 应 用 前 景 该 项 目 选 用 直 热 式 热 泵 热 水 机 组 ， 其 型 号 为 Ｌ Ｓ ＱＷＲ Ｆ（５ ９）Ｍ／Ａ（Ｒ Ｓ Ｊ） ， 额 定 功 率 为 １ ７． ８ｋＷ， 不 同 室 外 环 境 温 度 下 的 Ｃ Ｏ Ｐ 值 见 图 １图 ２空气源热泵热水系统流程 两 种 方 案 的 经 济 性 分 析 由 于 该 项 目 地处长江中下游 ， 故 各 加 热 时 段 的 室 外 环 境 温 度 取 的 春 分 、 秋分相对应时段的平均温 度［３］， 从 表 ３、 表４可 得 出，２ ３：０ ０～７：０ ０时 段 的 平 均 温 度 为 ２ １℃，Ｃ Ｏ Ｐ 值 为 ４． ３。

１ ５：０ ０～１ ９：０ ０时 段 的 平 均 温 度 为 ２ ９． ５℃，Ｃ Ｏ Ｐ 值 为 ５． １方案一的制热 设 备 选 择 Ｌ Ｓ ＱＷ Ｒ Ｆ（５ ９）Ｍ／Ａ（Ｒ Ｓ Ｊ） ，２图 １ Ｃ Ｏ Ｐ 值随温度变化曲线 ３ ９ ０给 水 排 水增 刊Ｖ ｏ ｌ ． ３ ８２ ０ １ ２时 间： ７：０ ０： １ １：０ ０： １ ５：０ ０： １ ９：０ ０： ２ ３：０ ０电 价／元／ （ ｋ Ｗ·ｈ ）０． ３ ６ ７０． ７ ３ ４１． １ ５０． ７ ３ ４１． １ ５单 台 额 定 输 入 功 率 为 １ ７． ８ｋＷ， 室 外 环 境 平 均 温 度为 ２ １ ℃，Ｃ Ｏ Ｐ 值 为 ４ ． ３， 单 台 输 出 功 率 为７ ６ｋ Ｗ，８ｈ 制热量为２１ ８ ８８ ０ ０ｋ Ｊ， 考虑温度及结霜 的 影 响， 取 综 合影响系数为０ ． ７， 安全系数取１ ． ０ ５， 故设计台数 为ｎ下 ， 利用 谷 峰 电 价 进 行 加 热 时 ， 机组 的 运 行 费 用 只 与Ｅ／Ｃ Ｏ Ｐ 值 有 关 ， 即机 组的 加热时段应放在 一 天 当 中Ｅ／Ｃ Ｏ Ｐ 的 最 小 时 段才能保证热水机 组 运 行 费 用 最 优 。

如 果分 时 段 加热 时也 应把机组的运行 时 间 尽 量 放 在 Ｅ／Ｃ Ｏ Ｐ 小的几个时间段 ， 例如 在 ２ ３：０ ０～７：０ ０ 加 热 部 分 热 水，１ ５：０ ０～１ ９：０ ０ 加热另外一部分热 水 ， 这样延长了 加 热 时 间但可减少一定数 量 的 机 组 ， 适 用 于 面 积 较 小 的 屋 面 １ ． ０ ５×２ ２１ ５ ８５ １ ０＝ ２１ ８ ８８ ０ ０ × ０ ． ７ ＝１ ５ ． ２， 取 １ ６ 台， 储 热 水 箱 储 存＝ １ ． １×（６ ７ ２×１ ４ ０ ＋ １ ０ ０×５ ０）容 积 为 Ｖ＝ １ １ ０１０ ０ ０（ｍ３）［４］同时， 考 虑 换 热 区 容 积 为 ２ ０ ｍ３， 则 热 水 箱储热容积为１ ３ ０ｍ３， 分为２格设置则该方案每天所 需电 量 为 Ｔ总 ＝１ ７． ６×１ ６×８＝２２ ５ ２． ８（ｋＷ·ｈ） ， 此时 的 电 价 为 。