針對目前傳統(tǒng)方式供暖的現(xiàn)狀，介紹了一種全新的工業(yè)余熱水、高溫水源熱泵的供暖方案。在比較了各種常規(guī)的供暖模式的經(jīng)濟(jì)及環(huán)保效益的同時(shí)，為低溫地?zé)崴⒌責(zé)嵛菜捌渌鞣N溫度在30～60℃之間的中低品位余熱水資源提供了一種高效、合理的利用途徑。用高溫水源熱泵機(jī)組對各類中低品位的余熱資源進(jìn)行余熱回收，應(yīng)用于我國北方城市的冬季供暖是熱電聯(lián)產(chǎn)供暖方式的必要、有力的補(bǔ)充。有關(guān)部門應(yīng)給予重視及大力推廣。
項(xiàng)目簡介
河南鄭州某廠，其鑄造車間因工藝需要對工業(yè)爐進(jìn)行爐體冷卻，產(chǎn)生大量的40-45℃的工業(yè)爐冷卻循環(huán)水，其水質(zhì)情況為雜質(zhì)較多，但腐蝕性低。采用高溫水源熱泵對該冷卻水進(jìn)行余熱回收，制取75℃高溫?zé)崴畬δ┒藶樯崞髌?000㎡辦公樓實(shí)行冬季供暖。
負(fù)荷計(jì)算
1、設(shè)計(jì)所需相關(guān)規(guī)范：
采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范》GBJ19-87
建筑通風(fēng)設(shè)計(jì)防火規(guī)范GBJ16-83
室內(nèi)空調(diào)舒適溫度GB5701-83
辦公建筑設(shè)計(jì)規(guī)范JG67-89
2、采暖室外計(jì)算參數(shù)
高溫水源熱泵在工業(yè)廢水中的應(yīng)用
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3、采暖室內(nèi)計(jì)算參數(shù)
冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度t=18--22℃
4、負(fù)荷計(jì)算
取面積熱指標(biāo)：q=60W/㎡
供暖總建筑面積：F=8000㎡
冬季總熱負(fù)荷：Q=q×F=60×8000=480kW
工藝方案
40-45℃工業(yè)余熱水經(jīng)簡單處理(除砂，雜質(zhì)過濾，加藥或用電子水處理儀防結(jié)垢)后，應(yīng)用板式換熱器進(jìn)行熱交換，輸出37-42℃二次熱水(軟水)進(jìn)高溫水源熱泵機(jī)組進(jìn)行能量提升，高溫水源熱泵機(jī)組輸出75℃的熱水供8000㎡辦公樓冬季采暖。工業(yè)余熱水水溫降為33-38℃，可使生產(chǎn)工藝中的爐體冷卻效果更好。
建議供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用進(jìn)回水雙垂直立管的系統(tǒng)(新建項(xiàng)目的供暖系統(tǒng)均應(yīng)采用這種方式)，室內(nèi)散熱器片的面積應(yīng)比傳統(tǒng)的95℃供水70℃回水的單管垂直串聯(lián)方式的供暖系統(tǒng)增加40%。
設(shè)備選型：(設(shè)備選型應(yīng)為480kw×1.1=528kw)擬選用兩臺北京清源世紀(jì)科技有限公司生產(chǎn)的QYHP-300H型的高溫水源熱泵機(jī)組，兩臺機(jī)組制熱量共為624KW，一次水水量為84t/h，二次水量為66t/h，需工業(yè)余熱水量為76-80t/h，電源額定功率為190KW。這樣選型的好處是：在大約80%的供暖時(shí)間僅需開啟一臺機(jī)組(311kw，38.88w/㎡)就可滿足系統(tǒng)負(fù)荷的需求，在較冷的季節(jié)可同時(shí)開啟兩臺設(shè)備以滿足負(fù)荷需求，既減少了機(jī)組的開啟次數(shù)又節(jié)約了運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)在一臺設(shè)備出現(xiàn)故障進(jìn)行維修的時(shí)候可啟用另外一臺熱泵機(jī)組，系統(tǒng)尚有較強(qiáng)的供熱能力。
機(jī)組除冬季供暖外，尚有320KW的制冷能力，可約為4000㎡普通建筑物實(shí)施夏季供冷。
機(jī)組可利用各種余熱水全年提供生活熱水。除采暖季外，在適當(dāng)加設(shè)熱水箱的前提下，可為約1000人提供生活熱水的需求(每人每天生活熱水按160升考慮)。提供生活熱水的費(fèi)用約為同樣輸出功率的電鍋爐的13.3%，燃?xì)忮仩t的33.2%，燃油鍋爐的18.7%，經(jīng)濟(jì)效率十分可觀(經(jīng)濟(jì)性分析詳見表二)。
兩臺高溫水源熱泵機(jī)組的額定電機(jī)輸入功率為：190KW。
流程示意圖圖見附圖
75℃
60℃
37-42℃
40-45℃
33-38℃
高溫水源熱泵在工業(yè)廢水中的應(yīng)用
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經(jīng)濟(jì)性分析
(一)、各種供暖方式就一次性投資及運(yùn)行成本的經(jīng)濟(jì)性比較分析
高溫水源熱泵除具有環(huán)保的特點(diǎn)外，更具有明顯的節(jié)能優(yōu)勢，下面將利用各種余熱資源采用高溫水源熱泵的供暖方式同現(xiàn)行的各種供暖方式(市政熱力、燃煤鍋爐房供熱、燃油鍋爐房供熱、燃?xì)忮仩t房供熱、分戶燃?xì)夤?，就一次性投資、運(yùn)行成本依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)(結(jié)合類似工程的造價(jià)情況及有關(guān)設(shè)備、材料、施工定額價(jià)格估算而得)等作分析比較如下表：
表一：各種供暖方式就一次性投資及運(yùn)行成本的經(jīng)濟(jì)性比較分析表
高溫水源熱泵在工業(yè)廢水中的應(yīng)用
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說明：1、電價(jià)05元/(KWh)、低谷電價(jià)02元/(KWh)，每日低谷電價(jià)運(yùn)行8小時(shí)、天然氣價(jià)18元/m3、煤價(jià)300元/t、自來水32元/t、燃油34元/L。
2、單位建筑面積熱負(fù)荷：設(shè)備選型按60W/㎡，實(shí)際運(yùn)行按3182W/㎡計(jì)取(系統(tǒng)24小時(shí)不間斷運(yùn)行的全年平均值)。采暖系統(tǒng)運(yùn)行按130天/年。
3、燃料燃燒值按國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)取，燃煤鍋爐效率η取055，燃?xì)忮仩t效率η取090，燃油鍋爐效率η取090，電鍋爐效率η取095，水源熱泵機(jī)組COP=375。
4、運(yùn)行費(fèi)只計(jì)主要設(shè)備的燃料費(fèi)，未計(jì)入管理費(fèi)、燃煤鍋爐大修費(fèi)等。
5、在一次性投資及運(yùn)行費(fèi)用中各種供暖方式相同的部分不做比較。
通過上表我們可以看到應(yīng)用高溫水源熱泵能節(jié)省可觀的運(yùn)行費(fèi)用，同時(shí)需要指出的還有因采用這種方式供暖同運(yùn)行費(fèi)用較低的燃煤鍋爐供暖方式相比所帶來的巨大的潛在經(jīng)濟(jì)效益：如鍋爐維護(hù)人員的減少，省掉了鍋爐的大修費(fèi)用、煤場占地灰渣場占地的場地費(fèi)用、排渣費(fèi)用(這幾項(xiàng)費(fèi)用約為全年運(yùn)行費(fèi)用的20%，即燃煤鍋爐總運(yùn)行費(fèi)用約比高溫?zé)岜酶?5%)；鍋爐房對景觀的破壞，鍋爐煙氣對環(huán)境造成的污染等等環(huán)保方面的效益。
利用各種余熱資源采用高溫水源熱泵的供暖方式在實(shí)現(xiàn)冬季供暖的同時(shí)，因高溫水源熱泵機(jī)組還可提供生活熱水及夏季制冷，從而避免了重復(fù)投資。高溫水源熱泵機(jī)組的一次性投資中還可節(jié)約24元/m2的制冷投資(單位建筑面積冷負(fù)荷按80W/㎡計(jì)取)，冬、夏兩季運(yùn)行的工況下高溫水源熱泵供暖項(xiàng)目一次性投資中的設(shè)備折舊也大為降低(為冬季供暖及夏季制冷各半)。
(二)、各種熱源制取生活熱水的運(yùn)行成本比較分析
高溫水源熱泵除具有環(huán)保的特點(diǎn)外，更具有明顯的經(jīng)濟(jì)節(jié)能優(yōu)勢，下面將采用高溫水源熱泵回收利用冷凝熱或其它余熱水資源制備生活熱水同現(xiàn)行的各種方式(燃油鍋爐、燃?xì)忮仩t、電鍋爐)，就運(yùn)行成本依據(jù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)作分析比較如下表(表中均以每小時(shí)制備100t生活熱水為計(jì)算比較單位)
表二：各種熱源供生活熱水的運(yùn)行成本比較分析表
高溫水源熱泵在工業(yè)廢水中的應(yīng)用
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說明：1、電價(jià)0.5元/(KW.h)、天然氣價(jià)1.9元/m3、煤價(jià)300元/t、燃油3.4元/L。
2、單位生活熱水負(fù)荷：每人每天200升，夏季自來水溫度按10℃考慮，生活熱水水溫65℃，冷卻水設(shè)計(jì)溫度為出水37℃、回水32℃，設(shè)備選型依據(jù)國家關(guān)于生活熱水尖峰負(fù)荷等規(guī)定執(zhí)行。
3、燃料燃燒值按國家標(biāo)準(zhǔn)計(jì)取，燃煤鍋爐效率η取0.55，燃?xì)忮仩t效率η取0.85，燃油鍋爐效率η取0.85，電鍋爐效率η取0.90，水源熱泵機(jī)組COP=4.3。
4、運(yùn)行費(fèi)只計(jì)主要設(shè)備的燃料費(fèi)，未計(jì)入管理費(fèi)、燃煤鍋爐大修費(fèi)等。
方案特點(diǎn)
1、余熱利用、經(jīng)濟(jì)節(jié)能
采用高溫水源熱泵機(jī)組可直接回收利用低溫地?zé)崴⒌責(zé)嵛菜捌渌鞣N溫度在30～60℃之間的中低品位余熱資源，從根本上解決了此類余熱資源不能被熱泵機(jī)組直接回收利用的現(xiàn)狀。機(jī)組制熱工況出水溫度可根據(jù)用戶需求調(diào)節(jié)，最高出水溫度可達(dá)90℃，可滿足不同用戶的空調(diào)、供暖、制備生活熱水的需求，低溫余熱水+高溫水源熱泵取代燃煤鍋爐進(jìn)行冬季供暖無須改造供暖末端及現(xiàn)有供暖管網(wǎng)，從而使現(xiàn)有資源得到了最合理的利用。能源利用率提高，投入1KW的電能可得到3.5KW以上的高品位熱能，運(yùn)行費(fèi)用與常規(guī)方式相比更節(jié)約。
2、綠色環(huán)保、效益顯著
采用工業(yè)余熱水加高溫水源熱泵取代燃煤鍋爐可取得很好的環(huán)保效應(yīng)和經(jīng)濟(jì)效應(yīng)，避免了燃煤鍋爐的廢氣、廢渣對周圍環(huán)境的污染，省掉了燃煤的運(yùn)輸費(fèi)用、貯煤場地費(fèi)用、除塵費(fèi)用、灰渣的運(yùn)輸、排放處理費(fèi)用等。同時(shí)解決了這類30～60℃之間的余熱水排放對環(huán)境造成的熱污染的問題，經(jīng)此方案后爐冷卻循環(huán)水的溫度降為33-38℃，大大改善了爐體冷卻循環(huán)水的工況。
3、一機(jī)多用，節(jié)約資金
在該項(xiàng)目中，利用高溫水源熱泵提供冬季供暖的同時(shí)，還可提供夏季制冷，尚有320KW的制冷能力，可約為4000㎡普通建筑物實(shí)施夏季供冷，一機(jī)多用,從而避免了中央空調(diào)系統(tǒng)的重復(fù)投資,提高了設(shè)備的利用率。
4、性能穩(wěn)定、安全可靠
高溫水源熱泵運(yùn)行自動化程度高，便于操控,運(yùn)行人員少，無壓力容器存在，安全性好。因爐體冷卻循環(huán)水溫度穩(wěn)定，熱泵供熱為連續(xù)供熱溫度恒定，人體的舒適感好。機(jī)組體積小，可靈活安置在任何地方，節(jié)約空間。
