冷水热泵热水系统的实例应用
摘要:本文笔者根据自己多年从事暖通设计的工作经验，结合实例论述冷水热泵热水系统在实例中的应用。
关键词:冷水热泵热水系统；制冷；供暖；用电分析；控制模式
1 概述
1.1 热回收技术
水冷冷水机组不仅提供冷水，同时还产生高温冷却水。一般通过冷却塔散热，把空调系统中的热量传递到大气中，造成热量散失。若回收此散失的热量，用于空调水或风的预热、工业用水加热等。既可节约能源，又可减少冷却塔的运行噪声。此技术适用于同时需要冷量和热量的项目。
1.2 冷水热泵热水系统
冷水热泵热水系统整合了风冷涡旋主机和水冷涡旋主机并应用热回收技术：夏天供冷，同时热回收，免费提供生活热水。冬天供暖，同时制取生活热水。
2 工程项目应用
2.1 工程概况
某医院建筑共14层,地上13层,地下室1层,总建筑面积约为22541m2,其主要作医院功能，分为病房、手术室、门诊、办公、NICU、产房等;根据使用单位要求,按夏季空调设计制冷主机总冷负荷约为2250kW（0冷t）(实际负荷以施工图为准),冬季设采暖，并附设提供每天45t的热水系统。
2.2 系统配置
根据本项目的规模和功能,选择分层、区域集中控制、管理。可实现各区域末段对主机（水泵）的启动、关闭。这就意味着：可以根据使用率的状况随时调整主机负荷，这样在使用率大时节省大笔的电费。
因此将本建筑的空调系统共分为3个系统，两套舒适性空调系统采用特灵整合式冷水热泵热水系统，洁净空调系统则采用风冷涡旋机组。三套系统之间装设后备连接管路连接，当任何一套主机系统故障需要停机检修时，仍可借用其余两套系统的冷冻水满足临时应急供冷要求。各系统相应配备冷冻（冷却）水泵和冷却塔，制冷机组、冷冻（冷却）水泵、冷却塔均置于天面：
（1）适性空调系统I:包括2层及8～11层，制冷主机冷负荷共1000kW，系
统选用2 台制冷量为352kW的水冷涡旋热泵机组（其中一台水冷涡旋热泵机组带热回收装置）和1台制冷量为304kW的风冷涡旋热泵机组（配备热水热交换器）。
（2）适性空调系统II:包括1、4、6、12、13 层及3、5、7 层局部，制冷主机冷负荷共1000kW，系统选用2台制冷量为352kW的水冷涡旋热泵机组（其中一台水冷涡旋热泵机组带热回收装置）和1台制冷量为304kW的风冷涡旋热泵机组（配备热水热交换器）。
（3）净化空调系统III:包括3、5、7 层局部（面积约1962m2），制冷主机冷负荷为374kW，系统拟选用1台制冷量为304kW的风冷热泵机组。
热水系统（设计标准45t/d）：
①夏天：利用2台带热回收装置的水冷涡旋热泵机组制取免费的55℃～60℃生活用热水；
②过渡季节和冬天利用两台风冷涡旋热泵机组（配备热水热交换器）制取55℃～60℃生活用热水。
选型表
2.3 系统使用模式
2.3.1 夏季制冷
舒适性空调系统优先启动水冷涡旋机组，当负荷超过水冷涡旋机组供冷量时才启动风冷涡旋机组空调，以保证空调系统使用于较为节能的状态。热水全部由水冷涡旋机组的热回收器免费产生。洁净空调由一台风冷涡旋机组进行供冷。
2.3.2 过度季节
由于在过渡季节气温跨度较大，部分时间仍需要空调系统进行空气调节（特别是现在秋天时段广东地区气温较高，空调基本仍需供冷；而在春天段也需要空调进行抽湿）；而部分功能区域基本全年均需要空调系统恒温（如手术室、实验室等）。舒适性空调系统基本采用带热回收的水冷涡旋机组基本可以满足所需空调负荷。洁净空调由一台风冷涡旋机组使用六分之一到三分之一负荷状态基本可以满足空调负荷。热水大部分可以由水冷涡旋机组的热回收器免费产生（因为涡旋机组在部分负荷下的热回收率可与部分负荷率成正比，所以只要空调系统使用相当于单台制冷量为352kW的水冷涡旋热泵机组满负荷运行7h就可以提供足够
的生活热水），而风冷2.3系统使用模式
2.3.1 夏季制冷
舒适性空调系统优先启动水冷涡旋机组，当负荷超过水冷涡旋机组供冷量时才启动风冷涡旋机组空调，以保证空调系统使用于较为节能的状态。热水全部由水冷涡旋机组的热回收器免费产生。洁净空调由一台风冷涡旋机组进行供冷。
2.3.2 过度季节
由于在过渡季节气温跨度较大，部分时间仍需要空调系统进行空气调节（特别是现在秋天时段广东地区气温较高，空调基本仍需供冷；而在春天段也需要空调进行抽湿）；而部分功能区域基本全年均需要空调系统恒温（如手术室、实验室等）。舒适性空调系统基本采用带热回收的水冷涡旋机组基本可以满足所需空调负荷。洁净空调由一台风冷涡旋机组使用六分之一到三分之一负荷状态基本可以满足空调负荷。热水大部分可以由水冷涡旋机组的热回收器免费产生（因为涡旋机组在部分负荷下的热回收率可与部分负荷率成正比，所以只要空调系统使用相当于单台制冷量为352kW的水冷涡旋热泵机组满负荷运行7h就可以提供足够的生活热水），而风冷热泵带热水热交换机组只是热泵带热水热换机组只是在高峰用水阶段起辅助补充作用。
2.3.3 冬季供暖
由于深圳及附近地区冬天温度较高，在负荷计算上其需热负荷大约为供冷负荷的30%～40%左右。因此舒适性空调系统在冬季空调热水整合系统的使用中首先使用风冷热泵带热水热交换机组，边制热水边供暖，既首先保证冬季的热水供给又能供暖；当需热负荷超过风冷热泵带热水热交换机组供热量时，启动一台水冷涡旋机组辅助供暖。洁净空调由一台风冷涡旋机组使用三分之一到二分之一负荷
状态基本可以满足空调供暖负荷。系统图如下：
图1 空调水系统原理图
2.4 系统全年用电量分析
2.4.1 主机运行费用
计算方法：
（1）供冷周期共计6个月，使用空调30d/月，每天开启空调8h，空调平均开启度K=0.6。
（2）供冷运行小时数=30×6×8=1440h。
（3）空调系统I 总功率=空调系统II
总功率=2×75.49+105+2×5+5.5=271kW。
（4）夏季供冷，优先开启高效能的水冷涡旋热泵机组。
过渡季节用电分析：
过渡季节共计3个月，需冷量按夏季供冷量的20%计算。因此主机每月的用电负荷按夏季每月用电负荷的20%计算。夏季用电量为9.8万度/月,过渡季节每月用电量按夏季的20%计算，得9.8×20%=1.96万度/月。
计算方法：
（1）深圳及附近地区设计热负荷一般为冷负荷的40%左右，
（2）供暖周期共计3个月，使用空调30d/月，每天开启暖气8h计算，供暖运行小时数=30×3×8=720h。
冬季用电分析
2.4.2 生活热水费用分析
（1）夏季（按6 个月计算）：
两台水冷涡旋机组热回收机组免费提供60℃热水。进出水温度30/60℃,温差△T=30℃。
两台水冷涡旋机组满负荷运行下提供的热水量：16t/h。
其计算如下：
热回收台数×(制冷量kW×换热效率×860kcal/kW)/(1000kg/m3×1kcal.℃/kg×△T)=2x(352kW×80%×860kcal/kW)/(1000kg/m3×1kcal.℃/kg×30℃)=16t/h
医院每天需要45t 生活热水，则两台水冷涡旋机热回收机组只需满负荷运行45/16=2.8h，即可满足要求。