空氣能熱泵在內蒙古泡池恒溫解決方案

摘要：本文介紹了空氣能熱泵在內蒙古赤峰市玉龍湖泡池恒溫方面的應用。通過從系統設計、運行原理及經濟效益等方面全面解析空氣能熱泵在內蒙古泡池恒溫可行性和運行的經濟效果。

關鍵字：空氣能熱泵、泳池恒溫、節能

施工單位：廣東同益空氣能科技股份有限公司

一、工程概況

工程名稱：內蒙古自治區赤峰市玉龍沙湖室外泡池恒溫工程；

項目介紹：玉龍沙湖旅游區位于內蒙古赤峰市翁牛特旗烏丹鎮東北處，科爾沁沙地的西緣，距赤峰市90公里，旗政府所在地烏丹鎮區與該景區有三級油路相通。距北京、天津、沈陽等一線城市均在500公里左右，被譽為最近最美的大漠響沙旅游區。2013年，評為國家級AAAA生態旅游景區。1971年，聞名中外的新石器時代紅山文化標志物--“中華第一龍”在此地出土，將中華五千年的古文明史起源又向前追溯了一千多年，景區因此得名“玉龍沙湖”。

玉龍沙湖度假區集沙漠、沙地、古松、怪石、奇峰、濕地、草原、湖泊為于一身，5萬畝草原與茫茫無邊的科爾沁沙地相連，沙地中有一眼清泉，泉水噴涌近1米高，每小時噴水數百噸，在沙漠中積水成湖。湖中又有十多座沙島。形成沙中有湖、湖中有島、島上有草、草中有鳥的奇特沙湖景觀。每年6--10月份，這里藍天麗日，沙白水碧，草綠林翠，游人如織。年接待中外游客20萬人。

二、工程設計

 1. 設計依據

（1）《建筑給排水設計規范》GB50015-2003

（2）《建筑給水排水及采暖工程施工質量驗收規范》 GB50242-2002

（3）《民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范》GB50736-2012；

（4）《游泳池給水排水工程技術規范》CJJ122-2008

（5）空氣能產品技術手冊

2.設計資料

赤峰屬中溫帶半干旱大陸性季風氣候區。冬季漫長而寒冷，春季干旱多大風，夏季短促炎熱、雨水集中，秋季短促、氣溫下降快、霜凍降臨早。大部地區年平均氣溫為0～7℃，最冷月（1月）平均氣溫為-11℃左右，極端最低氣溫-27℃；最熱月（7月）平均氣溫在20～24℃之間。年降水量的地理分布受地形影響十分明顯，不同地區差別很大，有300-500毫米不等。在少雨地區，由于日照充足，地表植被稀疏，蒸發旺盛，年蒸發量是年降水量的6～8倍，致使空氣十分干燥，干旱嚴重。

三、系統設計方案

1.設計資料

 根據客戶提供的資料可知：

（1）該室外泡池有12個，泡池總容量為290m3，平均深度0.65m。

（2）該室外泡池營業時間為5月1日-10月1日，冬季不營業。

（2）根據查閱赤峰市氣候資料，夏秋季室外平均溫度在15℃-20℃之間，本次設計室外環境溫度取15℃，室外風速2m/s，泡池恒溫41℃。

（3）夏秋季自來水溫：15℃；

（4）要求在泡池營業時間內恒定水溫41℃，

2. 熱泵機組計算選型

泡池熱量計算包括兩部分，第一部分為泡池初次加熱熱量計算Q1，第二部分為泡池日常恒溫熱量計算Q2。

（1）初次加熱需熱量

“初次加熱”是指泡池建成或大修灌水后的加熱，也包括泡池因各種原因停運一段時間后的加熱。

初次加熱熱量Q1計算公式：Q1＝Qc + Qs+ Qy。Qc為單位時間加熱功率，Qs為水表面蒸發損失的熱量。

Qc＝CMρ(-)/th

其中：C---水的比熱容J/(kg℃) 

M——泡池總水量（m3）；

ρ——水的密度（kg/L）；

Td——泡池和水上游樂池的池水設計溫度(℃) 

Tf——泡池和水上游樂池的初始水溫(℃)；

th——加熱所需時間。

泡池夏秋季升溫所需要的熱量：

泡池Qc＝290×1000×1×(41-15) ×4.187/48×3600=183kW

（2）泡池表面積耗熱量

室內泡池耗熱量的確定：設計室外環境溫度15℃，泡池恒溫過程中所需要的熱量計算如下：

泡池表面蒸發損失的熱量計算： 

Qs＝α?у（0.0174vf＋0.0229）(Pb－Pq)A(760/B) 

式中Qs——泡池表面蒸發損失的熱量（kJ/h）；

α——熱量換算系數，α＝4.1868kJ/kcal； 

у——與泡池水溫相等的飽和蒸汽的蒸發汽化潛熱（kcal/kg）=574.2kcal/kg； 

vf——泡池水面上的風速（m/s）=2m/s ， 

Pb——與泡池水溫相等的飽和空氣的水蒸汽分壓力（mmHg）=55.4mmHg； 

Pq——泡池的環境空氣的水蒸汽壓力（mmHg）=14.4mmHg； 

A——泡池的水表面面積（m2）=445m2 ； 

B——當地的大氣壓力（mmHg）=760mmHg 。 

則Qs＝α?у（0.0174vf＋0.0229）(Pb－Pq)A(760/B) 

=4.1868×574.2×（0.0174×2+0.0229）（55.4-14.4）×445×760÷760

=703 kW

Qy——池水表面、池底、池壁、管道和設備的傳導熱損失,按游泳池水面蒸發損失熱量的20%計，Qy=0.2 Qs。

則泡池總初加熱熱量Q1＝Qc + Qs+ Qy =183+844=1027kW

（3） 日常恒溫需熱量Q2。即維持泡池實際水溫恒定在設計溫度所需的熱量：

Q2＝Qs+Qf+Qy

其中:Qs——水表面熱損失的熱量，計算方法同上；

   Qf——泡池和水上游樂池補充新鮮水加熱所需的熱量，應按下式計算： 

   Qf= qb?ρ?(tr-tb)/T

其中：qb——泡池每日的新增水量(m3)；

    ρ——水的密度（kg/ m3）；

    Tr——泡池和水上游樂池的池水設計溫度(℃)；

    Tb——泡池和水上游樂池的新增水水溫(℃)；

    T——加熱時間，宜按熱泵每天運行時間確定，最大不超過14h； 

泡池每天補充水量B為整池水量的10％。泡池新增水溫度選取說明：

泡池Qf=290×0.1×1000×1×(41-15) ×4.187/12×3600=73 kW

Qy——池水表面、池底、池壁、管道和設備的傳導熱損失,按游泳池水面蒸發損失熱量的20%計，Qy=0.2 Qs。

則泡池夏秋季日常恒溫需熱量 Q2＝1.2Qs+Qf =844+73=917kW 

（4）熱泵選型

由上述計算可知：

泡池夏秋季恒溫所需的總制熱量：917kW，初加熱需要總制熱量：1027kW。

根據建設方的具體經營情況，空氣能泡池專用熱泵機組按恒溫所需總制熱量與初次加熱所需總制熱量二者中最大值配備。

按照初次48小時左右將泡池水加熱，泡池初次加熱總制熱量為1027kw,需 空氣能泡池專用熱泵機組KX750S DE 14臺， 單臺機組額定制熱量為75kW,機組額定總制熱量為75kw×14=1050kW, 另再增加100kW電輔熱，以滿足運營期間減少泡池初次加熱時間的要求,保障玉龍沙湖旅游高峰時段泡池系統運營正常。 

（5）泡池循環水泵及沙缸的選擇

1、系統循環過濾水泵的選擇

技術參數：額定流量： 80 m3/h，額定揚程：38 m,輸入功率： 15kW   9臺。

2、過濾沙缸的選擇

型號： Q1800，3 臺

技術參數：循環流量：126 m3/h,過濾面積：2.54㎡。

四、產品介紹

空氣能泡池專用熱泵機組以電能為工作能源，熱源來自空氣中熱能，不存在任何污染；運行過程中水電完全隔離，靠銅管導熱，使用絕對安全；工作過程主要熱量有空氣中取得，同時電熱能也轉換為熱量，因此它加熱同樣體積熱水所需費用非常低。

空氣能泡池專用熱泵機組以其獨有的特點深受廣大用戶歡迎。特點：

1、 空氣能泡池專用熱泵機組采用環保高效冷媒作為介質傳輸熱量，能效比年平均380%以上。

2、 空氣能泡池專用熱泵機組采用鈦合金換熱器，超強耐腐蝕性，能抵御水中各種離子的腐蝕，安全環保；采用波紋型翅片換熱效果更佳。

3、 空氣能泡池專用熱泵機主要部件采用進口或中外合資企業生產，保證產品性能穩定。

4、 空氣能泡池專用熱泵機具有防凍、過載、缺相、逆相、過壓、欠壓、高溫、缺水、探頭故障等20項保護程序。

5、 空氣能泡池專用熱泵機具有自動除霜功能，并內置調節程序，適應不同環境使用，保證冬季化霜徹底干凈，保證機組正常工作。

6、 空氣能泡池專用熱泵機獨有數碼流量調節技術，根據環境溫度、水溫等數據自動調整流量保證機組工作穩定高效。

7、 空氣能泡池專用熱泵機自帶控制系統，除滿足自身工作控制外，對整個工程系統可全面控制，補水、供水、多段定時、輔熱、斷電自動記憶等控制全部包容。

8、 空氣能泡池專用熱泵機擁有遠程控制機組工作狀況的云服務系統。

五、服務支持

在完成系統并開始設備安裝后，同益進行了技術人員免費現場培訓，即向業主介紹整個系統的概況及性能、特點、設備布置情況和相互之間的關系等，讓業主對整個系統有個全面的認識。

同時，在整個系統驗收前后，同益公司還指派技術人員向相關人員講解系統的原理、功能、操作及維修保養要點。向受訓學員提供和解釋有關設計文件及圖紙等資料，使相關人員對系統各個方面都能熟練掌握。

六、經濟性能分析

1、空氣能熱泵運行費用分析

根據建設方的具體運營情況，泡池分時段部分使用，因此本次運行費用分析按所有泡池同時使用來計算。

12個泡池每天營業時間（9:00-21:00）共12小時，泡池總恒溫41℃供熱量為917kW/h，機組運行時間按6個小時計算，非營業時間（21：00-9:00）共12小時，泡池恒溫30℃，供熱量為400kW/h，考慮到早晚溫度較低，機器運行時間按8小時計算。泡池初次加熱為1027Kw/h,一個月設計換水次數為3次，年運行時間從5月1日-10月1日，為期6個月,夏秋季白天營業時間機組的能效COP為4.3，非營業時間機組能效比為2.8。

當地峰谷電價明細：

0:00～5:00    0.45元/度（谷）；5:00～7:30     0.95元/度（平）；

7:30～11:30   1.25元/度（峰）；11:30～17:30   0.95元/度（平）；

17:30～21:00  1.25元/度（峰）；21:00～24:00   0.45元/度（谷）；

2、空氣能熱泵運行費用計算：

營業時間泡池恒溫：

每日的電價峰值運行電量：917kW/h×4÷4.3=853kW，電費853×1.25=1067元

每日的電價平值運行電量：917kW/h×2÷4.3=427kW，電費609×0.95=406元

每日所需要的電費：1067+406=1473元

非營業時間泡池恒溫：

每日的恒溫運行電量：500kW/h×3.5÷2.8=625kW

每日恒溫所需要的電費：625×0.45=282元

每日加熱所需電量：825×3.5÷2.8=1032kW；825×1÷4.3=192Kw；

1032+192=1224Kw

每日加熱所需電費：1032÷3.5×0.5×0.45=67元；1032÷3.5×2.5×0.95=700元；

1032÷3.5×0.5×1.25=185元；192×1.25=240元；共1192元。

泡池每天運行費用：1473+282+1192=2947元。

泡池初次加熱：

每次的運行電量：1050kW/h×18÷4.3=4400kW；1050×30÷2.8=11250kW

七、結語

采用空氣能熱泵系統，具有安全、穩定、經濟等特點，從本工程案例可以看出，節能效果非常顯著，經濟實用。目前，北方“煤改電”市場越來越火，中原地區經過一整年的“孕育”，在低碳采暖領域幾乎成為空氣能熱泵的主天下，眾多空氣能品牌在此演繹者激烈的競爭，技術領先總是會讓企業在市場上先行一步。2017年，空氣能行業專業領軍品牌——同益空氣能全面布局內蒙古空氣能市場，不但在政府“煤改電”的大力推動下，先后服務了上百個大型熱泵集中采暖工程，更是率先讓熱泵熱水在內蒙古市場扎根。

（作者：梁森  趙玉姣）