热泵技术在热回收中的应用
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【摘 要】本文对利用热泵技术回收废水余热的可行性进行论述，设计余热回收系统的形式，进行热平衡计算并对其经济性进行分析。
【关键词】热泵热回收系统；投资成本
一、热泵热回收的可行性
现有的提供生活热水的热源多是燃煤、燃油、燃气或者是电加热，其中多数是消耗高品位能源来加热温度不高的生活热水，无论从节约能源角度还是从按质用能的角度都存在着大量的能源浪费。生活热水所需的水温不高，非常适合利用热泵技术来提供，笔者经过实践证明这项技术是非常可行的。
我们知道随着城市建设和工业的发展，水资源日益不足，这为应用热泵技术提供了适宜的水质、水温和水量的调节条件，使得这部分的热能的得到回收，从而达到很好的节能作用和效果。宾馆浴池排放的温度相对较高废水，经过水处理以后形成低品位热源，进行热回收，用以加热需用热水。（即利用热泵的蒸发器吸收排放水的余热，以热泵的冷凝器作为热水供应的热源，释放出回收的热量和驱动热泵的功量，加热需用热水）。
二、热泵热回收系统的热平衡计算和经济分析
1、热泵热回收系统的热平衡计算
现以某学院公共浴池为例进行热平衡计算和运行经济分析。该公共浴池共有淋浴喷头200个，由于是学生使用，喷头的使用率按时间并不均衡，本文按营业时间平均计算。学院现有在校学生5600人，明年将达7800人，自来水温度为8℃。根据《建筑给排水设计规范》GB50015-2003规定，公共浴池1个喷头用水量为450L/h。按冷、热水混合后淋浴喷头出水温度为40℃、热水供水温度50℃计算，该公共浴池所需50℃热水为55T/h，总水量72T/h，浴池平均每天开放六个小时，喷头使用率按80%计算，加热热水所需热量为
=9646387 kJ/h
=2680kW
该浴池现用0.6MPa的干饱和蒸汽加热热水，汽化潜热为2066kJ/kg，每小时加热热水所需蒸汽量为4.7T。
现将该浴池设计成采用热泵机组回收生活排水余热，用辅助热源（原有蒸汽锅炉房）作为启动生活热水负荷和辅助加热的系统，并在浴池内设30T热水储水箱1个、回收水源储备水箱1个。考虑到废水处理和水量损失。回收水源的水量按总水量的90%计算生活排水初始水温按30℃、经热泵热回收后水温按8℃计算，可回收的余热为
=0.9×72×1000×4.1868×(30-8)
=5968702.1kJ/h
=1657.97kW
如果选定的机组COP值为3.9那么热泵机组的总供热量为
Q1=1657.97×3.9/（3.9-1）=2230kW
根据对上式的计算结果假如选配机组则选用：HT980A热泵机组2台具体制热工况参数是：制热量984kW，制热功率249.3kW，高温热水器产生热水量8.4m3/h进出温度为50/60℃，那么机组热回收量为：8.4×1000×4.1868×（60-50）=351691.2 kJ/h= 97.69kW
由此，热泵机组的总供热量为2065.69 kW。
需要补充热量ΔQ=2680-2065.69=614.31 kW达到热平衡。
不足部分采用辅助热源进行加热.
以上是在城市供水8℃的工况下的热平衡，那么随着城市供水季节的变化，水温提升的情况下其补充热量而减少，通过计算在城市供水温度达到20.2℃的时候热回收达到最佳状态，不再需要辅助热源。
2、热泵热回收系统的经济分析
若直接采用干饱和蒸汽加热热水，所需蒸汽量为4.7T/h，蒸汽价格为150元/T，加热费用705元/h，每天为4230元。
若采用热泵机组回收生活排水余热，用辅助热源（原有蒸汽锅炉房）启动生活热水负荷和辅助加热的系统，启动生活热水所需蒸汽量为
=2533kg=2.55T
辅助加热系统每小时所需蒸汽量为
=1070kg/h=1.07T/h
该方案所需蒸汽量为 8.97T，每天费用1345.5元。按流量和扬程估算冷凝器和蒸发器侧水泵功率共15kW，热泵系统总用电量513.6kW，学院用电0.5元/kW.h，热泵系统用电费用为每天1540.8元，加蒸汽费用每天2886.3元，每天结余4230-2886.3=1343.7元。每年按运行300天计算，全年的结余费用为403110元。五年回收投资成本。
这是在城市供水8℃的工况下的结果。城市供水温度超过8℃其节约费用相对增加。如果全年对其进行加权折合或夏季通过太阳能等其他手段使得城市供水温度达到20.2℃的天数界定60天，年增加节约运行成本60×2886.3=173178元。
所以得出经济分析结论为，按热泵热回收的运行模式每年运行成本可以节约40.3～57.6万元。
如果考虑利用消防水池增加热回收的蓄水量。使得蓄水池内的水温保持在10～15℃.在夏季为办公楼和教室提供冷源，那么结余的费用将会更高，其具体的流程如图2所示。
如果按此流程进行计算，可在3年内实现投资成本，并且可以在夏季完全取消锅炉的辅助加热，比图1的流程更节约。
三、结论
应用热泵技术，进行热回收，用以加热生活热水，将热泵技术、高温排放污水处理系统和热水供应系统三者有机地结合在一起，利用热泵回收品质较好相对温度较高的低温热量，节能效果明显，同时满足了热水供应的需要，而且提高了宾馆浴池的经济效益。
该系统适宜于大中型的宾馆饭店和洗浴中心，该系统增加了用于热回收及加热生活用热水的热泵装置，取消了原需设置的热水供应热源或换热设备，并有效利用了工程原设的各种调节池和热水供应系统原设的贮热输配设备。尤其对于大中型的公共浴池，即可以回收洗澡废水的热量，又可以从节能角度，对洗澡废水进行简单的处理，然后回收洗澡废水的热量，并用热泵加热或预热洗澡水，洗澡废水经热回收后在设定的温度值自然排放。
总之，该技术是一项很好的节能的综合措施，节能效果明显，有很好的应用前景。