太阳能、双效热回收热泵系统在医院热水系统改造中的应用
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摘 要：国内医院热水系统主要使用锅炉作为热源，但随着国内对能源需求不断增大，“油荒”以及“煤荒”的出现，迫使利用和开发再生能源势在必行。本文主要介绍太阳能集热板、双效热回收热泵系统在医院热水系统节能改造的应用。
关键词：太阳能集热板；双效热回收热泵；医院热水系统改造
中图分类号：TK51 文献标识码：A
1 项目改造前概况
项目改造前中山大学附属肿瘤医院饭堂、住院部的生活热水均由医院西北面锅炉房内的燃油锅炉提供热源。锅炉房内原有燃油锅炉二台，分别为（WNS3-1.25-Y）一台，（WNS5-1.25-Y）一台，能耗较大。近三年，平均每年油耗为266吨，平均每天耗油为0.73吨。每年向大气排放二氧化碳约813.96吨，年排放碳颗粒尘埃220.78吨。中山大学附属肿瘤医院位于闹市中心，锅炉属特种设备，具有一定安全隐患。为减低能耗和二氧化碳排放对大气造成的污染，现需对医院现有热水系统进行改造。
2 项目改造要求
中山大学附属肿瘤医院热水系统改造要求：
2.1 工程改造过程不能影响医院的正常运营和原有机电设施的正常使用，并把施工造成的影响降到最低。
2.2 工程改造完毕必须100%确保取消燃油锅炉后医院的所有生活热水设备可靠的安全的运行。
2.3 工程改造完成后必须是符合并达到国家提倡的节能环保原则。
2.4 工程改造完成后要实现节能减排的目的且满足经济性和实用性的要求。
3 项目改造分析及应用
按年平均油耗266吨，每吨柴7000元/吨，现在医院热水系统每年需耗费186.2万元用于热水加热。运行费用较高，本次节能改造的主要目的是降低污染、减少热水系统运行费用。
按节能环保需要本次改造热源采用太阳能再生技术、双效热回收热泵机组技术。下面先对对两种技术的应用进行阐述。
4 太阳能再生循环应用技术
因医院楼面可用面积有限，本改造方案太阳能集热系统只作辅助用途，首先在医院楼顶空间规划出一块250平米的空间用于安装太阳能热量换热系统。太阳能热量换热系统由36块太阳能集热板组成，集热面积为84m2，系统配有自循环的立式半容积式换热器，组成可再生循环使用的太阳能热量换热系统。该系统日照系数按照广州市平均全年有效0.6计算，有效日照时间为216天（每天有效日辐射时间是11小时），根据计算系统全年回收热量为108864kW。如果折合原蒸汽油锅炉产生的热量，则需要油费6.82万元，相当耗油9.74吨（见图1）。
5 双效热回收热泵机组系统
生活热水系统改造方案选用双效热回收热泵机组作为主要热源，该机组突出优势是双效和高效热回收，夏季可运行在制冷和热回收工况，该技术使得热泵机组在能量守恒的工况下，冷量和热量均被不同的系统所使用，没有任何废热的排放，是目前效率最高、能效比最好、经济性最优的应用。根据现场垂直运输特点，改造方案采用3组共18台双效热回收模块机组，采用并联方式实现夏季制热/冷回收以及冬季供暖和制热运行。考虑到双效热泵机组出现意外故障，或者医院供电系统出现故障等，系统还配置了一台高效燃气常压热水炉，以确保出现上述情况时保证医院生活热水系统正常运行。燃气热水炉设计为可应对两种应急运行工况：（1）生活热水供水温度偏低时，快速提升生活热水的水温运行，以确保生活热水的品质；（2）双效热泵加热能力下降时，投入备份生活热水热量的补充运行。双效热回收机组运行在制热同时进行冷回收，基于能量守恒，回收80%的冷量，并将冷量输送到空调冷冻水系统，达到消耗一份电量却产生两份有价值可利用的热量的效果，机组的综合能耗比高达8.32。为了实现冷量和热量的同时使用，机组的耗电加上冷冻水泵、一次热水循环水泵、二次热水循环水泵的电耗，最终产生的系统电耗与冷量和热量之和能够达到5.4的系统能效比COP值（见图2）。
太阳能集热系统和双效热回收热泵机组系统控制节点多、数据采集点广、数据关联密切、运算流程复杂，本方案通过智能管理系统系统进行群控，来达到节能效果。
6 改造项目经济效益分析
注：（1）双效热泵年热水费用的计算包括热量输出与冷量输出，冬季拿出10天作为恶劣气候使用应急的燃气热水锅炉补充热水所需的燃气费用。（2）燃气费用按照5.4元/立方；柴油按照7元/公斤；电费按照0.98元/度计算。从以上数据得出本次改造后比改造前每年节约费用123.34万，节能效果明显。
参考文献
[1]谭胤，张德源.智能中央空调节能系统设计实现[J].工业控制计算机，2005.