空气能热泵在内蒙古泡池恒温解决方案

摘要：本文介绍了空气能热泵在内蒙古赤峰市玉龙湖泡池恒温方面的应用。通过从系统设计、运行原理及经济效益等方面全面解析空气能热泵在内蒙古泡池恒温可行性和运行的经济效果。

关键字：空气能热泵、泳池恒温、节能

施工单位：广东同益空气能科技股份有限公司

一、工程概况

工程名称：内蒙古自治区赤峰市玉龙沙湖室外泡池恒温工程；

项目介绍：玉龙沙湖旅游区位于内蒙古赤峰市翁牛特旗乌丹镇东北处，科尔沁沙地的西缘，距赤峰市90公里，旗政府所在地乌丹镇区与该景区有三级油路相通。距北京、天津、沈阳等一线城市均在500公里左右，被誉为最近最美的大漠响沙旅游区。2013年，评为国家级AAAA生态旅游景区。1971年，闻名中外的新石器时代红山文化标志物--“中华第一龙”在此地出土，将中华五千年的古文明史起源又向前追溯了一千多年，景区因此得名“玉龙沙湖”。

玉龙沙湖度假区集沙漠、沙地、古松、怪石、奇峰、湿地、草原、湖泊为于一身，5万亩草原与茫茫无边的科尔沁沙地相连，沙地中有一眼清泉，泉水喷涌近1米高，每小时喷水数百吨，在沙漠中积水成湖。湖中又有十多座沙岛。形成沙中有湖、湖中有岛、岛上有草、草中有鸟的奇特沙湖景观。每年6--10月份，这里蓝天丽日，沙白水碧，草绿林翠，游人如织。年接待中外游客20万人。

二、工程设计

 1. 设计依据

（1）《建筑给排水设计规范》GB50015-2003

（2）《建筑给水排水及采暖工程施工质量验收规范》 GB50242-2002

（3）《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》GB50736-2012；

（4）《游泳池给水排水工程技术规范》CJJ122-2008

（5）空气能产品技术手册

2.设计资料

赤峰属中温带半干旱大陆性季风气候区。冬季漫长而寒冷，春季干旱多大风，夏季短促炎热、雨水集中，秋季短促、气温下降快、霜冻降临早。大部地区年平均气温为0～7℃，最冷月（1月）平均气温为-11℃左右，极端最低气温-27℃；最热月（7月）平均气温在20～24℃之间。年降水量的地理分布受地形影响十分明显，不同地区差别很大，有300-500毫米不等。在少雨地区，由于日照充足，地表植被稀疏，蒸发旺盛，年蒸发量是年降水量的6～8倍，致使空气十分干燥，干旱严重。

三、系统设计方案

1.设计资料

 根据客户提供的资料可知：

（1）该室外泡池有12个，泡池总容量为290m³，平均深度0.65m。

（2）该室外泡池营业时间为5月1日-10月1日，冬季不营业。

（2）根据查阅赤峰市气候资料，夏秋季室外平均温度在15℃-20℃之间，本次设计室外环境温度取15℃，室外风速2m/s，泡池恒温41℃。

（3）夏秋季自来水温：15℃；

（4）要求在泡池营业时间内恒定水温41℃，

2. 热泵机组计算选型

泡池热量计算包括两部分，第一部分为泡池初次加热热量计算Q1，第二部分为泡池日常恒温热量计算Q2。

（1）初次加热需热量

“初次加热”是指泡池建成或大修灌水后的加热，也包括泡池因各种原因停运一段时间后的加热。

初次加热热量Q1计算公式：Q1＝Qc + Qs+ Qy。Qc为单位时间加热功率，Qs为水表面蒸发损失的热量。

Qc＝CMρ(-)/th

其中：C---水的比热容J/(kg℃) 

M——泡池总水量（m³）；

ρ——水的密度（kg/L）；

Td——泡池和水上游乐池的池水设计温度(℃) 

Tf——泡池和水上游乐池的初始水温(℃)；

th——加热所需时间。

泡池夏秋季升温所需要的热量：

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

（2）泡池表面积耗热量

室内泡池耗热量的确定：设计室外环境温度15℃，泡池恒温过程中所需要的热量计算如下：

泡池表面蒸发损失的热量计算： 

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

式中Qs——泡池表面蒸发损失的热量（kJ/h）；

α——热量换算系数，α＝4.1868kJ/kcal； 

у——与泡池水温相等的饱和蒸汽的蒸发汽化潜热（kcal/kg）=574.2kcal/kg； 

vf——泡池水面上的风速（m/s）=2m/s ， 

Pb——与泡池水温相等的饱和空气的水蒸汽分压力（mmHg）=55.4mmHg； 

Pq——泡池的环境空气的水蒸汽压力（mmHg）=14.4mmHg； 

A——泡池的水表面面积（m2）=445m2 ； 

B——当地的大气压力（mmHg）=760mmHg 。 

则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、管道和设备的传导热损失,按游泳池水面蒸发损失热量的20%计，Qy=0.2 Qs。

则泡池总初加热热量Q1＝Qc + Qs+ Qy =183+844=1027kW

（3） 日常恒温需热量Q2。即维持泡池实际水温恒定在设计温度所需的热量：

Q2＝Qs+Qf+Qy

其中:Qs——水表面热损失的热量，计算方法同上；

   Qf——泡池和水上游乐池补充新鲜水加热所需的热量，应按下式计算： 

   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——泡池和水上游乐池的池水设计温度(℃)；

    Tb——泡池和水上游乐池的新增水水温(℃)；

    T——加热时间，宜按热泵每天运行时间确定，最大不超过14h； 

泡池每天补充水量B为整池水量的10％。泡池新增水温度选取说明：

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、管道和设备的传导热损失,按游泳池水面蒸发损失热量的20%计，Qy=0.2 Qs。

则泡池夏秋季日常恒温需热量 Q2＝1.2Qs+Qf =844+73=917kW 

（4）热泵选型

由上述计算可知：

泡池夏秋季恒温所需的总制热量：917kW，初加热需要总制热量：1027kW。

根据建设方的具体经营情况，空气能泡池专用热泵机组按恒温所需总制热量与初次加热所需总制热量二者中最大值配备。

按照初次48小时左右将泡池水加热，泡池初次加热总制热量为1027kw,需 空气能泡池专用热泵机组KX750S DE 14台， 单台机组额定制热量为75kW,机组额定总制热量为75kw×14=1050kW, 另再增加100kW电辅热，以满足运营期间减少泡池初次加热时间的要求,保障玉龙沙湖旅游高峰时段泡池系统运营正常。 

（5）泡池循环水泵及沙缸的选择

1、系统循环过滤水泵的选择

技术参数：额定流量： 80 m³/h，额定扬程：38 m,输入功率： 15kW   9台。

2、过滤沙缸的选择

型号： Q1800，3 台

技术参数：循环流量：126 m³/h,过滤面积：2.54㎡。

四、产品介绍

空气能泡池专用热泵机组以电能为工作能源，热源来自空气中热能，不存在任何污染；运行过程中水电完全隔离，靠铜管导热，使用绝对安全；工作过程主要热量有空气中取得，同时电热能也转换为热量，因此它加热同样体积热水所需费用非常低。

空气能泡池专用热泵机组以其独有的特点深受广大用户欢迎。特点：

1、 空气能泡池专用热泵机组采用环保高效冷媒作为介质传输热量，能效比年平均380%以上。

2、 空气能泡池专用热泵机组采用钛合金换热器，超强耐腐蚀性，能抵御水中各种离子的腐蚀，安全环保；采用波纹型翅片换热效果更佳。

3、 空气能泡池专用热泵机主要部件采用进口或中外合资企业生产，保证产品性能稳定。

4、 空气能泡池专用热泵机具有防冻、过载、缺相、逆相、过压、欠压、高温、缺水、探头故障等20项保护程序。

5、 空气能泡池专用热泵机具有自动除霜功能，并内置调节程序，适应不同环境使用，保证冬季化霜彻底干净，保证机组正常工作。

6、 空气能泡池专用热泵机独有数码流量调节技术，根据环境温度、水温等数据自动调整流量保证机组工作稳定高效。

7、 空气能泡池专用热泵机自带控制系统，除满足自身工作控制外，对整个工程系统可全面控制，补水、供水、多段定时、辅热、断电自动记忆等控制全部包容。

8、 空气能泡池专用热泵机拥有远程控制机组工作状况的云服务系统。

五、服务支持

在完成系统并开始设备安装后，同益进行了技术人员免费现场培训，即向业主介绍整个系统的概况及性能、特点、设备布置情况和相互之间的关系等，让业主对整个系统有个全面的认识。

同时，在整个系统验收前后，同益公司还指派技术人员向相关人员讲解系统的原理、功能、操作及维修保养要点。向受训学员提供和解释有关设计文件及图纸等资料，使相关人员对系统各个方面都能熟练掌握。

六、经济性能分析

1、空气能热泵运行费用分析

根据建设方的具体运营情况，泡池分时段部分使用，因此本次运行费用分析按所有泡池同时使用来计算。

12个泡池每天营业时间（9:00-21:00）共12小时，泡池总恒温41℃供热量为917kW/h，机组运行时间按6个小时计算，非营业时间（21：00-9:00）共12小时，泡池恒温30℃，供热量为400kW/h，考虑到早晚温度较低，机器运行时间按8小时计算。泡池初次加热为1027Kw/h,一个月设计换水次数为3次，年运行时间从5月1日-10月1日，为期6个月,夏秋季白天营业时间机组的能效COP为4.3，非营业时间机组能效比为2.8。

当地峰谷电价明细：

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、空气能热泵运行费用计算：

营业时间泡池恒温：

每日的电价峰值运行电量：917kW/h×4÷4.3=853kW，电费853×1.25=1067元

每日的电价平值运行电量：917kW/h×2÷4.3=427kW，电费609×0.95=406元

每日所需要的电费：1067+406=1473元

非营业时间泡池恒温：

每日的恒温运行电量：500kW/h×3.5÷2.8=625kW

每日恒温所需要的电费：625×0.45=282元

每日加热所需电量：825×3.5÷2.8=1032kW；825×1÷4.3=192Kw；

1032+192=1224Kw

每日加热所需电费：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。

泡池每天运行费用：1473+282+1192=2947元。

泡池初次加热：

每次的运行电量：1050kW/h×18÷4.3=4400kW；1050×30÷2.8=11250kW

七、结语

采用空气能热泵系统，具有安全、稳定、经济等特点，从本工程案例可以看出，节能效果非常显著，经济实用。目前，北方“煤改电”市场越来越火，中原地区经过一整年的“孕育”，在低碳采暖领域几乎成为空气能热泵的主天下，众多空气能品牌在此演绎者激烈的竞争，技术领先总是会让企业在市场上先行一步。2017年，空气能行业专业领军品牌——同益空气能全面布局内蒙古空气能市场，不但在政府“煤改电”的大力推动下，先后服务了上百个大型热泵集中采暖工程，更是率先让热泵热水在内蒙古市场扎根。

（作者：梁森  赵玉姣）