针对目前传统方式供暖的现状，介绍了一种全新的工业余热水、高温水源热泵的供暖方案。在比较了各种常规的供暖模式的经济及环保效益的同时，为低温地热水、地热尾水及其它各种温度在30～60℃之间的中低品位余热水资源提供了一种高效、合理的利用途径。用高温水源热泵机组对各类中低品位的余热资源进行余热回收，应用于我国北方城市的冬季供暖是热电联产供暖方式的必要、有力的补充。有关部门应给予重视及大力推广。
项目简介
河南郑州某厂，其铸造车间因工艺需要对工业炉进行炉体冷却，产生大量的40-45℃的工业炉冷却循环水，其水质情况为杂质较多，但腐蚀性低。采用高温水源热泵对该冷却水进行余热回收，制取75℃高温热水对末端为散热器片的8000㎡办公楼实行冬季供暖。
负荷计算
1、设计所需相关规范：
采暖通风与空气调节设计规范》GBJ19-87
建筑通风设计防火规范GBJ16-83
室内空调舒适温度GB5701-83
办公建筑设计规范JG67-89
2、采暖室外计算参数
高温水源热泵在工业废水中的应用
点击此处查看全部新闻图片
3、采暖室内计算参数
冬季室内设计温度t=18--22℃
4、负荷计算
取面积热指标：q=60W/㎡
供暖总建筑面积：F=8000㎡
冬季总热负荷：Q=q×F=60×8000=480kW
工艺方案
40-45℃工业余热水经简单处理(除砂，杂质过滤，加药或用电子水处理仪防结垢)后，应用板式换热器进行热交换，输出37-42℃二次热水(软水)进高温水源热泵机组进行能量提升，高温水源热泵机组输出75℃的热水供8000㎡办公楼冬季采暖。工业余热水水温降为33-38℃，可使生产工艺中的炉体冷却效果更好。
建议供暖系统设计采用进回水双垂直立管的系统(新建项目的供暖系统均应采用这种方式)，室内散热器片的面积应比传统的95℃供水70℃回水的单管垂直串联方式的供暖系统增加40%。
设备选型：(设备选型应为480kw×1.1=528kw)拟选用两台北京清源世纪科技有限公司生产的QYHP-300H型的高温水源热泵机组，两台机组制热量共为624KW，一次水水量为84t/h，二次水量为66t/h，需工业余热水量为76-80t/h，电源额定功率为190KW。这样选型的好处是：在大约80%的供暖时间仅需开启一台机组(311kw，38.88w/㎡)就可满足系统负荷的需求，在较冷的季节可同时开启两台设备以满足负荷需求，既减少了机组的开启次数又节约了运行费用，同时在一台设备出现故障进行维修的时候可启用另外一台热泵机组，系统尚有较强的供热能力。
机组除冬季供暖外，尚有320KW的制冷能力，可约为4000㎡普通建筑物实施夏季供冷。
机组可利用各种余热水全年提供生活热水。除采暖季外，在适当加设热水箱的前提下，可为约1000人提供生活热水的需求(每人每天生活热水按160升考虑)。提供生活热水的费用约为同样输出功率的电锅炉的13.3%，燃气锅炉的33.2%，燃油锅炉的18.7%，经济效率十分可观(经济性分析详见表二)。
两台高温水源热泵机组的额定电机输入功率为：190KW。
流程示意图图见附图
75℃
60℃
37-42℃
40-45℃
33-38℃
高温水源热泵在工业废水中的应用
点击此处查看全部新闻图片
经济性分析
(一)、各种供暖方式就一次性投资及运行成本的经济性比较分析
高温水源热泵除具有环保的特点外，更具有明显的节能优势，下面将利用各种余热资源采用高温水源热泵的供暖方式同现行的各种供暖方式(市政热力、燃煤锅炉房供热、燃油锅炉房供热、燃气锅炉房供热、分户燃气供热)，就一次性投资、运行成本依据基础数据(结合类似工程的造价情况及有关设备、材料、施工定额价格估算而得)等作分析比较如下表：
表一：各种供暖方式就一次性投资及运行成本的经济性比较分析表
高温水源热泵在工业废水中的应用
点击此处查看全部新闻图片
说明：1、电价05元/(KWh)、低谷电价02元/(KWh)，每日低谷电价运行8小时、天然气价18元/m3、煤价300元/t、自来水32元/t、燃油34元/L。
2、单位建筑面积热负荷：设备选型按60W/㎡，实际运行按3182W/㎡计取(系统24小时不间断运行的全年平均值)。采暖系统运行按130天/年。
3、燃料燃烧值按国家标准计取，燃煤锅炉效率η取055，燃气锅炉效率η取090，燃油锅炉效率η取090，电锅炉效率η取095，水源热泵机组COP=375。
4、运行费只计主要设备的燃料费，未计入管理费、燃煤锅炉大修费等。
5、在一次性投资及运行费用中各种供暖方式相同的部分不做比较。
通过上表我们可以看到应用高温水源热泵能节省可观的运行费用，同时需要指出的还有因采用这种方式供暖同运行费用较低的燃煤锅炉供暖方式相比所带来的巨大的潜在经济效益：如锅炉维护人员的减少，省掉了锅炉的大修费用、煤场占地灰渣场占地的场地费用、排渣费用(这几项费用约为全年运行费用的20%，即燃煤锅炉总运行费用约比高温热泵高25%)；锅炉房对景观的破坏，锅炉烟气对环境造成的污染等等环保方面的效益。
利用各种余热资源采用高温水源热泵的供暖方式在实现冬季供暖的同时，因高温水源热泵机组还可提供生活热水及夏季制冷，从而避免了重复投资。高温水源热泵机组的一次性投资中还可节约24元/m2的制冷投资(单位建筑面积冷负荷按80W/㎡计取)，冬、夏两季运行的工况下高温水源热泵供暖项目一次性投资中的设备折旧也大为降低(为冬季供暖及夏季制冷各半)。
(二)、各种热源制取生活热水的运行成本比较分析
高温水源热泵除具有环保的特点外，更具有明显的经济节能优势，下面将采用高温水源热泵回收利用冷凝热或其它余热水资源制备生活热水同现行的各种方式(燃油锅炉、燃气锅炉、电锅炉)，就运行成本依据基础数据作分析比较如下表(表中均以每小时制备100t生活热水为计算比较单位)
表二：各种热源供生活热水的运行成本比较分析表
高温水源热泵在工业废水中的应用
点击此处查看全部新闻图片
说明：1、电价0.5元/(KW.h)、天然气价1.9元/m3、煤价300元/t、燃油3.4元/L。
2、单位生活热水负荷：每人每天200升，夏季自来水温度按10℃考虑，生活热水水温65℃，冷却水设计温度为出水37℃、回水32℃，设备选型依据国家关于生活热水尖峰负荷等规定执行。
3、燃料燃烧值按国家标准计取，燃煤锅炉效率η取0.55，燃气锅炉效率η取0.85，燃油锅炉效率η取0.85，电锅炉效率η取0.90，水源热泵机组COP=4.3。
4、运行费只计主要设备的燃料费，未计入管理费、燃煤锅炉大修费等。
方案特点
1、余热利用、经济节能
采用高温水源热泵机组可直接回收利用低温地热水、地热尾水及其它各种温度在30～60℃之间的中低品位余热资源，从根本上解决了此类余热资源不能被热泵机组直接回收利用的现状。机组制热工况出水温度可根据用户需求调节，最高出水温度可达90℃，可满足不同用户的空调、供暖、制备生活热水的需求，低温余热水+高温水源热泵取代燃煤锅炉进行冬季供暖无须改造供暖末端及现有供暖管网，从而使现有资源得到了最合理的利用。能源利用率提高，投入1KW的电能可得到3.5KW以上的高品位热能，运行费用与常规方式相比更节约。
2、绿色环保、效益显著
采用工业余热水加高温水源热泵取代燃煤锅炉可取得很好的环保效应和经济效应，避免了燃煤锅炉的废气、废渣对周围环境的污染，省掉了燃煤的运输费用、贮煤场地费用、除尘费用、灰渣的运输、排放处理费用等。同时解决了这类30～60℃之间的余热水排放对环境造成的热污染的问题，经此方案后炉冷却循环水的温度降为33-38℃，大大改善了炉体冷却循环水的工况。
3、一机多用，节约资金
在该项目中，利用高温水源热泵提供冬季供暖的同时，还可提供夏季制冷，尚有320KW的制冷能力，可约为4000㎡普通建筑物实施夏季供冷，一机多用,从而避免了中央空调系统的重复投资,提高了设备的利用率。
4、性能稳定、安全可靠
高温水源热泵运行自动化程度高，便于操控,运行人员少，无压力容器存在，安全性好。因炉体冷却循环水温度稳定，热泵供热为连续供热温度恒定，人体的舒适感好。机组体积小，可灵活安置在任何地方，节约空间。
