中铁十七局集团第三工程有限公司 河北石家庄 050086
摘要：随着国家政策宏观调控化解产能过剩，能源短缺及国家节能减排措施的实施，降低能耗在空气能领域凸显的尤为重要。在施工企业单位的运用具有巨大的价值。本文以施工项目实际情况进行了分析，使用空气能可使项目节省了很大资金，给公司带来巨大收益。
关键词：空气能应用；施工单位空气能应用；建筑工地节能减排
工程施工单位所承揽的工程项目一般具有临时性，有明确的开始时间和结束时间，且项目是一次性的，从而导致对临时建筑和设施的投入形成很大浪费。一个施工企业一般有诸多承建项目，每一个项目采用空气能将会给公司带来巨额收益。由于大多数施工单位对空调的使用已很普及，本文重点对工程单位采用空气能热泵所带来的价值进行论证。
1 空气能热泵介绍
1.1 空气能、冷媒
空气能是指空气中所蕴含的热能。空气吸收太阳辐射等能量，使空气分子无规则高速运动，温度越高，空气分子无规则运动越剧烈，空气所含能量也就越高。
冷媒是一种容易低压吸热变成气体，又容易高压放热变成液体的物质。冷媒在空气能热泵循环系统中，通过蒸发和凝结，源源不断转移热能的一种物质。常温常压下冷媒的沸点很低，一般低于-40℃。由于冷媒由液态变成气态时极易从-25℃～45℃环境获取热能。理想冷媒具有以下特征：
1、无毒、化学性能安定、不燃烧、不爆炸、对环境无害。
2、对金属及非金属系统无腐蚀作用、对润滑油无破坏性、泄漏时易于察觉。
3、具有很高的蒸发潜热能力。
1.2 空气能热泵工作原理
空气能热泵是以“逆卡诺”原理运行的，逆卡诺工作原理是低温高压液态介质冷媒经膨胀机构（膨胀阀/节流阀）毛细管的节流降压、降温处理后变为低温低压的液态冷媒，冷媒进入空气能交换机（蒸发器）在低压下蒸发，室外热空气不断穿过蒸发器的肋片进行热交换，冷媒在系统内蒸发吸取周围的热能，将空气中的热能吸收储存在低压气态冷媒中，气态冷媒经压缩机压缩后成高温高压气体，由于冷媒沸点随压力升高而升高。高沸点的冷媒进入冷凝器后液化变成液体，并放出热量。高温蒸气通过水热交换机的特制环形管冷凝器变成液体时，将大量热能传递给水箱中的水。高压冷媒液体再次经过膨胀阀（节流阀）节流进入蒸发器，使冷媒压力降低并在蒸发器中蒸发获取热能，如此重复循环，不断的将热能转移到水中。热泵工作如图1所示。
图1 空气能热泵工作示意图
1.3 空气能热泵构成
空气能热泵整套系统中贯穿着冷媒。设备由保温水箱，增压泵，压缩机，冷凝器，膨胀阀，蒸发器及其它配件组成。
1.4 空气能热泵的作用
空气能热泵是通过系统压缩冷媒，由气态低温低压吸热，再到高温高压放热，不断转移热能到水里的系统装置。可以转移出比压缩机所消耗的电能多3～4倍的热能，并将热能储存于相应介质中，以满足使用需求。
2 使用空气能利弊分析
2.1空气能发展现状
在不同的空气能热泵和冷媒试验参数存在一定差异，一般情况下空气能可将水温加热75-80℃。空气能已成熟做到取暖、制冷、热水、除湿和空气滤净等各项功能为一体，并可通过微电脑控制，给生活带来极大的便捷。可在微电脑实时显示保温水桶的水位及水温，并可根据需求设置手动、自动上水、循环加热、水箱水温升到设定温度时自动上水、水满自动停止，可与电脑联网，远程控制。空气能热泵可在阴、晴、雨、雪、昼、夜不间断不间断自动提供热水；低温也能正常运转；空气能不用直接使用电能加热，且无燃烧，无污染，为目前最安全环保的热水器。
2.2优点：安全环保+节能省钱+便捷+经久耐用+安装方便+适用范围广+智能
1、安全环保：空气能热水器是由介质吸收空气中热能置换到水中加热水，不需要电加热元件与水接触，不需要电加热棒加热，无电热水器漏电的危险，不使用燃气，无任何废气，没有了燃气中毒和爆炸的隐患，也没有燃油热水器排放废气污染空气。空气能热泵排出的冷风，且对环境无害，可利用降低室温。
2、节能省钱：燃油锅炉效率约70%左右、电热水器的效率90%左右、空气能热泵效率多为300%～400%，热泵热水器是热效率最高的热水器。空气能热泵高效节能、热效率高，COP值超过3以上，制备热水的成本极其低廉，节省约70%～80%的电能，将节省2/3～3/4的电费支出。
3、便捷：空气能热泵安装好后可即用即出热水，无需等待，已经实现全自动定温有压供水，不会忽冷忽热造成不适。并解决了太阳能热水系统阴雨天、晚间、无阳光、上冻时无热水可用的不足。
4、经久耐用：空气能热水器采用防锈、耐腐蚀、不锈钢板等材料，可使使用寿命达十五年，长期运营成本低于其他采暖设备。
5、安装方便：可安装于水房、浴室、室外、阳台、厨房、楼顶等处，无需专门的设备房，安装操作方便、简单。
6、适用范围广：常温下空气能热源泵COP值在3以上。在天气较冷、环境温度较低时、会略有降低，空气能技术经过10多年的发展，已经很成熟，许多品牌可做到在全球范围人类可居住的地方，空气能产品都可以确保稳定运行。
7、智能回水功能：实现即开即用热水，以最节能的方式保证水路中始终是可取用的热水，杜绝了管道内冷水浪费。
2.3 缺点
1、大多数情况下非软化水在60℃以上的时候容易结垢，使得盘管外附上水垢而影响冷媒循环系统的导热效率，或者导致水循环系统堵塞而无法正常使用。
2、零下10℃容易结霜，自动化霜严重影响节能效率。
3 施工项目需要配备空气能热泵分析
3.1建筑工地生活区热水量使用分析与统计
建筑工地人员，由于工作环境的特殊性，衣服与身体均易被灰尘等污染，且工人为缓解肌肉劳累损伤酸痛，需用热水洗脸、刷牙、泡脚、洗衣服，不同人不同时间每天所需热水量均不同。食堂做饭、洗菜、刷碗均需要热水，外加天气影响，每天用水量波动较大，对各地整体粗略统计发现平均每人每天使用不同温度热水量在40-60kg之间，以下计算每人用热水量按照50kg计。具体统计见表1。
表1 合安3标项目部人员及每天用水统计
3.2目前多数建筑工地生活区实际配置情况
由于施工单位的特性，大多数单位，临建时很少在这方面总体考虑节能减排，降低成本。多数建筑工地使用电茶炉，电热棒，饮水机，电烧水壶，天燃气灶，煤气灶，柴油灶烧水，以解决各自热水所需。以下为本项目临建驻地点实际配置情况：
厨房：做饭多用电磁炉、柴油灶、煤气灶、天然气灶，所需热水皆由此提供。
盥洗室：茶炉、热水棒烧开水供生活所需。
食堂：所需热水由茶炉提供。
食堂库房：冰箱冷藏食物，用空调降温，用风扇解决空气流通。
洗澡堂：用太阳能热水器、电热水器、茶炉供热水。
饮水房：茶炉、热水棒烧开水，饮水机加热桶水。
3.3井水温度数据采集
由于多数驻地均为就地取材解决用水问题，一般采取打井取水。对本项目井水温度采集：用温度计测试6口100米水井管口出水温度分别为15.1℃、15.0℃、15.0℃、15.2℃、15.2℃、15.1℃。计算时井水温度按照15℃计算。
3.4空气能设置上限温度分析
空气能热水器温度上限设置影响因素：
1、不同的空气能热泵和冷媒试验参数存在一定差异，一般情况下空气能可将水温加热75-80℃。
2、空气能热水器加热到60℃以上，且有利于杜绝细菌滋生。
3、非软化水在60℃以上时容易结垢，使得盘管外附上水垢而影响冷媒循环系统的导热效率，或者导致水循环系统堵塞而无法正常使用，为防止产生水垢，可将最高温度设置为60℃。
4、平常洗澡所需温度一般45-50℃，日常厨房用热水40℃，洗漱刷牙使用温度不超50℃。
5、受到配管与压缩机所能承受压力的限制，温度一般都会设定在较低负荷的状态。因为水温越高，压缩机做功越大，压力越大，高压气态冷媒温度也越高，承受压力也越大，若排气管的耐压能力不够，极易因压力过大而爆管。所以水温设置一般不宜过高。
6、查有关资料可知空气能热泵COP与出水温度关系见表2。
表2 空气热源泵出口热水温度与COP变化情况
综上所述通常为保证热泵机组正常运行和空气能热水器使用寿命更长久，将空气源热水器温度上限设置在60℃。
3.5 空气能热泵节能计算
因为水在不同温度情况下比热不同，升高1℃所需要的热量也不同，在不同的温度段均不同。惯用的热量单位卡为在1大气压下，1克纯水从19.5℃升高到20.5℃所需要的热量。1大卡为将1000克水在1大气压下提升1℃所需的热量，约等于4186焦耳的内能，通常水的比热容量取4.2×103J/（kg•℃），1吨为1000千克，则升高1度需要1000大卡热量。
工程施工项目施工周期一般为3年左右，此地按照3年计。空气源热泵设定出水温度为60度，初始井水水温为15℃，将1吨水从15℃加热到60℃，所需热量为：
1000kg×（60℃－15℃）×1kcal／kg．℃＝45000kcal。
热泵1度电制热量：
1度=1000W*3600S/H=3600000J≈860kcal
860kcal×热效率300％＝2580kcal
1吨水从15℃加热到60℃消耗电能：
45000kcal÷2850kcal／度＝17.44度
1吨水从15℃加热到60℃节约电能：
能效按300%计算，可节约电能34.8度。
3.6 使用其他热水设备费用计算
其他常见热水设备能效和运行费用见表3。
表3 各设备将1吨水从15℃加热到60℃所需直接费用
3.7 施工单位使用空气能热泵节能计算
空气能热泵节能计算见表4。
表4 项目使用空气能热泵经济性计算
本项目中标价约15亿元，从表4可知，项目使用空气能热泵3年节约电费630万，约占项目成本0.4%。空气能热泵投入约3万/台×20台=60万，由于空气能寿命约12～16年，一次投入约可使用4～5个项目。施工企业同时有不少施工项目，若每个项目使用空气能热泵可节省0.4%资金，将给企业带来不小的资金收益，更为节能减排做出应有的贡献。
4.1空气能热泵能效分析
比对多家空气能热泵，一般温度在0℃以上时，热泵的COP在3.0~4.0之间。但随环境温度降低时，热泵机组的能力明显降低，超低温空气能在-15℃时能效比在2.0以上的。热泵机组在0℃条件下，实际功率为额定工况下的70%左右；-6℃条件下，实际功率为额定工况下的62%左右；-10℃条件实际功率只有额定工况下的55%左右。出水温度也越高，热泵能效也越低。由于空气能热泵一次性投入成本较高，综合考虑气温在-15℃～45℃且电力输送正常的地域使用最为划算。
4.2空气能热泵使用功率配备
空气能热泵可根据实际用水情况配置相应大小热源泵和保温水箱。下表为24小时连续运行最小功率计算，实际用水一般集中到中午和晚上，若条件允许可配置稍大大功率热源泵，以保证集中用水时热水不足问题，并可配置较大保温水箱，空气能热泵最小功率计算见表5。
表5 空气能热泵最小功率计算
4.3 空气能热泵使用注意事项
空气能热泵一般为24小时供水，管道要采用PPR管+聚氨酯发泡保温（热损为25%），或采用PPR管+保温棉保温（热损为35%），无论是冷水或者热水，从室外机传到末端应用系统的时候，要保证温度不要变化，以最大限度防止热能浪费。
施工单位临时建筑厨房、仓库和浴室可通过空气能热泵调节温度。
5 结束语
总之，使用空气能热源泵，自身无污染，并大幅度节约了电能，极大消减了燃煤污染，减少了烟尘、二氧化硫、氮氧化物排放，使得改善了空气质量，为国家的节能减排做出应有的贡献。使用空气热源泵给企业节省了2/3的电费投入，将给企业带来巨额的经济效益。
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作者简介：
侯军平（1984年8月16日），男，甘肃省渭源县，汉族，本科毕业，工程师，现从事工程管理。
论文作者:侯军平
论文发表刊物:《基层建设》2019年第5期
论文发表时间:2019/4/11
标签：空气论文; 热泵论文; 热水论文; 温度论文; 冷媒论文; 热能论文; 所需论文; 《基层建设》2019年第5期论文;