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空氣能熱水工程為何不節(jié)能
時間:2016-10-17
空氣能熱泵熱水器是開拓利用新能源的設(shè)備,是繼鍋爐、燃?xì)鉄崴?、電熱水器和太陽能熱水器之后的新一代熱水制取裝置。在能源供應(yīng)日益緊張的今天,空氣能熱泵熱水器憑借其安全、節(jié)能、環(huán)保、全天候等優(yōu)點在市場上得以推廣,不斷地被消費(fèi)者接受。
筆者從2009年底,在廣西桂林市開始接觸并進(jìn)入空氣能行業(yè),我先從家用機(jī)銷售、安全開始做起,后逐漸進(jìn)入商用空氣能中央熱水。在幾年的不斷探索、學(xué)習(xí)和實踐中,深深體會到空氣能“三分產(chǎn)品,七分安裝”的道理,在實際應(yīng)用中,我發(fā)現(xiàn):商用機(jī)組如果匹比不恰當(dāng),安裝不合理,細(xì)節(jié)不注意,將會使空氣能使用性能降低,壽命減少,其節(jié)能效果大打折扣,從而影響空氣能在消費(fèi)者心目中形象,影響空氣能市場的健康發(fā)展。
首先,我們來看幾則實例:實例一:2010年的春天,我在門店接待一名中年老板。他告訴我,他正在桂林靈川縣投資一個賓館,約20個房間,賓館正在裝修中,可他正在為賓館用熱水設(shè)備而苦惱!作為一名熱泵從業(yè)者,我理所當(dāng)然地建議他用商用空氣能熱泵,并且還告訴他空氣能如何節(jié)能、如何安全等好處。聽我說完,他沉思了一下,很誠懇地跟我說:“我知道空氣能,請你告訴我,空氣能真的節(jié)能,真的好用嗎?”我心存不解,連忙問他,為什么會對空氣能有如此疑慮。原來,這位老板有一個朋友,也是做酒店行業(yè)的,前年時他朋友在桂林陽朔縣某賓館裝了一套空氣能熱泵,才用了一年多,朋友告訴他,空氣能根本不節(jié)能。
實例二:一個專業(yè)從事鍋爐安裝的老板跟我講述一件事,他有個客戶,姓莫,前幾年時,莫老板在桂林某縣開了家賓館,為了制取熱水,裝了一套燃煤鍋爐,因安裝不合理,使用后不理想。這時,有人跟莫老板介紹空氣能,說是第四代節(jié)能產(chǎn)品,是如何如何好。莫老板心動了,于是折掉鍋爐,裝了一套5噸熱水的空氣能熱泵,才用了半年,莫老板發(fā)現(xiàn)空氣能并不節(jié)能,而且偶爾還出故障。無奈之下,他只好請位鍋爐老板再重裝一套燃煤鍋爐,用過后,莫老板感覺很滿意??諝饽芡V故褂?,現(xiàn)正在處理之中。
實例三:桂林市銀錠路有一家十多間房的小賓館,2008年底,賓館老板裝了一套1噸水的空氣能熱泵,用了不到二年,就停用了,賓館全部采用儲熱式電熱水器?,F(xiàn)在,賓館老板正在四處打聽,看有沒有人回收他這套設(shè)備,我去了解了一下,老板告訴我:“空氣能并沒有壞,但用時耗電大,熱水量也不夠用,不得已才全部換成電熱水器的。這套設(shè)備放在那里,沒什么用,還占地方,所以準(zhǔn)備賣掉”。
實例四:桂林靈川縣某工廠,2009年裝了一臺1.5噸水的空氣能熱水器,供廠里工人洗澡用,2010年,筆者去聯(lián)系業(yè)務(wù)時,看到空氣能沒有啟動,廠長告訴我:“這套設(shè)備才用一年多,就壞掉了,從使用情況看,的確24小時有熱水,但耗電蠻厲害,現(xiàn)在想維修一下,卻找不到廠家售后,所以只好閑置在那里”。后來,請我們售后師傅去檢查了一下,說是那套空氣能熱泵壓縮機(jī)壞了,維修的價值不大。
作為一個從事空氣能行業(yè)的人,聽到人們對空氣能這樣的評價,心里不是磁味。按空氣能的結(jié)構(gòu)原理和相關(guān)資料來看,它應(yīng)該是一種好的節(jié)能產(chǎn)品,但為何在安裝后、使用后就出現(xiàn)了耗電大或不好用的說法呢?
面對這樣問題,我禁不住思考。經(jīng)過幾個月來的調(diào)查和總結(jié),筆者得出如下四個結(jié)論。下面,談?wù)勎覀€人看法。
原因一:主機(jī)與保溫水箱配比不當(dāng)。
這恐怕是引起空氣能耗電量大的最主要原因。通常主機(jī)與水箱不匹配,主機(jī)小,水箱大,也就是人們常說的小馬拉大車。下面,我們以某品牌的循環(huán)式3匹、5匹機(jī)(直熱式與此差別不大),其輸入功率分別為2.6kw、4.5kw為例,根據(jù)桂林氣候狀況,來計算一下,看看它他到底該配比多大水箱。
我們先來看生產(chǎn)廠家在進(jìn)行測試或公布空氣能數(shù)據(jù)時的工況。我們稱之為工況條件一,即室外環(huán)境溫度為20℃,進(jìn)水溫度為15℃,出水溫度為55℃時。把1噸(即1000kg)15℃的冷水加熱至55℃的熱水,水溫升高40℃,需要熱量為:
Q=CmΔT=1Kcal/kg·℃X1X1000KGx40℃÷860=47KW(式中:Q是總功率,C是水的比熱,ΔT是指溫差,860是cal轉(zhuǎn)化為kw系數(shù),以下同)。
則:2噸水所需功率為:47X2=94KW,3噸水需141KW,4噸水需188KW,5噸水需235KW??諝饽?匹機(jī)的制熱量為9.5KW,5匹機(jī)的為16.5KW(各廠家稍有不同)此時機(jī)組COP為3.7。此時,其配置水箱大小和工作時間關(guān)系如下表(表一):
從表中可以看出,桂林最低氣溫也曾出現(xiàn)過-3-0℃左右的天氣(表中紅色數(shù)字顯示)。近幾年,也有常有低溫出現(xiàn),例如:2010年桂林最低氣溫為-1℃,2011年最低氣溫為3℃,2012年最低氣溫為0℃。這里暫不考慮到桂林北部的資源,全州、灌陽等縣,因地理位置相對偏北,冬天時,其極端氣溫較桂林還要低。
據(jù)此,我們把室外環(huán)境溫度為5攝氏度,進(jìn)水溫度為8攝氏度定為工況條件二。此時,把1噸10℃的冷水加熱至55的熱水,水溫升高47℃,需要熱量為:Q=CmΔT=1Kcal/kg·℃X1X1000KGx47℃÷860=55KW。則:2噸水所需功率為:55X2=110KW,3噸水需165KW,4噸水需220KW,5噸水需275KW。
環(huán)境溫度與空氣能熱泵機(jī)組的COP的關(guān)系,以江蘇工業(yè)學(xué)院機(jī)械與能源工程學(xué)院《空氣源熱泵熱水器實驗研究》一文的結(jié)論為依據(jù)(參見圖一)。其結(jié)論為:“環(huán)境溫度與機(jī)組的COP值成正比,環(huán)境溫度降低10℃,空氣能熱泵機(jī)組的COP降幅在0.5左右”,來計算此時機(jī)組制熱能力。(實驗結(jié)論第②條中:“水溫與機(jī)組的COP基本成反比······”,這里“水溫”是指空氣能出水溫度,不是進(jìn)水溫度。本文暫時不討論空氣能熱泵機(jī)組進(jìn)、出水溫度對其COP的影響)。
室外環(huán)境溫度溫差為:20℃-5℃=15℃COP下降值為15X0.05=0.75。(溫度每下降1℃,COP下降0.05)空氣能在工況二時COP值為3.7-0.75=2.953匹機(jī)制熱量為:2.95X2.6(輸入功率)=7.7KW,5匹機(jī)為:13KW。此時,其配置水箱大小和工作時間關(guān)系如下表(表三):
我們知道,工程機(jī)組的最佳工作時間為8-10個小時,當(dāng)氣溫較低時,工作時間可適當(dāng)延長。從表三的計算結(jié)果來看,若3匹配3噸熱水以上,5匹機(jī)配5噸以上,機(jī)組會長達(dá)20多小時的工作(表中紅色數(shù)字顯示),這明顯是不合理的。
如果是這樣配比,也就意味著,機(jī)組全年有三分之二是在超時工作。機(jī)組長時間工作,對機(jī)組壽命有很大影響,時間越長,工況越差,新裝機(jī)時,或許還能堅持一段時間,但長些以往,不是機(jī)組容易出故障,就是能耗大幅增加。這正如一輛載重汽車,每天超負(fù)荷工作,在路狀好時,或許還能正常行駛;遇到路狀不良時,不是效能降低,油耗增大,就是不堪重負(fù),故障頻出,再或是干脆罷工。
我們要知道,以上數(shù)據(jù),只是理論上計算出來的,如果考慮到冬天主機(jī)化霜不制熱占用的時間,循環(huán)管道、回水管道,保溫水箱的正常散熱,那么,機(jī)組工作的時間還要延長。
由此分析,可以看出:在桂林地區(qū),3匹機(jī)應(yīng)該配2噸保溫水箱(工況1時工作10小時,工況2時近15小時),5匹機(jī)組應(yīng)該配3噸水箱(工況1時工作8.5小時,工況2工作近13小時)。即:主機(jī)和水箱按1.5:1配比最適宜。據(jù)此推算,6P機(jī)應(yīng)該配4噸,10P機(jī)應(yīng)該配6噸水箱。
在這種合理的配比下,如遇到天氣更惡劣,只要主機(jī)能啟動工作(桂林家用機(jī)分體式空氣能熱水器,都沒有裝電輔助,冬天能啟動),適當(dāng)再延長工作時間,機(jī)組也能承受,能保證制取熱水。如無特殊需要,完全可以不配電輔助加熱,以達(dá)到空氣能節(jié)能的最佳效果。即使是配電輔助,也就是在最冷的時段用一下而已。這樣合理配比,既延長了主機(jī)的使用壽命又真正達(dá)到了熱泵機(jī)組節(jié)能、環(huán)保、安全的性能。
我們再來看看實際情況。在桂林某公司的網(wǎng)站上(見圖二),1臺3P機(jī)配3噸熱水,1臺5P機(jī)配4噸熱水,2臺5P機(jī)配8噸熱水,3臺15P機(jī)配55噸熱水,比比皆是。在本文實例一中,我也親眼看到陽朔縣那套工程:用的5匹某知名品牌的主機(jī),配有6噸保溫水箱。在本文實例二中,據(jù)鍋爐老板說,用的是3匹機(jī)配的3噸水。
在主機(jī)配小的情況下,熱水產(chǎn)量若不夠,只有一個辦法,就是加裝電輔助。動輒10-20KW的電加熱,只要是達(dá)不到設(shè)定溫度就自動啟動車個小時耗電近10-20度,的確很驚人。電輔助原來是為輔助熱泵而設(shè)置的,在冬天時,則變成電加熱為主,空氣能加熱為輔的情況。這樣的配比,對于用戶而言,前期投資雖然節(jié)省了,但后期使用費(fèi)用高,可謂是得不償失。
原因二:工程節(jié)能措施不到位。
工程節(jié)能措施不好,容易被人們忽視,其實,其損失的熱量是很大的。其主要有以下三個方面:
1、工程循環(huán)管道保溫不好。主要體現(xiàn)在:管路設(shè)計安裝不合理;工程循環(huán)管道保溫措施不到位。在桂林,筆才看過不少空氣能工程,有些工程的主機(jī)與水箱之間的循環(huán)管道、回水管道,設(shè)計,安裝過于復(fù)雜,七拐八彎,連接太多,不美觀且不說,既增加了管路阻力,無形中又增強(qiáng)了管道散熱。(筆者建議,在連接循環(huán)管道時,如果一定要拐彎,盡是少用90度彎頭,多用45度彎頭)。
在管道保溫方面,有少部分工程循環(huán)管道,根本沒有保溫,熱水管道完全裸露在外面。還有一部分做了保溫,但很簡陋,也就是把黑色的橡塑保溫棉套在管道就算完事(見圖三)。我們知道,保溫棉有吸水性的,如果下雨了,保溫棉會吸水,熱水被冷水管包圍著,根本起不到保溫的作用。而且,這樣的保溫措施,使用不到一年,保溫棉經(jīng)過日曬雨淋,基本全部粉化或腐爛,到那時,就相當(dāng)于沒有任何保溫措施了。
2、回水管道布置不當(dāng)或回水頻敏使用。在熱水工程中,做回不的目的是保證熱水管道始終有熱水,做到“一開即有熱水”,達(dá)到用水舒服的效果。這種做法,在大賓館常用,這也是大賓館提高服務(wù)質(zhì)量和檔次的一個標(biāo)準(zhǔn)。但是這是要消耗一些能量的,主要是回水管道的散熱和回水設(shè)備耗電。依筆者看:對于小噸位的工程,基本可以不做回水。當(dāng)然這也不能一概而論。如果管道布置好,用一下也無可厚非。但如果管道布置不合適,損失能量也是很大的。
筆者就碰到這樣一個例子:2011年12月(環(huán)境溫度12℃左右),我們在陽朔縣某鄉(xiāng)鎮(zhèn)剛建好的一家賓館裝了一套2噸的熱水工程。安裝機(jī)組前,賓館已經(jīng)把冷、熱水、回水管道安裝到指定的位置。安裝完畢,開機(jī)制熱水,我們告訴老板,等熱水到設(shè)定溫度后,再打開回水控制裝置。
第二天,老板打來電話,說回水已經(jīng)打開,但沒有用水,機(jī)組啟動囝幾次,耗電量有差不多40度了。我們立即趕過去了,一檢查,原來是回水管道在做怪。
這個賓館共有四層,每層樓房間布局呈“L”形,裝修時,水電工從房頂起,熱水主管用兩路PPR管,分別直達(dá)最底層,再返兩路水管做回水用,第1路和第2路水管首尾相聯(lián)接。也就是說,熱水管和回不管,從房頂由下到上二進(jìn)二出,類似“M”形,用的管徑為40的PPR管,沒有任何保溫措施。按長度計算,整條管道約有50米,40管直徑為3.45厘米左右,根據(jù)圓柱體體積公式,計算得出管道容量為0.047立方米,也就是說,回水主水管道每次回水量有近47升。
55℃的熱水,如果回水溫度到25℃,溫降30℃?;厮淮螕p失能量為:Q=CmΔT=1Kcal/kg·℃X1X47kwx30℃÷860=1.6KW。1小時回2次水,耗能3.2kw,空氣能熱泵工作0.42小時,耗電為1.1度。如果是10小時開回水,就是耗電11度,如果24小時開,就是26.4度,可見耗電量是很大的,這里面,還不算水泵和回水電磁閥的耗電量。
正因為如此,賓館雖然沒有用水,水箱溫度也在不斷降低,所以主機(jī)才啟動制熱。這個賓館,經(jīng)過我們建議,加上時控開關(guān),改為早上和晚上定時回水,效果好多了。
其實,回水管布法、用法正確與否,是影響空氣能節(jié)能的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一。回水管布置正確與否,本身與空氣能熱泵機(jī)組的制熱能力,能效比無關(guān)。但因此而造成的能耗增加,做為客戶,最直接地認(rèn)為:是空氣能不節(jié)能。因為安裝儲熱式電熱水器或燃?xì)鉄崴?,是不需要回水的?/p>
3、水箱保溫效果不佳。保溫水箱是熱水系統(tǒng)中節(jié)能與否的重要環(huán)節(jié),但其作用還沒有引起足夠的重視,殊不知:其節(jié)能作用是驚人的!好不容易制取的熱水,如果保溫不好,就白白損失了。保溫水箱就好比家用的保溫瓶,燒開的熱水存放在保溫瓶中,保溫效果好與差,就看保溫瓶的質(zhì)量了。同樣道理,保溫水箱的做工好壞直接影響到水箱能否很好地保溫。
空氣能熱水工程商都是自己為機(jī)組配置水箱。通常,保溫水箱都是在專業(yè)的水箱廠訂做,水箱內(nèi)桶用SUS304#,外桶用SUS202#不銹鋼材料,中間是5厘米厚的聚氨脂整體密封發(fā)泡層,上、下端蓋采用一次液壓成型工藝,維修孔與頂板連接采用全密封焊接工藝制作,保證保溫層的嚴(yán)密性,防止外部雨水和內(nèi)部水蒸汽對保溫層的破壞。在安裝時,水箱底部也要加墊隔熱層,以減少熱量散失。質(zhì)量過硬,安裝好的保溫水箱,在冬天環(huán)境溫度10℃時,24小時溫降在3-5℃。
筆者在桂林看到有些工程的保溫水箱,做工很粗糙,其做法我也親眼看到:先根據(jù)用水容量,做一個冷水箱,然后在這個水箱的外面,用鐵絲(或尼龍帶)手工包扎一圈橡膠(或海綿、泡沫類)保溫材料,最外面層用鐵皮(大都數(shù)是藍(lán)色鐵皮),用鉚釘鉚住即可(見圖四,圖五)。
用手工這樣做成的保溫水箱,箱體密封不嚴(yán)密(尤其是頂部和底部),箱體外層會有微漏,露天放置時雨水侵入保溫層,造成保溫效果降低,水箱頂部還會引起積水,進(jìn)一步加強(qiáng)了雨水的滲漏,這樣,保溫水箱不僅起不到保溫作用,反而有了吸熱的功能。如果用這樣的保溫水箱,其保溫效果是可想而知的。
在天氣炎熱時,因環(huán)境溫度高,用水溫度不是太高,水箱溫度與室外溫差不大,尙感覺不出來能量損耗。一到冬天,手工做的保溫水箱,用手接觸最外層鐵皮,就可以感覺到溫溫的,可見,水箱散熱還是比較明顯的。這種水箱的保溫效果,最保守計算,24小時溫降到少是10℃以上,假如是3噸的水箱,光保溫水箱的損失的熱量就達(dá)到35KW,用5匹機(jī)組的話,制取這些的熱量需近3個小時。如果用小機(jī)組,時間會更長。也就是說,每天制出來的一部分熱量,是因保溫不好,白白浪費(fèi)掉了。
保溫水箱的保溫效果好不好,其實是跟機(jī)組制熱能力,節(jié)不節(jié)能是一個無關(guān)的因素,正如家用保溫瓶,其保溫效果不好,不能說燒水的器具的質(zhì)量不好、不節(jié)能是一樣道理。但因保溫水箱是經(jīng)銷商隨工程主機(jī)一起配置的,其保溫效果差而引起的不節(jié)能,用戶自然會牽扯到空氣能產(chǎn)品上來。
原因三:比法上有失偏差。
說到空氣能能耗大,基本上都是針對天氣寒冷時才說的,在春夏時節(jié)是很少有聽到這樣說的,通常,與空氣能比較對象是電熱水器。下面我們以2噸水(用3匹機(jī)配比,不用電輔助,桂林冬天氣溫)為例,來計算下,加熱2噸水到底要多少電量,用空氣能熱水器,到底能節(jié)省多少電量。
根據(jù)前面計算得知:2噸水從8℃的冷水加熱至55℃的熱水,所需能量為110KW。電加熱的效率為95%,那么用電量為:110÷0.95=115度。3匹空氣能熱泵的輸入功率為2.6kw,制熱量為7.7kw,110÷7.7=14.3小時,14.3X2.6=37度。但是空氣能熱泵機(jī)組不光是主機(jī)用電,循環(huán)水泵(約100W),增壓泵(約300W),電磁閥(約2W),配電箱其它儀表(18W),有的還有上水增壓泵,都是要耗電的。以上幾項共計400W左右。(以上只以3.5噸工程為例,對于大容量的熱水工程,其它配置設(shè)備用電會更多。)
100W循環(huán)泵耗電量為14小時X0.1=1.4度,300W其它設(shè)備約為24小時開機(jī):24X0.3=7.2度。共計:1.4+7.2=8.6度,取整數(shù)9度。
空氣能熱泵總耗電量為:37(主機(jī))+9(其它)=46度
較電熱水器而言,省電為:115-46=69,省電比例為:115÷46=2.5倍
也就是說,在冬天時,在理論上,空氣能熱水器比電熱水器可以節(jié)能2.5倍。但如果把空氣能熱水工程正常的回水散熱,管道散熱,保溫水箱散熱及空氣能熱泵化霜不制熱的功耗都算上,節(jié)能也就在2倍左右。(當(dāng)然,冬天時,因儲熱式電熱水器容量有限,不得不把制水溫度提高到80℃左右,與外界溫差大,同樣存在散熱)。
即使是這樣,也算是上是比較節(jié)能,畢竟冬天是空氣能效率最低的時候,這相當(dāng)于:拿空氣能熱泵最差狀態(tài),來跟受環(huán)境影響不大的電熱水器平常狀態(tài)來做比較的。也就是說,是用空氣能最差狀況與電熱水器的一般狀況相比的。如果用夏天氣候來算(環(huán)境溫度30℃時),空氣能與電熱水器的能耗比的確可以達(dá)到1:4,甚至?xí)摺?/p>
可是,隨便翻閱有關(guān)空氣能宣傳單頁,或進(jìn)入空氣能廠家相關(guān)網(wǎng)站,就可以看到數(shù)類似這樣的內(nèi)容:“空氣能熱水器具有高效節(jié)能的特點,其節(jié)能效果是電熱水器的4倍,是燃?xì)鉄崴鞯?倍,是太陽能熱水器的約2倍······”。
這樣的宣傳,無形地在客戶心目中造成1:4(與電熱水器相比)的意識,引導(dǎo)了客戶對空氣能節(jié)能的過高期望。實際使用中的1:2,比宣傳的1:4數(shù)據(jù)差距很大。如果客戶本來又不十分清楚電熱水器和空氣能用電量究竟是多少,從而進(jìn)行比較,當(dāng)然有些盲目?;蛘撸秒姛崴飨奶鞎r的用電量,跟冬天時空氣能用電量相比,這樣當(dāng)然是不合理的。這一點,作為經(jīng)銷商,我想有必要跟客戶說明清楚。
需要說明的是:以上是指主機(jī)水箱配比合理,管道保溫措施嚴(yán)密的情況下,才有1:2節(jié)能效果。假如配比不當(dāng),管道保溫不好,水箱保溫差,回水管頻繁開啟,電加熱常開,耗電肯定增加不少,算下來的話,用電量可能與電熱水器基本持平。這時,就難怪人們要喊,空氣能一點都不節(jié)能。
在這里,順便提醒一下的是,如果賓館擬用裝儲熱式電熱水器的話,一定要注意兩個問題,一是安全問題,盡是購置帶防電墻的熱水器;二是電能容量問題,如果幾十個電熱水器同時開,要考慮其住房用電容量能不能承受。
原因四:用水量過大。
商用用水量大,這并不是空氣能不節(jié)能因素。一是生意好,客人多,用水量大,這是可以理解的。還有一種情況,就是客人不多,用水量也大,本文中的實例三就是這種情況,我去了解情況時,老板告訴我,空氣能好是好,就是不省錢,而且熱水不夠用。我問也為什么,他苦笑說,他們賓館檔次不高,客人都是圖便宜才住的,賓館在汽車站附近,人流量雖大,但有些旅客的素質(zhì)不是很高,他們住進(jìn)來后,因為用的是中央熱水,不限量的,所以洗澡時沒有時間控制,個別客人還在這里洗衣服、襪子等,幾個客人用水時間過長,就導(dǎo)致縶不供應(yīng)不上,其他客人就沒有熱水用,所以一到天冷時,主機(jī)基本是24小時開機(jī),能耗大才有不節(jié)能之說。