0前言
近些年来，国家对教育的重视程度越来越高，对教育的投入越来越大。高校年年扩招，促使全国高校学生人数越来越多。武汉作为一个高校林立的城市，校园的改建项目，扩建工程也在逐渐增加，一切建设都是为了给学生提供一个良好的学习生活氛围，一个良好的科研场所。但由于学校盲目扩张，管理应用等各方面的原因，使得高校每年的运行花销等各项费用逐年加大，入不敷出，使得高校债务危机越来越严重。其中学生宿舍洗浴用中央热水的消耗就是其中典型的一例，PHNIX中央热水综合节能解决方案很好的解决了这一问题。
1 PHNIX直热式热泵中央热水机组简介
空气源热泵中央热水机组是目前世界上最先进、能效比最高的热水设备之一。它运用逆卡诺循环原理。利用设备内的吸热介质（冷媒），吸收空气中的能量后经压缩机压缩，并通过热交换器使冷媒放出热量生产热水。制取的热水通过水偱环系统供应给用户。如图1所示
图1 PHNIX直热式热泵热水机组应用示意图
热泵技术作为二十一世纪的一个能源技术，“能量”通过热泵的形式，可以被高效的利用，所谓高效利用有两个含义，从环境角度来讲，可以减少温室气体的排放，减少对环境的有害因素，从另外一个方面来说，就是降低了电力的高峰负荷，利用峰谷的电力制热，减少了对电网的冲击。
PHNIX生活热水系列机组是一类专门为学生公寓、工厂宿舍的中央热水供应而设计的节能热水机组。它具有以下特点：
高效节能：采用柔性压缩机与国际先进的S＆C高效换热器，使能效达4.2以上，耗能仅是电热水器的1/5，是燃气热水器的1/2，是燃油锅炉的1/3，为用户节省可观的运行费用。
安全可靠：采用制冷工质加热水，完全消除了普通热水器中有易燃、易爆、触电、煤气中毒等安全隐患，采用先进的智能控制与人性化的补水方式，即使在气温高到43℃低至-10℃的情况下，机组也能运行。
经久耐用：主机选用谷轮高冷凝温度压缩机、芬尼克兹专利技术的S&C换热器、日本鹭宫电子膨胀阀、独特的水流量和水温控制。选用国际品牌制冷零部件，由于热泵热水系统产生的热水出水温度一般不超过60℃，机器、储水箱、管道等不易结水垢，机组使用寿命长达十几年，维护费用极低。
方便舒适：全天候为用户提供满意的生活用热水，用户可随时随地都能享受到PHNIX空气源热泵热水机组热水的舒适。
使用可靠：由于热泵热水机组主要从空气中获取能量,在-10℃亦可正常工作,故阴雨天对它影响较小，可全天候运行，保证热水供应。
安装方便：热泵热水机组安装简易，对安装位置要求较少，可随意安装于通风良好的室外。
适用范围广：适用于环境温度-10～43℃天候工作。
2 PHNIX直热式热泵热水机组主要配件特点
（1）美国谷轮柔性涡旋压缩机超高能效比，环保节能，使用时对大气和环境无污染。具有卓越的可靠性，轴向及径向均采用谷轮专利柔性设计，提供了前所未有的耐液击和容忍杂质的能力。内置电机保护装置：有效保护电机免受高温及高电流之损坏，使得压缩机故障率大大降低。
（2）高效换热器 换热效率远高于其他类型的换热器，大温差小流量，使得系统安全出水温度达到55-60℃，制冷剂回路间隙小，减小了换热器积油等缺点，换热器内部无接头，降低了制冷剂泄漏等隐患。换热器本身具有自清洁能力，使得机组长期无垢高效运行。
（3）自主控温装置根据进出水温度和脉冲流量计的信号，自动计算出精确的流量，然后控制电动球阀的开度，从而达到自主控制出水水温的要求。
（4）亲水铝箔高效亲水铝箔耐腐蚀翅片：保证了热泵长期高效率可靠运行，在热泵制热时缩短化霜时间，提高制热能力。（5）开机30秒出热水高效率的换热器配以科学合理的管道设计缩短了冷水在系统中的滞留换热时间，30秒即可输出设定温度的热水。如图2所示
（7）德国威乐水泵采用知名品牌德国威乐水泵，能充分保证机组正常运行，随时为用户提供舒适的生活热水。
（8）风扇根据流体力学原理设计的流线型高效大叶片轴流风扇，风量大、噪音低；采用铝合金材质，硬度强，不变形，寿命可达50年以上。
（9）功能强大的点阵液晶控制内外电脑板联合控制： 采用触摸按键点阵液晶屏线控器，内外电脑板联合控制热泵运行状态，外形美观，功能强大，增强了机组控制功能和稳定性。
3 PHNIX直热式热泵热水机组配置优点说明
直热供水能效高：开机30秒即可获得源源不断的55℃的生活热水，无需等待，补水速度快，在供水管道过长或者管道热损失较大的情况下，水温也能达到国家生活热水的要求。
自主控温：采用先进的水路自控系统，根据进出水温和脉冲流量计信号，自动计算出准确的流量，控制电子水阀，精确控制水温。
智能除霜模式：微电脑控制系统结合盘管温度、运行时间和机组实际制热能力来判断机组实际结霜情况，达到除霜条件时，机组进入除霜模式，提高运行效率。
多重保护：采用微电脑智能控制器，内置防冻、高低压、压缩机过流、电源缺相错相等多重保护，充分保证了机组在恶劣工况下的安全运行。
4 方案设计
选择中央热水工程方案首要考虑安全，同时要求管理方便、节能和环保。空气源热泵热水机组没有燃烧，没有排放，没有易燃易爆的隐患，比各种锅炉和电加热器都安全。又不像太阳能热水器受阴雨天和黑夜限制。空气源热泵热水机能够全天侯工作，机组自动运行可无人值守。不仅初投资小，而且运行费用非常低，选用空气源热泵热水机组具有极好的适用性。
各方面信息显示，在未来的10－20年，矿物燃料的紧缺不会缓解，其价格将会不断攀升。因此使用燃烧加热热水方式的热能设备，无论是燃油或者燃气都将面临运行成本上涨的压力，还涉及到废气排放及噪音控制等环境监控的投入，同时也具有一定的安全隐患。
空气源热泵热水设备是新一代的节能环保产品，符合当前建设节能型社会的国策。该系统采用逆卡诺原理，将空气中的低品位的热能,通过压缩机做功,提升为高品位的热能生产热水，不但环保、安全、管理简单(全自动控制)，而且不受天气影响，可以全天候运行，是目前所有热水系统中综合经济性能最好的一种,可以节省可观的运行费用。
我们按照“安全，节约，实用，可靠，”的原则，尽量为用户节省的思想，编制了此方案，而且本方案规划以寒冷季节为主，其他季节热泵工况条件改善，将更能满足要求。
4.1 设计依据：
1）、《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）；
2）、《建筑给水排水设计规范》(GB50015-2003)；
4）、《给水排水制图标准》（GB/T50106-2001）；
5）、《建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范》（GB50242-2002）；
6）、《建筑给排水设计手册》；
7）、芬尼克兹空气源热泵热水机性能特点；
8）、根据国家规定的供热水标准设计规范进行设计；
4.2 设计参数：
1．基本条件
1）教职工宿舍每天需供200人沐浴热水，用水方式为淋浴，插卡取水。热水量按每人用55℃热水80L计算，即共16T热水；
2） 学生宿舍每天需提供1000人沐浴热水，用水方式为淋浴，插卡取水。热水量按每人用55℃热水50L计算，即共50T热水；
3）必须保证冬季最冷月份的热水供应。
2．要求条件
水箱供给的出水温度为： 55℃以上。
4.3 设计选型：
1、教职工宿舍设计用热水情况：每天供给55℃以上热水共16吨。
2、学生宿舍设计用热水情况：每天供给55℃以上热水共50吨。
3、设计选型过程：
整个系统由空气源热泵热水机、水箱、水管、循环泵、电磁阀、智能控制器及一些检测控制元件组成：热泵热水机通过高效压缩机做功，把从蒸发器吸收的热量通过冷媒传到高温水冷凝器中释放给被加热的水，从而实现“热水”的目的。与集热管热水系统不同的是，热泵系统在无阳光照射的情况下通过热泵的工作仍能产生热水。储水箱中热水通过必要的控制可实现对用水点全天候供水或定时供水。
空气源热泵热水机组选型重点在于冬季能满足高峰期的热水使用量。
4.3.1. 教职工公寓
在标准工况下，进水温度15℃时，热水出水温度55℃、即需温升40℃，所需热水为16吨。
热负荷计算：
Q=CM△t=4.187*1000*16*（55℃-15℃）/3600=745kW
设备选型:
选PHNIX芬尼克兹空气源热泵热水机 PASHW060SB-2-C 3台
在标准工况下，单台机组额定制热量为20kW，按每日16T水计算，机组所需运行时间为：T=745/20*3=12.5h,即教职工公寓所选机组每天运行时间约为12~~13小时。在冬季寒冷的季节，机组能力有所衰减，可以延长机组运行时间来满足每日16吨的热水需求。
4.3.2. 学生公寓
在标准工况下，进水温度15℃时，热水出水温度55℃、即需温升40℃，所需热水为50吨。
热负荷计算：
Q=CM△t=4.187*1000*50*（55℃-15℃）/3600=2326kW
设备选型:
选PHNIX芬尼克兹空气源热泵热水机 PASHW130S-2-C 4台，
在标准工况下，单台机组额定制热量为45kW，按每日50T水计算，机组所需运行时间为：T=2326/45*4=12.9h,即学生公寓所选机组每天运行时间约为13小时左右。在冬季寒冷的季节，机组能力有所衰减，可以延长机组运行时间来满足每日50吨的热水需求。
5 运行费用经济性分析
5.1 其他热水加热设备运行情况:若1吨自来水从15℃升温至55℃，则需热量40000kCal；加热1吨水所需费用见下表:
国内现行热水加热设备运行情况对比表
供热方式 | 燃油锅炉 | 燃气锅炉 | 电热水器 | 空气源热泵 |
燃料种类 | 柴油 | 天然气 | 电 | 电 |
污染情况 | 比较严重 | 不严重 | 无 | 无 |
环境性能 | 比较安全 | 不安全 | 不安全 | 安全 |
燃值 | 10500kCal/kg | 8700kCal/m3 | 860kCal/kWh | 860kCal/kWh |
热效率 | 80% | 85% | 95% | 420% |
燃料单价 | 4.9元/kg | 3.4元/m3 | 0.8元/kWh | 0.8元/ kWh |
每吨热水需燃料 | 4.8kg | 5.4m3 | 49 kWh | 11 kWh |
每吨热水费用/元 | 23.52 | 18.36 | 39.2 | 8.8 |
5.2 采用PHNIX空气源热泵运行费用
本工程热水项目日用热水总量按66吨，其使用PHNIX空气源热泵每年运行费用计算如下：
全年综合能效按380%计算，自来水温度为15度，升温至55度。
5.2.1 热负荷计算
日用水量m =66000kg
所需热负荷Q=cm△t=1×66000×（55℃－15℃）=2640000（kCal）
5.2.2空气源热泵热水器运行费用
耗电量：2640000÷860÷3.8=808（度/天）
运行费用：808×0.8=646.4（元/天）
平均费用：646.4÷66=9.8（元/吨）
则年总运行费用为646.4（元/天）×200天=129280元
5.3 采用其他设备运行费用
5.3.1 燃气锅炉运行费用计算
天然气热值8700kCal/m3，效率85%，管道热损失5%，天然气3.4元/立方。
耗气量：40000÷8700÷0.85÷0.95=5.7（立方/天）
运行费用：5.7*3.4=19.38（元/吨）
故加热66吨 55℃热水其年运行费用=19.38元/吨×66吨×200天=255816元。
5.3.2 燃油锅炉运行费用计算
轻柴油热值10500kCal/kg，效率80%，管道热损失5%，5.6元/kg。
耗油量：40000÷10500÷0.8÷0.95=5（kg/天）
运行费用：5*4.9=24.5（元/吨）
故加热66吨 55℃热水其年运行费用=24.5元/吨×66吨×200天=323400元
5.4 各加热设备加热66吨55℃热水运行成本对比
各加热设备加热66吨55℃热水运行成本对比表
加热设备 | 每天运行成本（元） | 每月运行成本（元） | 每年运行成本（元） |
燃油锅炉 | 1617 | 48510 | 323400 |
燃气锅炉 | 1279 | 38370 | 255816 |
PHNIX热泵机组 | 646.4 | 19392 | 129280 |
注：每年以运行200天计算。
从上表可知，采用PHNIX热泵每年比燃气锅炉节省126536元，比燃油锅炉节省194120元，节能降耗效果明显，在武汉这样一个有着众多高校的城市，在很大程度上能有效的减少高校每年的花销费用。
