制药工厂工艺生产余热水在空调系统中的利用

刘 欣1 隋钰泉1 沈 森1 张立闵2

（1.烟台荏原空调设备有限公司，山东 烟台 265500；2.山东贝格建筑设计有限公司，山东 烟台 264000）

摘要：通过对工艺生产用能分析，发现该生产工艺中全年有低品位废热水，通过冷却塔散发到大气中。现提出水源热泵系统余热回收利用的一种方式，一机三用（制冷、采暖、生活热水），将低品位余热用于采暖及生活热水系统。同时介绍了热泵余热回收系统，计算余热回收系统的效益，并对节能效果进行了分析，最后通过实践证明改造后的系统运行稳定，节能效果显著。

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关键词 ：热泵系统；余热回收；节能减排

1项目概况

某制药有限公司是中药制药企业，建筑面积约10 000 m2，原厂区制冷利用风冷模块机为冷源，采暖利用燃气锅炉为热源。生产工艺的余热，通过冷却塔散发到大气中。

本文将对此现状进行节能改造，利用余热水源热泵技术制冷制热，同时制取生活热水。

2节能改造目标

节能环保是本次改造的重要目标之一。

其目的是降低企业公用设施的运营成本，提高企业竞争力，打造舒适、节能、绿色环保型企业。

本次节能改造的目标：

（1）提高制冷、采暖系统的可靠性和安全性；

（2）提高制冷、采暖系统的自动化程度，保证系统稳定、高效运行；

（3）在保证系统安全、舒适的前提下，回收利用厂区的余热，提高能源利用效率及设备的利用效率，获取良好的节能收益。

3原空调系统负荷及工艺生产余热水参数

3.1 空调冷负荷

原有空调机组总制冷量为450 kW，设备参数如表1所示。

改造前空调系统的总制冷量为450 kW，考虑到气候变暖以及极端天气情况，现预留5%的制冷余量，即夏季制冷的总冷负荷为475 kW。

3.2 空调热负荷

空调采暖热负荷指标为75 W/m2，采暖建筑面积约3 000 m2，空调区热负荷约为225 kW，考虑到极端天气情况，预留5%的采暖余量，故空调区空调总热负荷为236 kW。

3.3 生活热水负荷

根据用户提供数据，厂区内日用生活热水水量Qr为21 m3（其中65 ℃热水12 m3），高峰时刻用热水量Vg为40人×120 L/人=4.8 m3。为保证高峰洗浴用水量，蓄热水罐容积为5 m3。

日加热量Qd=QrCρr（tr-tl）=12×1 000×4.187×1×（65-15）=2 512 200 kJ

高峰小时耗热功率=1.163 Vg（tr-tl）=1.163×4.8×（65-15）=279.12 kW

式中C——水比热容4.187，kJ/kg·℃；

ρr——热水密度，kg/L；

tr——热水设计温度，℃；

tl——冷水设计温度，℃。

3.4 余热水参数

该余热水为工艺生产冷却水，循环水量450 m3/h，全年水温情况如表2所示。

4 节能改造方案

4.1 夏季制冷

现状：目前采用3台风冷机组为车间内组合式空调箱提供冷水。以上设备均已使用年限过长，单台机组COP值低，能耗高，且无法实现集中控制管理，造成大量电力能耗的浪费。

改造后：采用1台余热水源热泵机组，在夏季运行制冷模式提供冷冻水。主机采用热回收技术，在供冷的同时热回收冷凝热量，免费为洗浴提供热水。

4.2 冬季采暖

现状：冬季采用燃气锅炉制取的蒸汽采暖。

改造后：取消蒸汽采暖模式，采用同一台余热水源热泵机组，冬季机组运行制热模式，从冷却水中提取热量，提供采暖和洗浴用热水。

4.3 厂区洗手、洗澡生活热水系统

现状：厂区的生活热水采用蒸汽换热形式，凝水就地排放。改造后：取消蒸汽制热水模式，夏季利用同一台余热水源热泵机组，在制冷同时热回收冷凝热量，免费制取生活热水。冬季同采暖模式。

4.4 工艺冷却塔

现状：目前冷却塔使用年限长，体积大，换热效率降低，整体运行能耗过高。

改造后：更换成高效率方型横流冷却塔，配置导向消声出风筒，可有效地避免冷却水蒸发后飘浮到建筑物墙面。冷却塔采用模块化组合，可根据负荷变化，调整冷却塔风机开启台数，且冬季时无需开启风机，整体运行更加节能，检修方便。

旧制冷系统及改造后的制冷系统如图1、图2所示，冷热源机房3D系统图如图3所示。

5改造前后综合比较

节能改造后的空调系统于2013年11月正式投入使用，系统运行良好，用户对使用效果非常满意。另外，新系统选用高效节能环保型设备，加强了企业节能环保意识，并在当地起到了节能减排的带头作用，其意义深远。

节能效果如下：

原系统在改造之前年运行费用合计为：101.87万元，改造后系统的年运行费用合计为：42.76万元，具体数据如表3所示。

6结语

本项目利用余热水源热泵技术制冷制热，同时制取生活热水。

通过此技术，夏季制冷效率更高，冬季使得工艺冷却水中的余热得到利用，降低了工艺生产余热向环境中的排放，节约了能源，有效响应了国家节能减排政策。

该项目的顺利实施，在取得良好社会效益的同时，为企业带来了直接可观的经济效益、环境效益。

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参考文献］

[1] 陆耀庆.实用供热空调设计手册[M].2版.北京：中国建筑工业出版社，2008.

[2] 中国气象局气象信息中心气象资料室，清华大学建筑技术科学系.中国建筑热环境分析专用气象数据集[M].北京：中国建筑工业出版社，2005.

[3] 住房和城乡建设部工程质量安全监管司，中国建筑标准设计研究院.全国民用建筑工程设计技术措施暖通空调·动力[M].北京：中国计划出版社，2009.

收稿日期：2015-07-20

作者简介：刘欣（1979—），男，辽宁沈阳人，工程师，研究方向：余热节能利用。