空气能热源泵技术在柴胡栏子金矿的应用

空气能热源泵技术在柴胡栏子金矿的应用

崔保治 刘艳伟 周玉明 尹绍军

赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司 内蒙古赤峰 024039

一、摘要：赤峰柴胡栏子黄金矿业有限公司位于内蒙古自治区赤峰市松山区初头朗镇西15km处，海拔高度950m，属半干旱大陆型气候区，最低气温-30℃，每年10月至翌年4月为冰冻期，最大冻土深度1.8m。公司于2008年被山东黄金集团收购，由于生产规模的扩大，原采区办公室已经无法满足办公要求，新建800平办公楼一座，原计划采用燃煤锅炉方式供暖，但由于环保政策和地理条件，只能在电磁采暖炉和空气能采暖设备之间进行选择，由于电磁采暖炉的能耗较大，需要对供电电缆和变压器进行更换，成本较高，最终选择采用空气能热源泵供暖。

二、关键词：柴胡栏子金矿 低温空气能热泵 采暖

三、研究内容

1、低温空气能采暖设施运行基本原理：

低温空气能采暖设施主要采用空气能热泵机组和保温水箱组成，空气能热泵机组由压缩机、膨胀阀、蒸发器、冷凝器等主要部件组成（热交换原理同普通空调相同）。首先冷媒（R22或R410等）吸收空气中的热量蒸发，经过压缩机，汽化后的冷媒温度上升，能量提高之后，经过水箱，把热量传递给水，制冷剂冷却后冷凝，再经过膨胀阀进一步降低温度，再次与空气进行热交换，开始下一个热循环（卡诺循环）。这个卡诺循环体系主要是通过冷媒吸收空气中的热量再利用压缩机对其做功，进行加热，再将热量用于水的热交换。系统图如下：

图1.空气能热源泵原理图

2、低温空气能热源泵与电磁锅炉的对比：

低温空气能采暖设施的性能参数COP说明，对于一个卡诺循环，COP=Th/(Th-Tc)，其中Th是冷媒的最高温度，Tc是冷媒的蒸发温度。对于环境温度15℃，Tc=288K，如果需要将热水加热至50℃，冷媒的温度需要在55℃左右，Th=328K，COP=8.2。这意味着投入1kJ的能量驱动压缩机，理论上可以加热8kJ的水。但实际工业运行过程中，存在各种热量损耗，COP一般仅能达到3.5-4.5之间。

电加热或者燃料加热，水的热量完全由电能或者燃料自身的能量提供，由于能量利用效率低，消耗的能量要高于水吸收的能量。空气能热泵除了充分利用电热能以外,还能利用空气热能，因此较节约成本。

表1.空气能热泵与电锅炉对比

综上所述，与电热锅炉相比，低温空气能采暖设施在气温高于零下15摄氏度运行时，运行费用与电热锅炉相比是节省费用的，在气温在零下15摄氏度以下运行时，运行费用与电热锅炉相当；与燃煤锅炉相比，在气温零下15摄氏度以下（COP=1.0）时，低温空气能采暖设施运行费用略高于燃煤锅炉。根据赤峰当地历史气温记录，冬季最低气温零下31摄氏度，零下15摄氏度天数平均为53天，结合以上分析，低温空气能采暖设施可以满足赤峰地区冬季运行条件要求，运行费用从理论上比燃煤和电热锅炉节省费用。另外低温空气能采暖设施由于采用卡诺循环，冷端和热端温度可以合理设定，冬季用于取暖，夏季可以进行制冷，作为制冷空调使用。

图2.安装完成的空气能热泵机组

3、经济效益：

根据现有北沟办公楼供暖面积860平计算，需1台32匹低温空气能采暖设施和一台5匹低温空气能热水泵用于职工洗浴，一个燃煤季度成本约为：每天按20小时计算27KW×4×20h×0.5元/度×120天=12.96万元。不需要进行锅炉年检，其他人工及维修成本很少，可忽略。

如果选用燃煤锅炉0.3吨锅炉，燃煤季成本约为40吨/月×950元/吨×4月=15.2万元，人工成本2万元，锅炉年检费用2500元，合计17.45万元。

通过以上运行成本分析比较，低温空气能采暖设施运行费用少于燃煤锅炉运行费用：17.45-12.96=4.49万元。

4、社会效益：

低温空气能采暖设施主要以吸收空气中热量，通过压缩机做功实现，安全环保，具有前沿性，不需人员值班，自动控制运行、调温；夏季可以进行制冷运行，进一步改善职工夏季高温工作条件。另外根据国务院出台《大气污染防治计划》及内蒙古自治区相关环保文件要求，禁止10吨以下锅炉运行，空气能采暖有利于我单位绿色矿山建设。