隨著經濟的發展，能源緊張以及環境保護問題亦日益突出，近年來，上海市的不少賓館都實施了“煤改氣（油、電）”的環保政策，但卻造成了洗浴熱水費用升高，我們寶山賓館冬季高峰時單此項費用就高達3萬余元每天，如何更多更好地利用自然能源，特別是低品位能源，避免和減少環境污染，緩和能源緊張問題早已是人們所關注的課題。有些賓館為了降低洗浴熱水的成本，安裝了真空管式太陽能熱水系統，靠太陽光的直射來產熱，是解決了環保問題，也相應降低了部分時段的洗浴熱水成本，但據上海市近三年的氣象資料表明，本市每年有近半年時間為多云與陰雨天，此氣候條件下還是要靠電熱管輔助加熱，而用電直接加熱水時的費用比鍋爐還高（每噸水溫升40℃達30多元），且需提供足夠大的樓頂安裝采光面積，有一定的局限性。太陽能是大自然賦予人類取之不盡的清潔能源，充分利用它服務于人類的生產、生活，是人們長期以來的愿望。空氣源熱泵熱水系統就是比較理想的太陽潛能（空氣能）的利用方式之一，為此，我們賓館在鵬悅總經理與一班領導層的決策下，責成保障部于中全經理牽頭成立了由季建明、任海軍、俞明發、葉國亮、張兵等工程技術人員組成的QC攻關小組，于2004年下半年開始進行了這方面的探索。
1.熱泵與熱泵的工作原理
熱泵技術是近年來在全世界備受關注的新能源技術，目前較多地應用于冷暖空調機。日常生活中泵的應用很多。泵是一種提高位能的裝置，根據用途不同有水泵、氣泵、油泵等。水泵主要是提高水位或增加水壓；氣泵主要是增加氣壓；油泵主要是用于供油系統和油壓設備。人們使用的打氣筒也是一種簡單的注復式氣泵。這些泵都是對接觸的物質直接作功。
“熱”不是物質，而是能，廣泛的存在于自然界中的各類質的物體中，這些物質，我們認為是熱的載體，載體可以是固體（如金屬）、液體（如水）、也可以是氣體。熱的傳遞方式有對流、傳導和輻射。“熱”必須通過載體攜帶并傳遞，不同載體主要傳遞方式不同。熱泵顧名思義就是泵熱的裝置。按照新的國際制冷辭典的定義，熱泵是以冷凝器放出熱量來供熱的制冷系統。熱泵按工作原理可以分為蒸氣壓縮式、氣體壓縮式、蒸氣噴射式、吸收式、電熱式、半導體式和電化學式多種。而目前應用最普遍的應當是蒸氣壓縮式熱泵。它的工作主要是靠電力驅動的壓縮機使熱泵工質在壓縮機、熱交換器、節流裝置等部件組成的閉合回路系統中進行循環，通過工質狀態的相變，將低品位熱能轉化為高品位熱能。低端吸熱制冷，高端放熱制熱，周而復始的循環得到的是制冷又制熱的雙重效應，目前較多的應用于冷暖空調。
熱泵系統的工作原理。蒸發器吸收熱后，其工質蒸發生成的高溫低壓過熱氣體在壓縮機中經絕熱壓縮變為高溫高壓的氣體，經冷凝器定壓冷凝為低溫高壓液體（放出汽化熱，而制熱）。液態工質經降壓絕熱節流為低溫低壓液體，再進入蒸發器定壓吸收熱源熱量，并蒸發變成過熱蒸氣重復下一個循環。所以利用熱泵熱水機釋放到水中的熱量不是直接用電加熱產生出來的，而是通過熱泵熱水機把熱源搬運到水中去的。
利用少量高品位的電能作為驅動能源，從低溫熱源高效吸收低品位熱能并傳輸給高溫熱源，達到了“泵熱”的目的。熱泵技術也是一種提高能量品位的技術，它不是能量轉換的過程，不受能量轉換效率極限1００％的制約，而是受逆卡諾循環效率的制約。其搬運的能力與投入熱泵的電能之比稱為制熱性能系數又稱能效比（用ＣＯＰ來表示）。
其理論效率為:(工作溫度＋273)/溫升△T。當工作溫度25℃,△T為20℃時，理論制熱系數就可以達到COP理＝15。
但是實際當中，電動機效率＝0.95，壓縮機效率＝0.8，換熱器效率＝0.9，系統效率＝0.8，則總效率為0.95×0.8×0.9×0.8=0.55.COP實＝15×0.55=8.25.
這就是說投入1KW的電能來搬運熱量，理想最高可以搬運8.25KW的熱量.
2.空氣源熱泵熱水系統的優勢
空氣源熱泵熱水系統就是把空氣作為低品位熱源，通過查閱大量的文獻資料得知與常規熱水產熱系統相比，空氣源熱水系統具有以下優勢：
2.1資源豐富。地球上百分之九十幾的能量是來自太陽的，太陽能數量巨大，且取之不盡用之不竭，一系列的常規能源，譬如煤炭、石油都是太陽能長期轉換的結果，而這只是相當小的一部分能量。另外一大部分能量都以地流熱、輻射熱等形式存在于空氣中。空氣源熱泵熱水系統就是將空氣中的這些熱量和其他低溫熱源中無法利用的潛熱及工業排放的廢熱通過泵搬運到水中去，從而使水變熱。
2.2技術的日趨成熟。國際上美國空氣源熱泵熱水器已經有20多年歷史了，澳大利亞也在15年前就開始研制同類產品，國內雖然起步較晚，但在國家重點扶持和科研、生產部們的不斷努力下，目前空氣源熱泵熱水機的生產已初具規模，部分廠家產品已達到或超過國際先進水平，空氣源熱泵熱水機的產業化和產品質量的提高，為我們的嘗試提供了條件。
2.3優越的經濟性。空氣源熱水系統利用很少的電搬運幾倍的熱量，年節約率高達80%以上。
2.4良好的實用性。空氣源熱泵熱水系統采用的是容積式儲熱方式，在短時停電停水的情況下可連續供熱水，且費用低于常規熱水系統，連續供水還可減少管道腐蝕，延長管道壽命并保證水質清潔。
2.5無以倫比的環境效益。空氣源熱能是無污染能源，這是其它能源所無法比擬的，在環境污染日趨嚴重的今天，這一點更為重要。
3.探索過程
3.1熱泵機組的選定
空氣源熱泵熱水機組，顧名思義關鍵在于熱泵。要靠熱泵把存在于空氣中的低品位熱能搬運到水中去來把水加熱，一就要求壓縮機能承受高溫高壓；二要求有較大換熱表面積的蒸發器，與空氣接觸的表面積越大，在同等條件下能搬運到的熱能就越多，能效就會越高越節能；三是高性能的搬熱的工質（也稱冷媒），要能在嚴寒的冬季把寒冷的空氣中低品位的熱能采集提高搬運到水中去，要求工質的兩態（液態與氣態）轉換溫度點要低于-25℃，同時要能產生65℃的熱水又要求工質的臨界壓力要低，否則壓力太高對壓縮機不利或使壓縮機進入高壓保護而制不了高溫熱水。
對照以上三項以及廠家產品的生產工藝、質量保證、售后服務等諸多因素最終選定了由世界太陽能協會理事、中國空氣源熱泵熱水機發起人韓廣田老師研發的豪瓦特熱泵熱水機組，因該廠家機組采用的美國谷輪壓縮機和比同行業同類產品增大到1.5倍表面積的蒸發器，特別是該機組采用的是其自己獨特配方的混合工質，打破了其他品牌機組用R22或R417等單一工質只能制到55℃熱水與適應不了-5℃以下環境的極限，產生65℃熱水時壓縮機壓力為22Kg，其他品牌的同類產品到55℃時壓縮機壓力就超過此值了。為了慎重起見，我們于廠家聯系定在較寒冷的2004年12月初在我們賓館先安裝了一只日產2噸65℃熱水的小系統進行過冬論證，到2005年4月得出數據表明：在最惡劣的寒冬用此機組制一噸熱水的總費用為7.32元，較用然氣鍋爐的28.93元節約了近75%。
3.2系統方案論證與實施
3.2.1系統方案的論證
熱泵熱水機組必須由主機和水箱，循環泵組成，通過循環把主機產熱帶入水箱，對水箱的水逐漸升溫加熱，水系統的工作情況，直接影響到整體效果，所以我們稱之謂熱泵熱水系統。常用的系統有直接大循環式和定溫放水式兩種不同形式。直接大循環又有一次加水加熱放水和不間斷使用補水兩種。定溫放水由加熱水箱和儲熱水箱組成，加熱水箱有不承壓定溫完全放水和承壓不間斷自動補水頂水放水式兩種。這些系統各有優缺點，我們分析了2T熱泵熱水小系統的特性，發現在加熱的過程中，水溫越低能效比COP值越高，隨著水溫的升高COP值在降低，相同外部工況下同等的水從20℃加熱到50℃時段與50℃升高到60℃時段所耗用的能量接近。最后選用用加熱水箱定溫全放水方式，控制系統雖然較復雜，但每加熱一箱水都是從冷水初始溫度到設定溫度全過程加熱充分發揮熱泵輸入功率隨溫升變化的特點COP值較高，節能效果明顯。加之冬季機組間斷工作不易結霜。
3.2.2改造的目標與方向。
有了2噸小機組過冬的數據與基礎，在賓館領導的決策下，我們首先選定了賓館職工浴室與食堂用熱水作為節能改造的方向；目標是結合浴室采用智能磁卡系統與利用夜間低價谷電，力爭使節能改造后年平均綜合節約率達80%（詳見下表）。
節能改造前節能改造后節省量
浴室日用熱水（噸）503515
食堂日用熱水（噸）15105
年均熱水費用（元）28.937.021.93
日加熱費用（元）1880.45315.001565.45
年加熱費用（元）686364.25114975.00571389.25
綜合節約率83.25%
3.2.3系統的構成。
根據職工浴室與食堂該造后的目標日用熱水量為45T，放10%的容積余量，我們的空氣源熱泵熱水系統的日產熱水能力需達到50T。
3.2.3.1選用8臺豪瓦特JKR-10H熱泵工程機組。日產熱水量為50T，通過查閱該公司產品資料再結合實際情況，春夏秋三季環境溫度和入水溫度比較高，上海地區最高氣溫達35℃，按平均環境溫度為25℃，入水溫度為20℃時，10匹機每小時產60℃熱水750L，用8臺10匹機工作8.5小時可產60℃熱水50T。冬季氣溫比較低，上海地區最低氣溫為0℃左右，入水溫度10℃，此時10匹工程機每小時產60℃熱水400L，最惡劣的情況下用8臺10匹機工作16小時可產60℃熱水50T。
豪瓦特產品參數：
型號JKR05HJKR10H
額定輸入功率4KW8KW
等效輸出制熱功率16KW32KW
生產熱水溫度55～60℃55～60℃
熱水補償速度(環溫25℃
進水20℃△t40℃)350L/h750L/h
制熱系數標準工況25℃約4標準工況25℃約4
進出水口尺寸G1″G1.5″
設備尺寸820×820×1025mm850×1660×1450mm
設備重量153kg300kg
3.2.3.2一只儲熱水箱。50T容量(內部分15T與35T獨立的兩格，35T供賓館職工浴室15T供食堂)，內層不銹鋼板，底板厚度2.0mm,側板厚度1.5～2.0mm,沖壓加強成型，內徑7m長（分成5m與2m）×3m寬×2.5m高，外層材料玻璃鋼板或不銹鋼板沖壓加強成型，兩層中間10cm厚的PE橡塑保溫，整體底部8根×4根20號槽鋼，在保溫層中另加8號槽鋼框架。水箱外北側面各帶液位顯示，水箱頂部分別各內置1套不銹鋼蒸氣管消音裝置，以便備份蒸氣鍋爐啟動時使用。
3.2.3.3兩只加熱水箱.均為2T容量，?1.28m×2.1m，內外均為不銹鋼，中間50mm西班牙聚氨脂填充保溫。3臺熱泵機組對一只加熱水箱加熱供給15T儲熱水箱，5臺熱泵機組對另一只加熱水箱加熱供給35T儲熱水箱。
3.2.3.4一只放置于食堂樓頂提高位能的熱水儲水箱。3T容量，?1.52m×2.1m，內外均為不銹鋼，中間50mm西班牙聚氨脂填充保溫。
3.2.3.5熱水循環泵11只。8臺熱泵熱水機組8套管路中各配用1只，3只小水箱各配用1只。
3.2.3.6電磁閥5只。控制兩只2T加熱水箱的冷水進水各配用1只，控制加熱完出熱水到50T大水箱的配用3只。
3.2.3.7系統總電控柜1只。控制70KVA負荷能力；具有漏電、缺相、錯相、過載保護功能；顯示和控制兩只加熱水箱與15T、35T儲熱水箱的水溫；顯示和控制15T、35T儲熱水箱的水位；
3.2.4系統的工作原理。
3.2.5系統各環節水溫的設定。(省略)
無論是鍋爐還是其他形式產生熱水，人們總希望水的溫度越高越好，我們經研究才發現這是一個誤區，水溫太高水的循環能力會相應減小，一般的水質在65℃～85℃之間是強結垢區，65℃以下是弱結垢區，如果達到85℃以上就會行成堅硬垢，會阻礙熱水系統內部的水循環，影響水溫。國際上生活標準熱水為60℃，洗浴用水為40℃-45℃，利用低水溫，大容量的辦法可以提高系統。
