《酒店冷熱源設計多種節能技術綜合應用》

多種節能技術在酒店冷熱源綜合應用

海南中電工程設計有限公司 陳瑋吉 

摘  要：對比分析部分熱回收型冷水機組和全熱回收型水源熱泵機組的不同特點。針對某酒店的建築特性、使用特點和冷熱負荷需求，聯合設計改酒店的冷熱源供應系統——合理搭配全熱回收型水源熱泵機組、離心式冷水機組及鍋爐系統，使冷熱源供應系統達到最佳配比，儘量保證各機組能長時間在最佳效率狀態下運行，即能達到酒店五星級服務的設計要求，又儘可能降低冷水機組和鍋爐設備的裝機容量，同時做到節約能源，減少排放。並在對比經濟性的基礎上得出設備選型結論。

關鍵詞：酒店  全熱回收型機組   鍋爐   冷熱源組合   節能  

Abstract：Analyzing the different characteristics of partial heat recovery chillers and Full heat recovery chillers. According to the construction characteristics and the characteristics of cooling and heating load, we combining designed the cooling and heating source supply system of this hotel   the best  load ratio  of the full heat recovery chillers、centrifugal chillers and boilers systems, we can not only meet the design requirements of the five-star hotel service, but also to minimize the capacity of chiller and boiler equipments at the same time saving energy and reducing emissions.

Keywords：Hotel  Full heat recovery chillers   boiler   cooling and heating resource

1     洗衣房負荷特點

2、洗衣房熱水量

在酒店、醫院等公共建築的暖通設計工作中，通常空調冷源系統的冷凝熱都排放到室外環境中，而建築的採暖、生活熱水、蒸汽又全部需要消耗燃料獲取。因此，如何有效合理的利用冷凝器散熱於採暖和生活熱水以節約能耗，同時又不影響其製冷效果，一直是暖通節能設計研究探討的重要課題。

然而，對於不同地區、不同功能的建築，其冷、熱源的需求有着各自不同的特點。本文着重介紹三亞某五星級度假酒店的冷熱源系統聯合設計的設備選型：採用全熱回收型水源熱泵機組，回收冷凝器熱量來加熱生活熱水，通過仔細分析耗冷量及耗熱量的數值，合理搭配離心式冷水機組及鍋爐系統，使冷熱源達到最佳配比，儘量保證各機組在最佳效率下運行，並達到酒店五星級服務的設計要求。

2     全熱回收型冷水機組工作原理

冷水機組的熱回收形式包括兩種：部分熱回收型和全熱回收型。

部分熱回收是在壓縮機與冷凝器之間增加部分熱回收換熱器，利用製冷劑從壓縮機排出的過熱蒸汽冷卻到飽和冷凝温度時的冷卻顯熱。一般為總的冷凝熱的15－20％左右。這種方式的特點是：熱回收換熱器有冷凝器的預冷器作用，提高冷卻效果；基本不用改變原有控制系統；熱回收量有限，僅為過熱冷卻顯熱量；僅在製冷時候才能有熱回收，在不製冷時，不能單熱回收[1]。

全熱回收型區別於熱回收型的是：把熱回收器與冷凝器複合在一起，熱回收水路和冷卻水路獨立但都與同一製冷劑迴路進行熱交換，單個水路均滿足冷凝冷卻要求，故可實現100％的熱回收，從水路上看是兩個相當於並聯的水盤管，分別接至儲熱水箱和冷卻塔，從製冷劑迴路來看就是一個冷凝器[2]。

全熱回收型機組的特點是：製冷+全部熱回收時機組綜合能效COP高達8~10。對冷凝器的熱回收量更高。一機多用，可降低投資、減少運行成本、減少污染。系統共有3個工作模式，分別為：

（1）與常規機組一樣的製冷模式：冷卻水流向②—⑤，冷凍水流向③—⑥。

（2）以全熱回收模式運行，在供熱的同時提供空調冷凍水。冷卻水流向②—④，冷凍水流向③—⑥。

（3）以熱泵的形式運行，單獨供熱，蒸發器的冷水通過冷卻塔吸熱。熱水流向②—④，冷水流向③—⑤。

管路間的切換均可通過電動密閉閥實現自動遠程控制。

3  工程概況

本酒店位於三亞海棠灣，屬於五星級休閒度假型酒店，建築面積108279.15平方米。客房總數740間，主要包括：客房區、公共區（會議、餐飲、大堂等）及後勤區。遊客人數年分佈呈現明顯的峯谷特點：在春節、國慶等長假期間，遊客數量達到高峯，入住率一般在80%以上，在其他時間則保持在60%以下。酒店對空調系統、生活熱水系統的要求都屬比較高端。

4  冷熱源設計要求

4.1冷源需求特點

酒店滿負荷運行，逐時計算的最大冷負荷為2140RT。而其在幾種常見經營狀態下的冷負荷情況如表1所示：該酒店在下述幾種運營狀態下，冷負荷佔最大計算負荷的比例值有：13%，21%，67%，80%，89%，100%這幾種。

表1 冷負荷綜合分析表

由表1分析可知：宴會廳、會議室為酒店不長久運行的區域，這部分冷負荷佔最大設計值的11%。酒店入住率最高的時候通常為春節，室外温度25℃左右，需要長時間運行區域，如客房、後勤區及公共區的總冷負荷日間只達到最大設計值的67%，夜間達到13%。在夏季時候，入住率平均達到60%，此時冷負荷日間通常維持在最大設計值的67%，而夜間僅為21%。

由圖二分析，可知在凌晨到黎明時段，酒店總冷負荷約佔最大冷負荷的21%。

因此冷凍機組在選型時，需要保證在67%、21%區間，機組能高效運行，方能取得最佳的節能效果。

2.2熱源需求特點

因該酒店地處熱帶海濱，常年需要空調。不設計採暖系統，熱源主要用於生活熱水。

根據設計要求，生活熱水設計供水温度為60℃，主要用於客房區及公共區。其中，客房區熱水採用與冷水同源的閉式供水系統，公共區熱水採用開式供水系統。

根據給排水專業計算，入住率為100%時，最大小時耗熱量2698KW，摺合蒸汽量3.86 t/h，其中客房部分熱量為2.2 t/h。入住率為60%時，最大小時耗熱量1618.8KW，最大小時耗蒸汽量2.32 t/h，其中客房部分熱量為1.32t/h

根據相關專業提資，廚房需要最大蒸汽量1.9t/h，洗衣房用蒸汽量2.55t/h；合計4.45 t/h。

5     設備選型

5.1方案概述

酒店冷源為全熱回收型水源熱泵機組和水冷式離心機組，並聯運行；生活熱水熱源選用全熱回收型水源熱泵機組作為生活熱水的常用熱源，利用洗衣房的蒸汽鍋爐作為備用熱源。

酒店通常在全熱回收模式下運行。可在為酒店空調提供冷凍水的同時，將產生生活熱水儲存在熱水箱中。當熱水箱温度已達到設計要求，自動切換到製冷狀態，製冷產生的熱量由冷卻塔散發。

5.2冷水機組選型

選用水冷式離心機組及2台全熱回收型水源熱泵機組共同製冷。離心機組製冷量750RT，螺桿機單獨製冷時冷量400RT，全熱回收狀態下冷量300RT。如表2所示。

表2：冷凍站機組選型                                                                                                                                                                                                                                      

根據表2數據，並結合表1分析：

1、當螺桿機單獨製冷時，系統提供總冷量為2300RT，超過最大計算負荷7.5%；而熱泵狀態下運行時，系統提供總冷量為2100RT，基本滿足酒店最大冷負荷需求。

2、春節期間，開啟1台離心機組及2台全熱回收機組（全熱回收模式），提供的製冷量為最大設計值的65%，即可滿足日間的主要空調要求。同時可提供2932KW的熱量，完全滿足酒店生活熱水熱量需求。夜間僅開啟1台全熱回收機組（全熱回收模式），即可滿足空調要求， 並能滿足客房部分的生活熱水熱量需求。

3、在夏季平均入住率60%時，開啟1台離心機組及2台全熱回收機組，一台為全熱回收模式，一台為製冷模式，可提供的製冷量為最大設計值的70%，即可滿足日間主要的空調要求。同時可提供1466KW的熱量，也基本能滿足酒店生活熱水熱量需求。夜間僅開啟1台全熱回收機組（製冷模式），即可滿足空調要求。

4、上述兩種模式為酒店主要的運行模式。在其他運行時候，機組可靈活搭配，使機組大部分時間能接近滿負荷運行，以保證機組的運行效率。

5.3 熱源選型

如果單獨按照熱量計算，需要最大供熱量為8.31t/h。需要採用三台鍋爐，額定蒸汽量為1台2 t/h及2台4 t/h。方能滿足其中一台檢修時，其他兩台能至少能滿足最大蒸汽用量的60%。

現採用了全熱回收型機組後，生活熱水可完全由冷凍站提供。鍋爐選型可大大降低。採用三台鍋爐，每台額定蒸汽量為2 t/h。基本滿足酒店需求。這樣也減少了鍋爐設備的投資，減小了鍋爐房的面積。

鍋爐系統還需設計汽——水換熱系統，以便在電力系統出現故障時能充分保障酒店客人的生活熱水需求。同時鍋爐採用油氣兩用，也保證了鍋爐在其中一種燃料暫缺時的熱量供應。這都在最大程度上保證了酒店服務品質。

6  運行成本分析

6.1 常規方案——方案一：水冷式冷水機組加燃氣鍋爐系統方案

此方案為酒店冷熱源常見設計方案。採用水冷式冷水機組作為空調冷源，機組為變頻式，並聯運行，根據表1數據，按20%、40%、40%的比例關係選擇冷水機組；採用燃氣鍋爐製備生活熱水，根據表2數據，選用2台熱水鍋爐。燃氣鍋爐和冷水機組的選型詳見表3。

表3 方案一冷熱源機組配比                                                                                                                                                                                                                                      

6.2設計方案——方案二：全熱回收型水源熱泵機組加水冷式離心機組系統方案

設備選型見表2。機組運行的耗電量如表4所示。

6.3兩種方案的經濟性分析

表4 方案二冷熱源機組配比                                                                                                                                                                                                                                      

根據表1的數據，每天酒店所需總熱量：6.54萬 MJ。選用全熱回收機組時，同時還可以利用的冷量為：5.0萬 MJ。

現以此數據為依據，計算兩種方案分別耗能量及運行費費用（根據海南當地能源收費標準，電費按0.8元/度計算；天然氣費用按3.73元/m3計算，天然氣燃燒值按36MJ/Nm3計算，不考慮系統熱損失）。

日耗電量計算公式：

N=Ne×Q/(3600Qe)

其中，Ne—製冷機組額定電功率，見表3，表4；

Q—每天製冷量，5.0×107 kJ；

Qe—製冷機組額定製冷量表3，表4；

日消耗天然氣量計算公式：

N= Qr / 36

其中，Qr—每天制熱量，6.54×107 MJ；

計算兩種方案年耗費用差時，空調時間按每年10個月計算，該酒店年平均入住率按50%計算。

表6 兩種方案運行費用比較

綜上計算可得，如果該酒店滿負荷運行，由於可同時利用冷量及熱量，採用方案二每天可節省5697.6元。 每年節省171萬元。按平均入住率60%計算，每年可節省103萬元。經濟效益比較可觀。

7  結論

冷熱源設計不能單從冷源或者熱源角度考慮，而儘量使二者達到較好的配置，最大程度達到節能效果：雖然單從冷水機組角度考慮，存在設備超配問題，但是全熱回收型水源熱泵機組基本保持在熱泵運行狀態，從冷、熱源綜合角度考慮，仍然是節能的。

在滿足冷熱量需求下，採用全熱回收型水源熱泵機組加水冷式離心機組系統的冷熱源方案，雖然比水冷式冷水機組加燃氣鍋爐系統初投資高，但是每年運行成本節省的費用可觀，因而具有更好的經濟性，在系統選型中更具有優勢。根據實際調研，該酒店投入運行1年多後收回了投資。

參考文獻：克萊門特官方網站關於部分部分熱回收型機組和全熱回收型機組的説明。

[1] 本段節選自克萊門特官方網站的相關介紹。

[2] 本段節選自克萊門特官方網站的相關介紹。