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溫泉度假村酒店熱水系統(tǒng)節(jié)能改造設(shè)計(jì)分析

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時(shí)間: 2018-12-12
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導(dǎo)讀

隨著建筑市場(chǎng)從高峰發(fā)展期向平穩(wěn)發(fā)展期過(guò)渡,既有建筑改造會(huì)成為新常態(tài),其中,酒店機(jī)電系統(tǒng)特別是熱水系統(tǒng)的改造是業(yè)主比較青睞也容易顯現(xiàn)節(jié)能效果的改造。本文結(jié)合某運(yùn)營(yíng)十多年酒店機(jī)電系統(tǒng)評(píng)估、改造的設(shè)計(jì)過(guò)程,對(duì)酒店熱水系統(tǒng)節(jié)能改造進(jìn)行分析總結(jié),探討類似項(xiàng)目的改造方法。

1 工程概況

某五星級(jí)酒店于2004年7月試營(yíng)業(yè),2005年1月23日正式開(kāi)業(yè),集度假、會(huì)議、商旅、餐飲于一體,占地面積12.8萬(wàn)m2,建筑面積6.2萬(wàn)m,綠化面積11.2萬(wàn)m,主樓高78m。

在酒店十多年的經(jīng)營(yíng)使用中,酒店的機(jī)電系統(tǒng)暴露出不少的問(wèn)題,這些問(wèn)題有的影響了客人的體驗(yàn),有的造成運(yùn)行管理不方便,有的維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用較高,有的不夠節(jié)能環(huán)保,有的管道和系統(tǒng)故障不可能在日常維護(hù)保養(yǎng)得到處理,這些問(wèn)題都有待于在機(jī)電系統(tǒng)壽命中期進(jìn)行檢驗(yàn)、梳理和解決完善;另一方面,隨著時(shí)間的推移和技術(shù)的進(jìn)步,目前酒店的機(jī)電系統(tǒng)硬件狀況已經(jīng)逐漸不能適應(yīng)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等的要求和現(xiàn)時(shí)經(jīng)營(yíng)、節(jié)能的需要,需要做一些前瞻性的預(yù)測(cè)和判斷。

2 現(xiàn)有能耗及節(jié)能改造潛力分析

根據(jù)酒店工程部提供的2005~2014年的酒店逐月用電、用氣抄表數(shù)據(jù)及空調(diào)系統(tǒng)冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔和空調(diào)末端的用電估算數(shù)據(jù),對(duì)酒店2005~2014逐年能耗分析如圖1所示。


溫泉度假村酒店熱水系統(tǒng)節(jié)能改造設(shè)計(jì)分析


將本酒店與本地區(qū)近年建設(shè)的同等檔次酒店上述能耗值進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),本酒店的能耗屬于中等偏上,說(shuō)明本項(xiàng)目有一定的節(jié)能改造潛力。

?根據(jù)酒店工程部提供的天然氣數(shù)據(jù)對(duì)2014年酒店的天然氣用量做拆分,結(jié)果如圖2所示。其中生活熱水與采暖鍋爐用量占44%,洗衣房鍋爐用量占38%,其余為廚房用氣。


溫泉度假村酒店熱水系統(tǒng)節(jié)能改造設(shè)計(jì)分析


對(duì)酒店而言,生活熱水需要全年24 h供應(yīng),目前本酒店采用燃?xì)鉄崴仩t來(lái)生產(chǎn)全部的生活熱水;另一方面,酒店空調(diào)系統(tǒng)的用量很大,而且由于公共區(qū)域內(nèi)區(qū)的存在,一年四季均存在較大的供冷量。

酒店熱水節(jié)能改造首先需選擇高效節(jié)能的熱源,在南方地區(qū)一般設(shè)置水水熱泵和空氣源熱泵兩種。由于本項(xiàng)目為改造項(xiàng)目,無(wú)法找到合適的位置放置空氣源熱泵,且本地區(qū)政府文件也要求“采用集中空調(diào)系統(tǒng),有穩(wěn)定熱水需求,建筑面積在10000 m2以上的新建(含改建、擴(kuò)建)公共建筑,應(yīng)當(dāng)配套設(shè)計(jì)和建設(shè)空調(diào)廢熱回收利用裝置”。項(xiàng)目所在地空調(diào)制冷時(shí)間較長(zhǎng),空調(diào)余熱量足以覆蓋全年約9個(gè)月的生活熱水需求,如直接利用冷卻水只是對(duì)生活熱水進(jìn)行預(yù)熱,達(dá)不到生活熱水使用溫度要求,則鍋爐也一直需要開(kāi)啟。為盡量減少鍋爐開(kāi)啟時(shí)間,建議在酒店中增設(shè)1套熱回收型水-水熱泵機(jī)組,將原來(lái)需要通過(guò)冷卻塔排入大氣的空調(diào)系統(tǒng)冷凝熱用于生產(chǎn)生活熱水,減少熱水鍋爐系統(tǒng)的燃?xì)庥昧?,預(yù)計(jì)可帶來(lái)較大的節(jié)能效益。

配置足夠容量的熱回收機(jī)組后,可以覆蓋全年約9個(gè)月的生活熱水需求,即全年有3/4的時(shí)間無(wú)需通過(guò)燃?xì)忮仩t生產(chǎn)生活熱水。從圖2中可以看到,酒店的鍋爐房用氣量占全年用氣總量的44%,其中大部分用量在生活熱水上。根據(jù)熱水耗熱量和采暖耗熱量估算,生活熱水用氣占全年用氣總量的30%,則全年可節(jié)約大約22.5%的用氣量,即11.9萬(wàn)m3天然氣,折合燃?xì)赓M(fèi)57萬(wàn)元。經(jīng)查閱一般廠家資料,熱回收型水-水熱泵機(jī)組專門供生活熱水COP一般為4,則機(jī)組的年用電量約25萬(wàn)kW·h,折合電費(fèi)約25萬(wàn)元。也就是說(shuō)初步預(yù)測(cè),使用上述熱回收系統(tǒng)后,酒店全年可節(jié)約能源費(fèi)用約32萬(wàn)元(上述數(shù)據(jù)根據(jù)酒店以前多年經(jīng)營(yíng)狀況平均入住率約60%估算)。

本次改造熱源系統(tǒng)需要投資費(fèi)用估算見(jiàn)表1。


溫泉度假村酒店熱水系統(tǒng)節(jié)能改造設(shè)計(jì)分析


從表1可知,本次投資預(yù)計(jì)可在5年內(nèi)回收成本。為此,本項(xiàng)目建議增設(shè)水-水熱泵提供生活熱水。過(guò)度季及冬季回收量不足時(shí),采用洗衣房機(jī)房?jī)?nèi)本次改造前已增設(shè)的蒸汽鍋爐供應(yīng)。

3 生活熱水系統(tǒng)節(jié)能改造設(shè)計(jì)

業(yè)主根據(jù)我院意見(jiàn)進(jìn)行綜合對(duì)比分析,最終確定酒店生活熱水系統(tǒng)主要進(jìn)行以下幾項(xiàng)改造:

(1)屋頂蒸汽鍋爐、熱水鍋爐由于年久失修,效率低下,直接取消。為保證供應(yīng)生活熱水及采暖安全,經(jīng)復(fù)核在洗衣房機(jī)房本次改造前已增設(shè)的蒸汽鍋爐余量足夠,故作為酒店的備用熱源。這樣,平時(shí)約9個(gè)月時(shí)間不需要開(kāi)啟鍋爐,只是冬季開(kāi)啟鍋爐作為生活熱水熱源的補(bǔ)充及采暖熱源。

(2)為更好地節(jié)約能源,根據(jù)本地區(qū)氣候特點(diǎn),在空調(diào)機(jī)房增設(shè)水水熱泵作為生活熱水第一熱源,此機(jī)組只作為生活熱水熱源,空調(diào)制冷則保留現(xiàn)有主機(jī)不變。

(3)為最大限度利用空調(diào)余熱,提升能源綜合效益,將健康中心生活熱水熱源也改為由水-水熱泵和蒸汽鍋爐提供。

3.1耗熱量及水-水熱泵供熱量計(jì)算

進(jìn)行雙熱源——水-水熱泵+蒸汽鍋爐設(shè)計(jì),水-水熱泵供熱量是關(guān)鍵,只有合理計(jì)算確定其供熱量,才能保證熱源改造后設(shè)備投資運(yùn)營(yíng)綜合效益最大。參考現(xiàn)行《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》耗熱量及供熱量公式計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2、表3。


溫泉度假村酒店熱水系統(tǒng)節(jié)能改造設(shè)計(jì)分析


注:此計(jì)算為冬季時(shí),冷熱水溫度分別為10 ℃、60 ℃;水的比熱為4.187 kJ/(kg·℃);水的密度為1 kg/L。

3.2水-水熱泵+蒸汽雙熱源二次側(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

熱泵+蒸汽兩種熱源常規(guī)設(shè)計(jì)時(shí),大都是熱泵換熱對(duì)應(yīng)一組換熱器1、蒸汽換熱對(duì)應(yīng)另一組換熱器2,換熱器1與換熱器2串聯(lián),且只有換熱器2的出水溫度滿足使用水溫要求,換熱器1主要起到預(yù)熱作用。系統(tǒng)示意如圖3所示。


溫泉度假村酒店熱水系統(tǒng)節(jié)能改造設(shè)計(jì)分析


此系統(tǒng)雖然運(yùn)行較穩(wěn)定,控制簡(jiǎn)單,但經(jīng)過(guò)分析發(fā)現(xiàn):此系統(tǒng)水水熱泵只是預(yù)熱,蒸汽鍋爐全年都需要運(yùn)行,對(duì)于節(jié)能改造效果有一定影響;其次,兩組換熱器分別需要按規(guī)范計(jì)算的熱水儲(chǔ)量進(jìn)行儲(chǔ)存,總?cè)莘e較大,增加了初始投資。為了更好地利用空調(diào)余熱盡量少開(kāi)啟蒸汽鍋爐,也為了減少換熱器總?cè)莘e,對(duì)上述傳統(tǒng)雙熱源系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化,也參考我院其他一些項(xiàng)目雙熱源系統(tǒng),最終采用如圖4系統(tǒng)。


溫泉度假村酒店熱水系統(tǒng)節(jié)能改造設(shè)計(jì)分析


從多個(gè)項(xiàng)目反饋信息獲悉,此系統(tǒng)在初投資、運(yùn)行能耗和熱水水溫穩(wěn)定性等方面都要優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)。

3.3水-水熱泵+蒸汽雙熱源一次側(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)

一次側(cè)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)初始,考慮在酒店屋頂熱水箱機(jī)房和健康中心機(jī)房將現(xiàn)有保溫?zé)崴浞謩e更換為容積式換熱器,水-水熱泵熱源供應(yīng)熱水熱媒管和蒸汽鍋爐供應(yīng)蒸汽熱媒管分別供至此兩處,均與容積式換熱器進(jìn)行換熱,冷水被加熱后儲(chǔ)存于容積式換熱器中。由酒店換熱器和健康中心換熱器分別供應(yīng)各自生活熱水。后來(lái),經(jīng)過(guò)對(duì)比分析,健康中心耗熱量較小,相對(duì)于酒店耗熱量所占比例很小。為了減小設(shè)備投資,考慮將酒店屋頂容積式換熱器容積增加少許,冷水經(jīng)水-水熱泵熱源和蒸汽鍋爐熱源加熱后儲(chǔ)存于酒店容積式換熱器中,然后接管供應(yīng)酒店生活熱水和健康中心熱水。系統(tǒng)示意見(jiàn)圖5。


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3.4熱水系統(tǒng)運(yùn)行工況分析

本項(xiàng)目同時(shí)采用水水熱泵熱源和蒸汽鍋爐熱源,為更好地利用空調(diào)余熱提高系統(tǒng)能效比,閥門切換控制尤為重要。本項(xiàng)目雙熱源系統(tǒng)運(yùn)行工況如下:

(1)容積式換熱器既可串聯(lián)運(yùn)行也可并聯(lián)運(yùn)行;一般串聯(lián)運(yùn)行,閥門A1、A3、A6、B3、B5、C3、C5、D2、D5、閥2打開(kāi),其余閥門關(guān)閉。若需并聯(lián)運(yùn)行,閥門A1、A2、A6、A7、B1、B2、B6、C1、C2、C6、D1、D2、D6、閥2打開(kāi),其余閥門關(guān)閉;且并聯(lián)運(yùn)行需保證水箱的均衡性。

(2)當(dāng)容積式換熱器A清洗或出現(xiàn)問(wèn)題不能使用時(shí)閥門A6關(guān)閉,A7打開(kāi)。

(3)通過(guò)控制一次側(cè)電動(dòng)二通閥的開(kāi)度保證板換二次側(cè)出水溫度保持在設(shè)定值(如59 ℃)。

(4)通過(guò)調(diào)節(jié)電動(dòng)三通閥容積式換熱器側(cè)的出水流量,保證三通閥容積式換熱器側(cè)出水溫度不低于設(shè)定值(如56 ℃)。

(5)出水總管出水溫度低于設(shè)定溫度時(shí)(如50 ℃),開(kāi)啟閥門A4,加熱容積式換熱器A,持續(xù)加熱一段時(shí)間后(如20 min)后,出水溫度仍低于設(shè)定溫度(如50 ℃),打開(kāi)閥門B4,對(duì)容積式換熱器B進(jìn)行加熱。繼續(xù)加熱一段時(shí)間后(如20 min),出水溫度若仍低于設(shè)定溫度(如50 ℃),打開(kāi)閥門C4,對(duì)容積式換熱器C進(jìn)行加熱。出水溫度若仍低于設(shè)定溫度(如50 ℃),打開(kāi)閥門D4,對(duì)容積式換熱器D進(jìn)行加熱,當(dāng)容積式換熱器內(nèi)水溫高于設(shè)定溫度時(shí)(如60 ℃),關(guān)閉各自閥門,停止加熱。

4 泳池?zé)嵩锤脑煸O(shè)計(jì)

由于健康中心原有熱源均為空氣源熱泵,其中生活熱水用空氣源熱泵設(shè)于地下室機(jī)房,采暖用空氣源熱泵設(shè)于屋面。現(xiàn)更換為統(tǒng)一由酒店供應(yīng)熱源后,所有空氣源熱泵閑置。為了盡量利用現(xiàn)有設(shè)備,采用合理的熱源,考慮通過(guò)修改管道連接,利用這些閑置空氣源熱泵。

經(jīng)計(jì)算,泳池初次加熱所需耗熱量為150 kW,平時(shí)運(yùn)行耗熱量60 kW?,F(xiàn)有空氣源熱泵,地下機(jī)房為健康中心原有5臺(tái)27 kW/臺(tái)供生活熱水+泳池原有2臺(tái)60 kW/臺(tái)供泳池?zé)崴諝庠礋岜?,屋面為健康中心原?臺(tái)180 kW/臺(tái)供采暖用空氣源熱泵。經(jīng)對(duì)比,兩處空氣源熱泵即使在冬季極端天氣提供70%供熱量,仍可以滿足泳池耗熱量需求而不必另外設(shè)置電輔助加熱。但屋面單臺(tái)機(jī)組供熱功率較大,若改為供泳池?zé)崴啾鹊叵率倚蕰?huì)低許多,且平時(shí)運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用也較高。故最終選擇地下室空氣源熱泵作為泳池?zé)嵩础?/p>

由于泳池水對(duì)普通空氣源熱泵換熱器會(huì)有腐蝕,考慮本項(xiàng)目原有泳池用熱泵可以滿足平時(shí)運(yùn)行需求,只是初次加熱時(shí)需要用到原有健康中心用熱泵,為了簡(jiǎn)化改造管路,在泳池循環(huán)管接通原健康中心生活熱水用熱泵處加設(shè)閥門及放空閥,這樣初次加熱達(dá)到使用溫度后關(guān)閉此閥并放空原健康中心熱泵管路內(nèi)水,以防止長(zhǎng)時(shí)間腐蝕。泳池循環(huán)熱水系統(tǒng)改造示意見(jiàn)圖6。


溫泉度假村酒店熱水系統(tǒng)節(jié)能改造設(shè)計(jì)分析


5 實(shí)際項(xiàng)目運(yùn)行能耗對(duì)比

本項(xiàng)目為正在改造項(xiàng)目,參考之前已運(yùn)行類似規(guī)模兩個(gè)酒店項(xiàng)目,分別采用兩種系統(tǒng)一年運(yùn)行能耗數(shù)據(jù)對(duì)比見(jiàn)表4所示。


溫泉度假村酒店熱水系統(tǒng)節(jié)能改造設(shè)計(jì)分析


由表4數(shù)據(jù)可知,一年節(jié)約費(fèi)用約45.6萬(wàn)元,由于前述項(xiàng)目平均年入住率偏低,故這兩個(gè)項(xiàng)目能耗對(duì)比可節(jié)省能源費(fèi)比前述本項(xiàng)目預(yù)計(jì)每年可節(jié)省能源費(fèi)32萬(wàn)元還要高。這說(shuō)明此系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行節(jié)省的能耗也相當(dāng)可觀,正好驗(yàn)證此系統(tǒng)在節(jié)能改造中有廣泛的應(yīng)用前景和空間。

6 小結(jié)

增加水-水熱泵熱源,按雙熱源系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)在酒店特別是南方地區(qū)供冷時(shí)間較長(zhǎng)區(qū)域能顯著節(jié)約能源。

本項(xiàng)目中雙熱源系統(tǒng)設(shè)計(jì)是我院在多個(gè)酒店熱水設(shè)計(jì)中和空調(diào)專業(yè)同事一起研發(fā),在實(shí)踐中運(yùn)行較穩(wěn)定、節(jié)能效果最明顯的一種系統(tǒng)方式,尤其在南方地區(qū)熱水系統(tǒng)改造中有很廣泛的應(yīng)用空間。



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