Unique Heating, Cooling and Hot Water Solutions for Multi-Storey Buildings
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| 3S MARKET 精彩論壇推薦 【雲端節能系統的建置與價值】 |
來源：千家网
隨著建築市場從高峰發展期，向平穩發展期過渡，既有建築改造會成為新常態，其中，飯店機電系統，特別是熱水系統的改造，是業主比較青睞，也容易顯現節能效果的改造。
本文結合某營運十多年飯店機電系統評估、改造的設計過程，對飯店熱水系統節能改造進行分析總結，探討類似項目的改造方法。
1 、工程概況
某五星級飯店於 2004 年 7 月試營業，2005 年 1 月 23 日正式開業，集度假、會議、商旅、餐飲於一體，佔地面積 12.8 萬 m2，建築面積 6.2 萬 m2，綠化面積 11.2 萬 m2，主樓高 78 m。
在飯店十多年的經營使用中，飯店的機電系統暴露出不少的問題，這些問題有的影響了客人的體驗，有的造成運行管理不方便，有的維護保養費用較高，有的不夠節能環保，有的管道和系統故障，不可能在日常維護保養得到處理，這些問題都有待於在機電系統壽命中期進行檢驗、梳理和解決完善；
另一方面，隨著時間的推移和技術的進步，目前飯店的機電系統硬體狀況，已經逐漸不能適應現行規範標準等的要求，和現時經營、節能的需要，需要做一些前瞻性的預測和判斷。
2 、現有能耗及節能改造潛力分析
根據飯店工程部提供的 2005～2014 年的飯店，逐月用電、用氣抄表數據，及空調系統冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔和空調末端的用電估算數據，對飯店 2005～2014 逐年能耗分析，如圖1所示。
將本飯店與本地區近年建設的同等檔次飯店，上述能耗值進行比對發現，本飯店的能耗屬於中等偏上，說明本項目有一定的節能改造潛力。
根據飯店工程部提供的天然氣數據，對 2014 年飯店的天然氣用量做拆分，結果如圖2 所示。其中生活熱水與採暖鍋爐用量佔 44%，洗衣房鍋爐用量佔 38%，其餘為廚房用氣。
對飯店而言，生活熱水需要全年 24 h供應，目前本飯店採用燃氣熱水鍋爐，來生產全部的生活熱水；另一方面，飯店空調系統的用量很大，而且由於公共區域內區的存在，一年四季均存在較大的供冷量。
飯店熱水節能改造，首先需選擇高效節能的熱源，在南方地區一般設置水熱泵和空氣源熱泵兩種。由於本項目為改造項目，無法找到合適的位置放置空氣源熱泵，且政府法規也要求「採用集中空調系統，有穩定熱水需求，建築面積在 10000 m2 以上的新建(含改建、擴建)公共建築，應當配套設計和建設空調廢熱回收利用裝置」。
項目所在地空調制冷時間較長，空調餘熱量足以覆蓋全年約 9 個月的生活熱水需求，如直接利用冷卻水，只是對生活熱水進行預熱，達不到生活熱水使用溫度要求，則鍋爐也一直需要開啓。
為盡量減少鍋爐開啓時間，建議在飯店中增設 1套熱回收型水-水熱泵機組，將原來需要透過冷卻塔，排入大氣的空調系統，冷凝熱用於生產生活熱水，減少熱水鍋爐系統的燃氣用量，預計可帶來較大的節能效益。
配置足夠容量的熱回收機組後，可以覆蓋全年約 9 個月的生活熱水需求，即全年有 3/4 的時間，無需透過燃氣鍋爐生產生活熱水。從圖2 中可以看到，飯店的鍋爐房用氣量，全年用氣總量的 44%，其中大部分用量在生活熱水上。
根據熱水耗熱量和採暖耗熱量估算，生活熱水用氣佔全年用氣總量的 30%，則全年可節約大約 22.5%的用氣量，即 11.9 萬 m3 天然氣，折合燃氣費 57 萬元。
經查閱一般廠家資料，熱回收型水-水熱泵機組專門供生活熱水COP一般為 4，則機組的年用電量約 25 萬kW·h，折合電費約 25 萬元。也就是說初步預測，使用上述熱回收系統後，飯店全年可節約能源費用約 32 萬元（上述數據根據飯店以前多年經營狀況，平均入住率約 60% 估算）。
本次改造熱源系統需要投資費用估算見表1。
從表1 可知，本次投資預計可在 5 年內回收成本。為此，本項目建議增設水-水熱泵提供生活熱水。過渡季及冬季回收量不足時，採用洗衣房機房內，本次改造前已增設的蒸汽鍋爐供應。
3、生活熱水系統節能改造設計
業主根據我方意見進行綜合對比分析，最終確定飯店生活熱水系統，主要進行以下幾項改造：
（1）屋頂蒸汽鍋爐、熱水鍋爐由於年久失修，效率低下，直接取消。為保證供應生活熱水及採暖安全，經複核在洗衣房、機房本次改造前，已增設的蒸汽鍋爐餘量足夠，故作為飯店的備用熱源。這樣，平時約 9 個月時間不需要開啓鍋爐，只是冬季開啓鍋爐，作為生活熱水熱源的補充及採暖熱源。
（2）為更好地節約能源，根據本地區氣候特點，在空調機房增設水熱泵，作為生活熱水第一熱源，此機組只作為生活熱水熱源，空調制冷則保留現有主機不變。
（3）為最大限度利用空調餘熱，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-水熱泵供熱量計算
進行雙熱源——水-水熱泵+蒸汽鍋爐設計，水-水熱泵供熱量是關鍵，只有合理計算確定其供熱量，才能保證熱源改造後，設備投資營運綜合效益最大。參考現行《建築給水排水設計規範》耗熱量及供熱量公式計算結果見表2、表3。
注：此計算為冬季時，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+蒸汽雙熱源二次側系統設計
熱泵+蒸汽兩種熱源常規設計時，大都是熱泵換熱對應一組換熱器1、蒸汽換熱對應另一組換熱器 2，換熱器 1 與換熱器 2 串聯，且只有換熱器 2 的出水溫度，滿足使用水溫要求，換熱器 1 主要起到預熱作用。系統示意如圖3 所示。
此系統雖然運行較穩定，控制簡單，但經過分析發現：此系統水熱泵只是預熱，蒸汽鍋爐全年都需要運行，對於節能改造效果有一定影響；
其次，兩組換熱器分別需要按規範，計算的熱水儲量進行儲存，總容積較大，增加了初始投資。為了更好地利用空調餘熱，盡量少開啓蒸汽鍋爐，也為了減少換熱器總容積，對上述傳統雙熱源系統進行優化，也參考其他一些項目雙熱源系統，最終採用如圖4 系統。
從多個項目回饋資訊獲悉，此系統在初投資、運行能耗和熱水水溫穩定性等方面，都要優於傳統系統。
3.3水-水熱泵+蒸汽雙熱源一次側系統設計
一次側的系統設計初始，考慮在飯店屋頂熱水箱機房，和健康中心機房，將現有保溫熱水箱，分別更換為容積式換熱器，水-水熱泵熱源供應熱水、熱媒管和蒸汽鍋爐，供應蒸汽、熱媒管分別供至此兩處，均與容積式換熱器進行換熱，冷水被加熱後，儲存於容積式換熱器中。
由飯店換熱器和健康中心換熱器，分別供應各自生活熱水。後來，經過比對分析，健康中心耗熱量較小，相對於飯店耗熱量所佔比例很小。
為了減小設備投資，考慮將飯店屋頂容積式換熱器，容積增加少許，冷水經水-水熱泵熱源，和蒸汽鍋爐熱源加熱後，儲存於飯店容積式換熱器中，然後接管供應飯店生活熱水和健康中心熱水。系統示意見圖5。
3.4熱水系統運行工況分析
本項目同時採用水熱泵熱源，和蒸汽鍋爐熱源，為更好地利用空調餘熱提高系統能效比，閥門切換控制尤為重要。本項目雙熱源系統運行工況如下：
（1）容積式換熱器既可串聯運行，也可並聯運行；一般串聯運行，閥門 A1、A3、A6、B3、B5、C3、C5、D2、D5、閥2 打開，其餘閥門關閉。若需並聯運行，閥門 A1、A2、A6、A7、B1、B2、B6、C1、C2、C6、D1、D2、D6、閥2 打開，其餘閥門關閉；且並聯運行需保證水箱的均衡性。
（2）當容積式換熱器 A 清洗，或出現問題不能使用時，閥門A6 關閉，A7 打開。
（3）透過控制一次側電動二通閥的開度保證板，換二次側出水溫度保持在設定值（如59 ℃）。
（4）透過調節電動三通閥容積式換熱器側的出水流量，保證三通閥容積式換熱器側，出水溫度不低於設定值（如56 ℃）。
（5）出水總管出水溫度低於設定溫度時（如50 ℃），開啓閥門 A4，加熱容積式換熱器 A，持續加熱一段時間後（如20 min）後，出水溫度仍低於設定溫度（如50 ℃），打開閥門B4，對容積式換熱器 B 進行加熱。
繼續加熱一段時間後（如20 min），出水溫度若仍低於設定溫度（如50 ℃），打開閥門 C4，對容積式換熱器 C 進行加熱。出水溫度若仍低於設定溫度（如50 ℃），打開閥門 D4，對容積式換熱器 D 進行加熱，當容積式換熱器內，水溫高於設定溫度時（如60 ℃），關閉各自閥門，停止加熱。
4、泳池熱源改造設計
由於健康中心原有熱源，均為空氣源熱泵，其中生活熱水用空氣源熱泵，設於地下室機房，採暖用空氣源熱泵設於屋面。現更換為統一由飯店供應熱源後，所有空氣源熱泵閒置。為了盡量利用現有設備，採用合理的熱源，考慮透過修改管道連接，利用這些閒置空氣源熱泵。
經計算，泳池初次加熱所需耗熱量為 150 kW，平時運行耗熱量 60 kW。現有空氣源熱泵，地下機房為健康中心，原有 5 台 27 kW/台供生活熱水+泳池，原有 2 台60 kW/台供泳池熱水空氣源熱泵，屋面為健康中心原有 2 台 180 kW/台供採暖用空氣源熱泵。
經比對，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，而不必另外設置電輔助加熱。但屋面單台機組供熱功率較大，若改為供泳池熱水相比地下室效率會低許多，且平時運行維護費用也較高。故最終選擇地下室空氣源熱泵作為泳池熱源。
由於泳池水，對普通空氣源熱泵換熱器會有腐蝕，考慮本項目原有泳池用熱泵，可以滿足平時運行需求，只是初次加熱時，需要用到原有健康中心用熱泵，為了簡化改造管路，在泳池循環管接通原健康中心生活熱水，用熱泵處加設閥門及放空閥，這樣初次加熱達到使用溫度後，關閉此閥並放空原健康中心熱泵管路內水，以防止長時間腐蝕。泳池循環熱水系統改造示意見圖6。346181100
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