夏熱冬暖地區(qū)星級酒店空調(diào)熱回收系統(tǒng)的工程應(yīng)用

楊翠娟，李妃艷，黃建麟

（廣東省工業(yè)設(shè)備安裝有限公司，廣州510080）

0 前言

在我國南方的夏熱冬暖地區(qū)，全年同時有冷熱需求的星級酒店越來越多；針對酒店、賓館等類型建筑物全年有供冷、供熱與供生活熱水需求，且空調(diào)冷水機組多為水冷冷水機組，現(xiàn)市場已生產(chǎn)出利用水冷冷水機組低位熱源的水水熱泵：制熱水的同時又能產(chǎn)生冷水。

廣州白天鵝賓館，初建于上世紀(jì)八十年代；項目建筑面積約10萬平方米，裙樓餐飲，塔樓客房。近期，已完成營業(yè)近三十年后的機電與裝修改造。

結(jié)合一期運營能耗、熱泵技術(shù)革新和新時期的節(jié)能要求等：空調(diào)系統(tǒng)采用水冷式冷水機組集中供冷，供生活熱水系統(tǒng)改鍋爐蒸汽單熱源為熱泵與蒸汽雙熱源，并增加客房四管制風(fēng)機盤管冷暖兼有系統(tǒng)。

1 系統(tǒng)概況

1.1 使用情況

（1）全年24h空調(diào)與生活熱水供應(yīng)：

項目主要為客房與餐飲等功能；按項目要求，設(shè)置24h空調(diào) （冬季設(shè)客房暖氣）與生活熱水供應(yīng)。

（2）客房與廚房熱水需求量大、用時集中：

按照旅客的生活習(xí)慣，每天20∶00～22∶00為客房淋浴用熱水高峰期，且全年酒店開房率較為穩(wěn)定。會議與餐飲是項目的主要業(yè)務(wù)，收入占項目的1／2；備餐用熱水集中時間每天10∶00～12∶00與18∶00～20∶00。項目所需熱水需求量大、用時集中。

（3）大溫差冷水機組：

采用水冷集中式空調(diào)供冷，冷凍供回水為7℃／15℃大溫差。

（4）鍋爐保障熱源：

燃氣鍋爐是生活熱水與空調(diào)暖氣的熱源保障。其中，熱水供水循環(huán)系統(tǒng)采用板式熱交換器對熱水儲水罐循環(huán)、熱水儲水罐對供水系統(tǒng)循環(huán)的雙手環(huán)系統(tǒng)，保持水壓、供水量與水溫的穩(wěn)定，確保供水質(zhì)量，如圖1?？照{(diào)暖氣供水系統(tǒng)亦由板式熱交換器實現(xiàn)管網(wǎng)循環(huán)供暖。

（5）應(yīng)用水水熱泵：

結(jié)合冷凍供回水7℃／15℃大溫差冷水機組，配備高效能的水水熱泵，作為項目生活熱水的首先熱源，減少鍋爐蒸汽用量：可向生活熱水提供60℃熱水，同時免費向空調(diào)冷凍水系統(tǒng)提供7℃的冷水，提高空調(diào)主系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

1.2 系統(tǒng)組合

該項目的空調(diào)供冷、供暖與生活熱水等專業(yè)系統(tǒng)如圖1。

（1）供冷：

主要由冷水機組及其管網(wǎng)構(gòu)成集中式空調(diào)系統(tǒng)，向用戶提供7℃／15℃大溫差冷凍水源，再經(jīng)風(fēng)柜或風(fēng)機盤管換熱制冷。同時，四季經(jīng)常性啟用的水水熱泵亦提供相應(yīng)溫差冷凍水至空調(diào)冷凍管網(wǎng)，以此減少過渡性季節(jié)或空調(diào)小負荷時的冷水機組的頻繁啟動。

（2）供暖：

由鍋爐提供蒸汽，經(jīng)板換換熱成低溫空調(diào)熱水，向用戶提供暖氣熱水源，再經(jīng)風(fēng)柜或風(fēng)機盤管換熱供暖。

（3）熱水：

以水水熱泵和鍋爐蒸汽為主要熱源的蓄熱式生活熱水供應(yīng)，并以熱泵運行模式優(yōu)先。由熱泵直接提供59℃熱水；當(dāng)熱泵無法提供59℃熱水時，啟動鍋爐蒸汽加熱設(shè)施，引蒸汽至汽－水板式熱交換器，將罐內(nèi)存水加熱至60℃后供至用戶端。

圖1 供冷、供暖與熱水系統(tǒng)組合圖

圖2 熱泵與蒸汽雙熱源生活熱水系統(tǒng)

圖3 熱泵子系統(tǒng)圖

2 熱回收系統(tǒng)

項目的水水熱泵和鍋爐蒸汽雙熱源的蓄熱式生活熱水系統(tǒng)，是以熱泵運行模式優(yōu)先；并采用串聯(lián)式罐分級蓄熱技術(shù)穩(wěn)定水源溫度，提高系統(tǒng)蓄熱能力與效率。系統(tǒng)以熱泵運行模式優(yōu)先，在空調(diào)小冷負荷時，能有效減少空調(diào)冷水機組頻繁啟停次數(shù)，最大可能實現(xiàn)冷水機組在高效率區(qū)運行，提高空調(diào)系統(tǒng)能耗比。

2.1 單元結(jié)構(gòu)

（1）雙熱源：

雙熱源生活熱水系統(tǒng)：以熱泵運行模式優(yōu)先；熱泵一次能耗為系統(tǒng)提供60℃熱水，又直接提供7℃冷凍水至集中式空調(diào)冷凍管網(wǎng)；如圖2。

如圖2：系統(tǒng)由水水熱泵、空調(diào)熱回收及生活熱水換熱等三個子系統(tǒng)構(gòu)成；前二者子系統(tǒng)則可組對供熱，而生活熱水換熱系統(tǒng)可獨立供熱，兩者可互為備用。

（2）熱泵子系統(tǒng)：

水水熱泵運行產(chǎn)生的熱水經(jīng)循環(huán)泵供應(yīng)至串聯(lián)式儲熱罐群；儲熱水罐分5級，從高溫到低溫依次編號為1～5＃；產(chǎn)生的7℃冷水則接至集中式空調(diào)冷凍水系統(tǒng)的分水器，再供應(yīng)至末端空調(diào)器。如圖3。

（3）空調(diào)熱回收子系統(tǒng)：

來自水水熱泵儲熱水罐的熱水進入空調(diào)熱回收子系統(tǒng)的水水板換，將熱量傳遞給來自1＃換熱罐的常溫水，后依次進入4～2＃立式換熱水罐，溫度依次從高到低。

圖4 空調(diào)熱回收子系統(tǒng)圖

熱回收模式下，4＃罐熱水最先達到設(shè)計溫度59℃，后依次為3＃罐、2＃罐及1＃罐；經(jīng)過蓄熱時間段，上述罐內(nèi)的水均加熱到59℃。如圖4。

（4）生活熱水換熱子系統(tǒng)

當(dāng)系統(tǒng)需要熱水時，有以下兩種情況：

1）由熱回收子系統(tǒng)直接提供59℃熱水，即：熱回收子系統(tǒng)供應(yīng)的熱水經(jīng)生活熱水換熱子系統(tǒng)中的熱水罐，再供水至用戶端。

2）當(dāng)熱回收子系統(tǒng)無法提供59℃熱水時，啟動生活熱水換熱子系統(tǒng)的加熱設(shè)施，引143℃蒸汽至汽水板式熱交換器，將罐內(nèi)存水加熱至60℃后供至用戶端。如圖5。

圖5 生活熱水換熱子系統(tǒng)圖

2.2 蓄熱控制

（1）分級式儲熱：

如圖3、4：熱泵與空調(diào)熱回收子系統(tǒng)的儲水罐為串聯(lián)分級式儲熱或換熱，罐體為普通承壓儲水罐；幾個罐內(nèi)水的溫度由高到低排列，且保持一定溫差。將熱量儲存區(qū)分成幾個優(yōu)先級，并優(yōu)先集中加熱級別最高的蓄熱罐，可在較短時間內(nèi)將一級水罐水溫達到可使用溫度；能優(yōu)先及時供應(yīng)，設(shè)備高效運行。

蓄熱時，高溫?zé)崴晒揄斶M入，罐底接引下一級罐頂；依次類推，最后從最低溫的罐底回水循環(huán)。

供熱時，從高溫罐頂部引出熱水，從最低溫水罐底部回水。

熱泵與空調(diào)熱回收子系統(tǒng)可組對供熱；此時，有以下三種情形：

1）若回水泵與循環(huán)水泵流量相等，則熱水基本在高溫罐進出平衡。

2）若用水量減少，四罐間水流蓄熱，水溫漸升至59℃。

3）若用水量大于循環(huán)泵流量，則高溫罐頂?shù)乃夤?，低級蓄熱罐補充，供水溫度逐步降低。

（2）平級式蓄熱：

如圖5：生活熱水換熱子系統(tǒng)的儲水罐為并聯(lián)平級式蓄熱，罐體亦為普通承壓儲水罐；若干個灌間的水溫基本一致。蓄熱時，罐內(nèi)熱水處于自然對流狀態(tài)，依上下層水間的溫差產(chǎn)生對流進行熱交換。

（3）熱源切換：

經(jīng)加熱后的熱水進入生活熱水換熱子系統(tǒng)的熱水罐。

當(dāng)熱水罐水溫達到59℃時，水溫傳感器將信息傳送至控制柜，再控制關(guān)閉蒸汽電動閥；停止供汽加熱。

當(dāng)熱水罐水溫下降至55℃時，水溫傳感器將信息傳送至控制柜，再控制打開蒸汽電動閥；啟用供汽加熱。如圖6。

3 施工布置

熱水系統(tǒng)分成高區(qū)客房、中區(qū)客房、低區(qū)客房及廚房等四區(qū)域供應(yīng)，空調(diào)熱回收及生活熱水換熱子系統(tǒng)亦按此四區(qū)域設(shè)置設(shè)備及儲熱罐。

3.1 設(shè)備參數(shù)

空調(diào)熱回收系統(tǒng)主要由熱泵、板式換熱器、儲熱罐、水泵及管路等組成，具體如表1：

圖6 熱源切換控制圖

表1 生活熱水各子系統(tǒng)設(shè)備參數(shù)表

3.2 深化設(shè)計

按系統(tǒng)分布：高區(qū)客房區(qū)的生活熱水換熱子系統(tǒng)的3個熱水罐設(shè)于27夾設(shè)備層；每個熱水罐規(guī)格?1500×3500（H）、容量5 m3，立式，而設(shè)備層凈空約1.8米，安裝空間無法滿足。為此，需結(jié)合現(xiàn)場空間及運輸條件作深化設(shè)計；經(jīng)深化，改為臥式罐?1100×1400，容量2 m3，共8個。

3.3 管路布置

項目為改造工程，塔樓客房管井和隱蔽管路空間狹窄且管路復(fù)雜，支管施工難度大。考慮到立管至客房用水點水平管路較短，熱水發(fā)生時間可控，故客房支路管路采用立管循環(huán)方式。實踐證明，熱水發(fā)生時間滿足了使用要求。

3.4 施工安排

儲水罐體為SUS304、δ3mm不銹鋼焊接，水罐外形美觀、外表光澤，不允許有凹痕、裂紋與疵點，密封嚴實，不得有滲漏現(xiàn)象。采用 δ50mm、48K玻璃棉外敷保溫，外殼裝配δ0.6mm壓花鋁板作保護層。

水罐配備安全閥，可實現(xiàn)超壓自動泄壓保護。

受27夾設(shè)備層場地空間所限，部分熱水罐無法整罐進場，需散件進場后拼接、焊接及試驗等；其余整罐進場。

4 調(diào)試分析

4.1 儲熱罐溫度場

熱泵子系統(tǒng)的五個串聯(lián)式儲熱罐屬典型的分級式蓄熱設(shè)備；儲熱罐上、中、下三個部位設(shè)置溫度傳感器，讀數(shù)經(jīng)數(shù)據(jù)傳回計量中心。調(diào)試測量如表2。

表2 2016全年每月15日21∶00熱泵儲熱罐上中下溫度表 單位 （℃）

圖7 2016年全年典型季度日熱泵子系統(tǒng)罐區(qū)溫度變化圖

由表2、圖7知：

全年熱泵子系統(tǒng)運行正常。1～5＃罐各罐的上、中、下三區(qū)的灌內(nèi)水溫分層明顯，高溫水處于水罐上部、低溫水處于底部；從低級罐至高級罐的溫升正常，能滿足使用要求。

圖8 2016年全年典型季度日熱泵子系統(tǒng)溫度變化圖

表3 2016全年典型日21：00熱泵儲熱供回水等溫度數(shù)據(jù)表 （℃）

因罐內(nèi)上層始終保持高溫水，保障了用水溫度；即使在用水需求量較大時，水溫也能保持較高品質(zhì)。

4.2 熱泵子系統(tǒng)供回水溫度

客房是項目的主要營業(yè)項目；按項目的生活熱水系統(tǒng)使用特點，每天20：00～22：00為客房熱水使用高峰期。以全年每月15日21：00記錄熱泵子系統(tǒng)供回水溫等。

由表3、圖8知：

全年熱泵子系統(tǒng)供熱與供冷正常：從5＃到1＃儲熱罐溫度由低到高，供水至空調(diào)熱回收系統(tǒng)水溫穩(wěn)定，保證了熱水生活系統(tǒng)的正常運行與高效性。

5 小結(jié)

工程交付使用兩年來，此水水熱泵和鍋爐蒸汽為主要熱源的雙熱源生活熱水系統(tǒng)正常運行。

該項目為2014年國家住房城鄉(xiāng)建設(shè)部綠色建筑科技示范工程，且項目的空調(diào)主機房年度COP要求不小于5.400；經(jīng)過統(tǒng)計，此項目2016年全年COP為6.014、2017年全年 COP為5.872，均滿足了工程要求。

此空調(diào)熱回收系統(tǒng)，既提供穩(wěn)定的冷量，又減少小冷負荷時冷水機組的頻繁啟動，為實現(xiàn)項目的節(jié)能高要求做出了貢獻。

參考文獻：

［1］譚海陽，屈國倫，黃偉，等.供冷供暖供生活熱水蒸發(fā)式冷凝空調(diào)系統(tǒng)的應(yīng)用 ［J］.暖通空調(diào)，2012，42（6）：7－10