鄭州某超高層酒店生活熱水系統(tǒng)改造案例分析

任天宇

上海東方低碳科技產(chǎn)業(yè)股份有限公司

0 引言

目前，熱水能耗在建筑能耗中所占的比例日益越加，建筑熱水系統(tǒng)節(jié)能日益受到大家的重視[1-3]。酒店、醫(yī)院等建筑均有生活熱水需求，且其熱水量較大，制取熱水所需的能源消耗也較大[4]。目前制取生活熱水一般通過(guò)燃?xì)忮仩t完成，雖然其出水溫度穩(wěn)定且滿足建筑內(nèi)生活熱水溫度需求（建筑內(nèi)生活熱水溫度一般為55 ℃～60 ℃），但其能源利用率小于1[5，6]。

熱泵是一種充分利用低品位熱能的高效節(jié)能裝置[7]。熱泵的工作原理是以逆循環(huán)方式迫使熱量從低溫物體流向高溫物體的機(jī)械裝置，它僅消耗少量的逆循環(huán)凈功，即可得到較大的供熱量，可以將難以應(yīng)用的低品位熱能有效地利用起來(lái)以達(dá)到節(jié)能目的[8]。以鄭州某超高層酒店熱水系統(tǒng)改造為典型案例（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“酒店”），為既有公共建筑熱水系統(tǒng)節(jié)能改造工作提供一定的借鑒。本文所指的空氣源熱泵熱水器的低品位熱源為室外空氣或洗衣房高溫環(huán)境，水水熱泵的低品位熱源為空調(diào)冷凍水系統(tǒng)。

1 項(xiàng)目概況

該工程位于鄭州市的五星級(jí)酒店，酒店于2006年投入使用。酒店總建筑面積約8 萬(wàn)㎡，建筑高度245 m，地上59 層，地下3 層。酒店2019 年平均入住率約86.4%。酒店各樓層功能分布見(jiàn)表1。

表1 酒店各樓層功能性分布表

酒店采用2 臺(tái)蒸汽鍋爐（一用一備）作為熱源，鍋爐房供氣壓力為0.8 MPa。酒店鍋爐房分三路供汽至塔樓及裙房（洗衣房、酒店低區(qū)及高區(qū)的采暖，生活熱水），還有一路直接供至B1 暖通熱交機(jī)房（酒店地下部分及裙房的采暖）。酒店熱源設(shè)備性能參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 酒店熱源設(shè)備參數(shù)

2 鍋爐系統(tǒng)能耗分析

酒店燃?xì)庵饕糜趶N房及蒸汽鍋爐，據(jù)統(tǒng)計(jì)酒店2019 年鍋爐燃?xì)夂牧繛?41 662 m3，折合標(biāo)煤1 223 tce。蒸汽鍋爐主要供應(yīng)洗衣房、生活熱水及采暖。對(duì)酒店鍋爐燃?xì)夂牧窟M(jìn)行拆分統(tǒng)計(jì)，鍋爐燃?xì)饽茉戳飨蛞?jiàn)圖1。

圖1 鍋爐燃?xì)饽茉戳飨?/p>

由圖1可知，生活熱水耗氣量為455 943 m3，占鍋爐總耗氣量的48.4%。其中，裙房（B3-4F）熱水耗氣量155 236 m3，泳池加熱耗氣量73 785 m3，客房中低區(qū)（37F-50F）熱水耗氣量151 281 m3，客房高區(qū)（51F-59F）熱水耗氣量75 640 m3。本次改造的重點(diǎn)為酒店生活熱水系統(tǒng)部分。

3 熱水系統(tǒng)改造方案

3.1 新增洗衣房熱回收熱泵系統(tǒng)

改造前，洗衣房熱水由蒸汽鍋爐供蒸汽至B3容積式熱水換熱罐提供生活熱水，同時(shí)夏季洗衣房?jī)?nèi)工作環(huán)境溫度偏高。通過(guò)改造，在洗衣房新增1臺(tái)制熱量為38 kW的空氣源熱泵提供洗衣房用生活熱水，優(yōu)化換熱罐系統(tǒng)，將換熱罐串聯(lián)使用，分設(shè)低溫及高溫?fù)Q熱罐，有效降低水溫波動(dòng)，增加閥門(mén)可隨時(shí)切換到原系統(tǒng)，方便檢修。同時(shí)，空氣源熱泵為洗衣房區(qū)域提供冷風(fēng)，解決洗衣房溫度較高的問(wèn)題。洗衣房熱水系統(tǒng)改造示意圖見(jiàn)圖2，洗衣房熱水系統(tǒng)改造主要設(shè)備材料見(jiàn)表3。

圖2 洗衣房熱水系統(tǒng)改造示意圖

此次改造，洗衣房熱泵系統(tǒng)年節(jié)氣量11 487 m3，年耗電量20 832 kWh。統(tǒng)計(jì)計(jì)算見(jiàn)表4。

3.2 裙房區(qū)生活熱水及泳池加熱系統(tǒng)改造

酒店裙房區(qū)生活熱水原熱源由蒸汽鍋爐供蒸汽至B3 容積式熱水換熱罐提供生活熱水，泳池加熱熱源由蒸汽鍋爐蒸汽板換熱提供，現(xiàn)方案將新增1 臺(tái)制熱量255 kW 的水水熱泵提供裙房區(qū)生活熱水及泳池/按摩池加溫需求；同時(shí)對(duì)原蒸汽冷凝水回收系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，蒸汽冷凝水通過(guò)板換熱提供裙房區(qū)部分熱水熱量；水水熱泵蒸發(fā)側(cè)接冷凍水回水管，提供裙房區(qū)冷空調(diào)。裙房生活熱水及泳池加溫系統(tǒng)改造示意圖見(jiàn)圖3[9]，裙房生活熱水及泳池加溫系統(tǒng)改造主要設(shè)備材料表見(jiàn)表5。

此次改造，裙房及泳池加溫系統(tǒng)年節(jié)氣量174 027 m3，年耗電量176 996 kWh（見(jiàn)表6）。

3.3 水水熱泵系統(tǒng)提供客房中區(qū)/低區(qū)生活熱水

酒店中區(qū)/低區(qū)客房熱水的原熱源由蒸汽鍋爐供蒸汽至36F 容積式熱水換熱罐提供生活熱水，現(xiàn)方案將新增2 臺(tái)制熱量為180 kW 的水水熱泵提供客房高區(qū)生活熱水，優(yōu)化換熱罐系統(tǒng)，將換熱罐串聯(lián)使用，分設(shè)低溫及高溫?fù)Q熱罐，有效降低水溫波動(dòng)，增加閥門(mén)可隨時(shí)切換到原系統(tǒng)，方便檢修；水水熱泵蒸發(fā)側(cè)接客房冷凍水回水管，提供客房區(qū)冷空調(diào)。水水熱泵[10]提供客房中低區(qū)熱水示意圖見(jiàn)圖4，水水熱泵提供客房中低區(qū)熱水主要設(shè)備材料見(jiàn)表7。

表3 洗衣房熱水系統(tǒng)改造主要設(shè)備材料表

表4 洗衣房熱泵系統(tǒng)計(jì)算表

圖3 裙房生活熱水及泳池加溫系統(tǒng)改造示意圖

表5 裙房生活熱水及泳池加溫系統(tǒng)改造主要設(shè)備材料表

表6 裙房生活熱水及泳池加溫系統(tǒng)計(jì)算表

表7 水水熱泵提供客房中低區(qū)熱水主要設(shè)備材料表

圖4 水水熱泵提供客房中低區(qū)熱水示意圖

通過(guò)此次改造，水水熱泵提供客房中低區(qū)系統(tǒng)年氣量121 025 m3，年耗電量130 782 kWh。詳細(xì)計(jì)算過(guò)程見(jiàn)表8。

3.4 風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)提供客房高區(qū)生活熱水

酒店高區(qū)客房熱水原熱源由蒸汽鍋爐供蒸汽至56F 容積式熱水換熱罐提供生活熱水，現(xiàn)方案將新增5 臺(tái)制熱量41 kW 空氣源熱泵提供客房高區(qū)生活熱水。客房高區(qū)熱水系統(tǒng)改造示意圖見(jiàn)圖5，客房高區(qū)熱水系統(tǒng)改造主要設(shè)備材料見(jiàn)表9。

圖5 風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)提供客房高區(qū)生活熱水示意圖

表8 水水熱泵提供客房中低區(qū)熱水計(jì)算表

表9 風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)提供客房高區(qū)生活熱水主要設(shè)備材料表

此次改造，風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)提供客房高區(qū)生活熱水節(jié)氣量60 512 m3，年耗電量103 896 kWh 見(jiàn)表10。

4 節(jié)能效果

經(jīng)過(guò)對(duì)酒店生活熱水系統(tǒng)整體改造后，節(jié)能量匯總見(jiàn)表11。

實(shí)施上述熱水系統(tǒng)改造后，每年增加電力消耗量432 506 kWh，每年節(jié)約燃?xì)庀牧?67 051 m3，年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤約347 t。

5 結(jié)論

分析了鄭州某超高層酒店生活熱水系統(tǒng)改造的案例，對(duì)生活熱水改造系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)的系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)配置及節(jié)能分析計(jì)算。超高層建筑用能有其獨(dú)特的之處，改造工程必須在充分熟悉原有建筑用能系統(tǒng)及設(shè)備使用情況的基礎(chǔ)上，對(duì)建筑進(jìn)行深入的踏勘、分析，并通過(guò)能源流向分析拆分各用能系統(tǒng)能耗，針對(duì)存在能源浪費(fèi)或節(jié)能潛力的點(diǎn)提出可行性的節(jié)能改造方案。

表10 風(fēng)冷熱泵系統(tǒng)提供客房高區(qū)生活熱水計(jì)算表

表11 熱水系統(tǒng)改造節(jié)能量匯總

超高層蒸汽輸配系統(tǒng)熱損失較大，針對(duì)此類(lèi)設(shè)計(jì)改造建議分區(qū)改造設(shè)計(jì)。考慮熱水系統(tǒng)的冷熱同源問(wèn)題，不同熱水分區(qū)單獨(dú)進(jìn)行熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)，避免冷熱不同源造成串水現(xiàn)象。針對(duì)鄭州某超高層酒店熱水系統(tǒng)進(jìn)行分區(qū)改造設(shè)計(jì)后，鍋爐系統(tǒng)整體節(jié)能率為28.4%。