珠海慶華國際大酒店水—水熱泵機組應用分析

黃忠理,張小力,陳 剛,李志國,陳定偉,杜 銳

(1.珠海市開理空調有限公司,廣東珠海,519000;2.上海本家空調系統有限公司,上海,200433;3.珠海慶華國際大酒店,廣東珠海,519000;4.開利空調銷售服務(上海)有限公司,上海,200001)

1 引言

星級賓館既需要空調冷凍水,又需要生活熱水,能否使用一套設備在提供標準的空調冷凍水的同時又能提供符合要求的生活熱水?亞熱帶地區的高檔酒店夏季需要空調,冬季需要采暖,能否使用一套設備夏季提供空調冷氣冬季又能提供采暖暖氣?

珠海慶華國際大酒店采用水—水熱泵機組實現了上述一套設備在提供7℃空調冷凍水的同時又提供60℃生活熱水的設想;同樣采用水—水熱泵機組實現了一套設備夏季提供冷氣冬季提供暖氣的設想;水—水泵機組的可靠運行為酒店節能、節省投資費用、降低運行成本起到很好的作用。

2 酒店概況

珠海慶華國際大酒店地處亞熱帶的珠海市情侶路,是一個超五星級標準的豪華酒店。酒店總建筑面積26440m2,樓高47.3m,地上10層,地下1層。共設190套客房,并附設大堂、中西日本餐廳、商店、大小會議室、多功能會議廳、乒乓球室、桌球室、健身場所、卡拉OK廳、茶吧、娛樂場所、游泳池、網球場等配套設施。

珠海慶華國際大酒店主要接待商務會議、高層次的旅游度假團隊。因此,酒店不僅需要提供熱情周到的接待服務,而且還需要提供高檔的酒店硬件服務。必須有舒適的空調環境,夏天送冷氣,冬天送暖氣;生活熱水一年四季、365天每天24小時供應到位。

3 空調冷熱負荷

3.1 空調設計氣象參數

(1)夏季室外氣象參數:

空調室外計算干球溫度twg:33.5℃;

濕球溫度tws:27.7℃;

室外大氣壓力Px:100.45kPa;

室外風速V:1.8m/s。

(2)冬季室外氣象參數:

空調室外計算干球溫度twg:5℃;

相對濕度 Φws:70%;

室外大氣壓力Px:101.95kPa;

室外風速V:2.4m/s。

3.2 酒店空調數據

(1)酒店建筑總面積:26440m2;

(2)酒店客房:190套;

(3)酒店空調面積:19000m2;

(4)酒店空調總冷負荷:2980kW;

(5)酒店采暖總熱負荷:873kW。

4 生活熱水需求量

(1)酒店熱水使用人數:

客房300人,其中30人需桑拿不用客房熱水,按270人計算;

桑拿80人;

服務員180人,其中50人輪休,按130人計算;

合計酒店熱水使用人數480人。

(2)酒店生活熱水需求量:

每人日平均用水量:0.15m3;

日生活熱水總用量:480×0.15=72m3;

洗衣等其它生活熱水用量13.5m3/d;

酒店生活熱水總需求量:72+13.5=85.5m3/d。

(3)酒店生活熱水高峰用量:

1)酒店客人高峰用水量:270×0.15=40.5m3;

日用熱水高峰次數3次,

每次平均持續時間2h,

日高峰時用水量:40.5÷ (3×2)=6.75m3/h;

2)桑拿中心熱水需要量:

溫泉客人用水量:80×0.15=12m3;

每天平均用水時間4h,

平均每小時用水量:12÷4=3m3;

3)員工熱水需要量:

員工日用水量:130×0.15=19.5m3;

平均每天用熱水時間3h,

平均每小時用水量:19.5÷3=6.5m3/h;

4)酒店生活熱水每小時最大用量:

6.75+3+6.5=16.25m3/h

(4)設計熱水生產量

根據酒店生活熱水每小時最大用量16.25m3/h,考慮到同期系數,確定設計熱水生產量為12.6m3/h。

依據國家規范:供熱水能力小于每小時最大耗熱水量時,應配置熱水箱容積不小于每小時最大耗熱水量的1.3倍。因此需要配套設置一個22m3的生活熱水蓄熱水箱。

(5)熱水系統熱量計算:

自來水夏季供水溫度 25℃,生活熱水溫度60℃,熱水生產量11.8m3/h。

生產熱水系統總熱量=11.8×1000×(60-25)=413000kcal/h=480kW。

5 生活熱水系統方案

5.1 生活熱水系統制熱設備選用

珠海慶華國際大酒店選用一臺30HXC130A(HP2)螺桿式水—水熱泵機組作為酒店生活熱水系統的制熱設備,在為中央空調系統提供7℃冷凍水的同時,又為酒店生活熱水系統提供60℃的生活用水。

該機組制熱量481kM,夏季提供生活熱水,以自來水夏季供水溫度25℃計算,產水量每小時11.8m3,按酒店生活熱水量為85.5m3/d計算,該機組每天只要運行7.25小時就可以滿足需求。

冬季自來水供水溫度按15℃計算,產水量每小時9.2m3,該機組只要工作9.29小時就可以滿足需求。該機組采用雙制冷回路,如果其中一個回路發生故障,另一個回路正常工作也可以滿足酒店每天的生活熱水需求。

5.2 水—水熱泵機組 (熱水系統)水系統流程

水—水熱泵機組 (熱水系統)水系統原理圖見圖1。

圖1 水—水熱泵機組 (熱水系統)水系統原理圖

(1)夏季既供熱水又供冷水時的流程:關閉圖1中冷凝器冷卻水連接冷卻塔的閥門C、D、I,關閉蒸發器冷水連接冷卻塔的閥門E、F;開啟板式熱交換器進出閥門A、B,機組進行全熱回收,供應熱水;同時,開啟蒸發器冷水連接各樓層末端設備的閥門G、H,向末端設備供冷水。

(2)夏季不供熱水只供冷水的流程:開啟圖1中冷凝器冷卻水連接冷卻塔的閥門C、D、I,關閉蒸發器冷水連接冷卻塔的閥門E、F;關閉板式熱交換器進出閥門A、B;同時,開啟蒸發器冷水連接各樓層末端設備的閥門G、H,向末端設備供冷水。

(3)機組在冬季室外溫度高于10℃只供熱水的流程:關閉圖1中冷凝器冷卻水連接冷卻塔的閥門C、D、I,開啟板式熱交換器進出閥門A、B,機組進行全熱回收,供應熱水;同時,開啟蒸發器冷水連通冷卻塔的閥門E、F,關閉冷水連接各樓層末端設備的閥門G、H。

(4)機組冬季室外溫度低于10℃只供熱水的流程:在以上第3條流程的基礎上,關閉閥門I,開啟輔助電加熱回路閥門J、K進行電加熱。

6 水—水熱泵機組生活熱水系統優點分析

6.1 降低初投資費用分析

采用水—水熱泵機組一機兩用,既提供空調冷凍水又提供生活熱水的方案,取消熱水鍋爐及配套設備,節省了鍋爐、油罐等設備的初投資約24萬元。

6.2 節能分析

30HXC130A(HP2)水—水泵機組一機兩用時,制冷量與制熱量總和達到820 kW,耗功149 kW,制冷制熱總能耗比COP值達到5.5。如果制冷COP按照5.0計算的話,提供生活熱水的制熱COP值則達到6.1。

顯然采用水—水熱泵機組在提供標準空調冷凍水的同時提供生活熱水是一種高效節能的方案,比較電熱水設備可以節約五分之四以上的耗電量,比較熱水鍋爐同樣可以節省大量的運行費用。

6.3 酒店的實際運行成本的分析

珠海慶華國際大酒店采用水—水熱泵機組提供生活熱水的系統后,年運行生活熱水費用為19.9萬元,全年平均制熱水費用為7.6元/噸,與鍋爐系統比較,每年節省運行費用41.24萬元。

7 空調采暖系統方案

7.1 空調系統制冷設備選用

珠海慶華國際大酒店空調總冷負荷為2980kW,選用三臺冷水機組作為空調系統夏季提供冷氣的制冷設備:

一臺 30HXC400A冷水機組,額定制冷量1392kW,額定輸入功率279kW,能耗比COP值4.93。

一臺30HXC400A(HP2)水—水熱泵機組,額定制冷量1312kW,額定制冷輸入功率266kW,能耗比COP值4.93。

一臺30HXC130A(HP2)水—水熱泵機組,額定制冷量448kW,額定制冷輸入功率101kW,能耗比COP值4.44。

三臺冷水機組總額定制冷量為3152kW,可以滿足酒店空調總冷負荷2980kW的需要。

7.2 采暖系統制熱設備選用

珠海慶華國際大酒店采暖總熱負荷為873kW,由空調系統制冷設備中的一臺30HXC400A(HP2)水—水熱泵機組在冬季兼作為制熱設備。

30HXC400(HP2)水—水熱泵機組額定制熱量為1548kW,額定制熱輸入功率429kW,能耗比為3.61kW/kW。該機的制熱量可以滿足酒店采暖總熱負荷873kW的需要。

7.3 水—水熱泵機組 (采暖系統)水系統流程

水—水熱泵機組 (采暖系統)水系統原理圖見圖2。

圖2 水—水熱泵機組 (采暖系統)水系統原理圖

(1)夏季供冷的流程:開啟圖2中冷凝器冷卻水連接冷卻塔的閥門 B、C、I,關閉閥門A、D;開啟蒸發器冷水連接各樓層末端設備的閥門F、G,向末端設備供冷水,關閉閥門E、H。

(2)冬季采暖 (室外溫度高于 10℃)的流程:關閉冷凝器冷卻水連接冷卻塔的閥門B、C,開啟閥門A、D,向末端設備供熱水;關閉蒸發器冷水管閥門F、G,開啟閥門E、H、I。

(3)冬季采暖 (室外溫度低于 10℃)的流程:在以上第3條流程的基礎上,關閉閥門I,開啟輔助電加熱回路閥門J、K進行電加熱。

8 水—水熱泵機組冬季采暖的應用分析

8.1 降低初投資費用分析

采用水—水熱泵機組夏季送冷冬季采暖的方案,與采用水冷冷水機組夏季送冷加風冷熱泵機組冬季采暖的方案比較,節省了風冷熱泵機組及配套設備、管道的初投資費用約130萬元。

8.2 節能分析

30HXC400A(HP2)水—水熱泵機組,冬季采暖時使用的能耗比COP值為3.608kW/kW,風冷熱泵機組冬季采暖時使用的能耗比COP值一般低于3.0kW/kW。兩者相比,采用水—水熱泵機組冬季采暖比較采用風冷熱泵機組冬季采暖明顯節能,運行耗電量可以節省20%。

8.3 實際應用效果分析

珠海慶華國際大酒店采用水—水熱泵機組冬季采暖從2007年開業至今已經運行3年,系統均能正常穩定工作,在2008年初低溫冰凍期間,冷卻塔循環水的輔助電加熱器啟動使用,確保采暖系統正常使用。

根據珠海市氣象服務中心提供的氣象資料,珠海市沒有出現過低于0℃的氣溫,歷史極端最低氣溫為2.5℃,出現在1976年12月29日。2006年日平均氣溫低于15℃的天數為27天,低于10℃的天數為3天;2007年日平均氣溫低于15℃的天數為24天,沒有低于10℃的天數;2008年日平均氣溫低于15℃的天數為41天,低于10℃的天數為16天。

氣象資料說明,地處亞熱帶區域的珠海市冬季采暖的天數約為一個月,而且氣溫基本上高于10℃。因此,冬季采用水—水熱泵機組采暖,利用冷卻塔吸收室外空氣中的低位熱能,經熱泵機組送至高位熱能的采暖場所是完全可行的。珠海慶華國際大酒店三年來正常運行的實例也證實了這一點。

9 結語

珠海慶華國際大酒店采用水—水熱泵機組在提供7℃空調冷凍水的同時又提供60℃生活用水,一機兩用,是高效節能的實例。

同時,該酒店三年來成功地采用水—水熱泵機組冬季采暖,為亞熱帶區域的采暖建筑提供了一個極有價值的方案樣板。類似的水—水熱泵機組冬季采暖的系統,在廣州市海珠區國稅局大樓已運行多年,在廣州南方報社傳媒大廈也已安裝完畢即將投入使用。

10 參考文獻

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