地表水源熱泵技術(shù)在千島湖某酒店熱水系統(tǒng)中的運(yùn)用

0 引言

近年來(lái)，伴隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展及人們生活水平的提高，酒店建筑如雨后春筍般在全國(guó)各地拔地而起。在浙江千島湖地區(qū)，借助著度假旅游資源開(kāi)發(fā)的春風(fēng)，各類型的酒店建筑沿湖而建。為了減少環(huán)境污染、維持生態(tài)資源的可持續(xù)利用，水源熱泵系統(tǒng)以高效節(jié)能、環(huán)保清潔能源的特點(diǎn)在該地區(qū)的酒店建筑中得到了廣泛的運(yùn)用。下面就利用筆者設(shè)計(jì)的千島湖皇冠假日酒店為實(shí)際案例，介紹一下水源熱泵技術(shù)在該酒店熱水系統(tǒng)中的運(yùn)用。

1 工程概況

千島湖皇冠假日酒店為五星級(jí)國(guó)際酒店，位于新安江水電站西側(cè)濱湖狹長(zhǎng)地塊。工程總建筑面積49747.83平方米，其中地上35732.24平方米,地下14015.59平方米。設(shè)計(jì)地上建筑9層，局部10層，1層設(shè)備轉(zhuǎn)換層，地下建筑2層。地上建筑1、2層為門(mén)廳、會(huì)議、健身娛樂(lè)及餐飲用房，3～9層為客房,地下1層主要功能為機(jī)動(dòng)車庫(kù)、設(shè)備用房以及內(nèi)部辦公用房。地下二層為設(shè)備用房。

2 水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 水源熱泵設(shè)計(jì)要點(diǎn)

2.1.1 水量充足:采用地表水源時(shí)，必需有足夠的水面和一定深度的水體。

2.1.2 水溫適宜：（1）水源水溫對(duì)cop值有較大影響，不同水源溫度在不同出水溫度下的cop值及產(chǎn)熱量不同，詳見(jiàn)圖1、圖2所示。（2）水源熱泵的取水（即進(jìn)水）溫度宜≥9℃，低于此值時(shí)，熱泵相應(yīng)的cop值低，即相對(duì)耗熱量大，且機(jī)組的蒸發(fā)器內(nèi)易結(jié)露。

2.1.3 水質(zhì):水源的水質(zhì)與熱泵機(jī)組設(shè)備選型、配置有密切關(guān)系。因此，在確定選用水源熱泵制備生活熱水時(shí)除應(yīng)掌握上述的水量、水溫資料外，還應(yīng)掌握水源的水質(zhì)分析資料。

2.2 地表水源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)

地表水源熱泵系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是根據(jù)暖通專業(yè)提供的冬夏負(fù)荷及給排水提供的冬季負(fù)荷，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)湖水水量、水溫、水質(zhì)及實(shí)地狀況設(shè)計(jì)的一套比較完善的熱泵系統(tǒng)。建筑的空調(diào)夏季負(fù)荷為5266KW，冬季負(fù)荷為3219KW，給排水專業(yè)冬季負(fù)荷為1593KW。設(shè)計(jì)共選用熱泵主機(jī)四臺(tái)，其中滿液式水源熱泵機(jī)組選用二臺(tái)；滿液式高溫全熱回收水源熱泵機(jī)組選用二臺(tái)。水源熱泵機(jī)組提供空調(diào)采暖、制冷及全年的衛(wèi)生熱水。水源熱泵機(jī)組冷（熱）源水采用千島湖湖水。機(jī)組制冷工況時(shí)，蒸發(fā)器進(jìn)出水溫度：12/7℃，機(jī)組冷凝器進(jìn)出水溫度：18/29℃，機(jī)組制熱工況時(shí)，機(jī)組蒸發(fā)器進(jìn)出水溫度：10/5℃，冷凝器進(jìn)出水溫度：50/55℃（空調(diào)系統(tǒng)），衛(wèi)生熱水機(jī)組側(cè)進(jìn)出水溫度：60/65℃，最高出水溫度68℃。全熱回收機(jī)組提供水箱加熱，水溫由全熱回收機(jī)組控制。在滿負(fù)荷的情況下，該水源熱泵機(jī)組的預(yù)計(jì)cop值＞3。水源熱泵機(jī)組設(shè)于地下二層冷凍機(jī)房，熱泵機(jī)組系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖3。

2.3 水源熱泵取退水

水源熱泵取退水的合理設(shè)計(jì)是水源熱泵正常運(yùn)行的關(guān)鍵因素之一；根據(jù)工程特點(diǎn)和水源特點(diǎn)，本酒店建在千島湖旁，千島湖湖水充沛、水溫適宜、水質(zhì)好，因此采用從千島湖取退水。根據(jù)實(shí)地對(duì)泵站取水點(diǎn)的水樣檢測(cè)，水質(zhì)主要指標(biāo)數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。工程采用岸邊固定式取水頭部，具有構(gòu)筑簡(jiǎn)單、造價(jià)較低、施工方便的優(yōu)點(diǎn)。設(shè)計(jì)采用岸邊箱式直接取水，取自湖面以下20米的深層水，以保證取水量、水溫及水質(zhì)的安全可靠。

圖1 不同水源水溫度下的“機(jī)組”cop值

圖2 不同水源水溫度下的產(chǎn)熱量

圖3 水源熱泵系統(tǒng)原理圖

3 水源熱泵技術(shù)在生活熱水中的運(yùn)用

3.1 熱源選擇及熱量計(jì)算

本酒店設(shè)置有中央熱水供水系統(tǒng)，采用24小時(shí)供熱，機(jī)械循環(huán)。根據(jù)同地區(qū)類似酒店實(shí)際運(yùn)行的參數(shù)，水源熱泵正常制熱出水溫度可達(dá)60℃，因而設(shè)計(jì)采用水源熱泵熱水作為主要熱媒制備生活熱水。同時(shí)為了保證出水溫度及過(guò)渡季節(jié)的熱源穩(wěn)定，設(shè)計(jì)考慮采用蒸汽鍋爐提供的蒸汽作為輔助熱源。熱水系統(tǒng)設(shè)置承壓式儲(chǔ)水罐，系統(tǒng)冷水直接進(jìn)入熱水儲(chǔ)水罐，加熱儲(chǔ)水罐內(nèi)的水至55℃以上，再進(jìn)入容積式水加熱器（蒸汽換熱）加熱至60℃。當(dāng)水溫不低于系統(tǒng)的設(shè)計(jì)供水溫度（如60℃），說(shuō)明產(chǎn)水量足夠，無(wú)需輔助加熱；當(dāng)?shù)陀谠摐囟龋f(shuō)明產(chǎn)水量供不應(yīng)求，需要輔助加熱。酒店熱水系統(tǒng)的熱水耗熱量計(jì)算詳見(jiàn)表2、表3。

3.2 儲(chǔ)熱罐設(shè)計(jì)

熱水系統(tǒng)采用閉式系統(tǒng)，分區(qū)與冷水系統(tǒng)一致。分酒店客房高區(qū)、酒店低區(qū)和酒店公共后勤區(qū)三個(gè)分區(qū)。酒店客房低區(qū)與酒店公共后勤區(qū)冷水源同源，表3 酒店蒸汽鍋爐熱水耗熱量表但分設(shè)供水管路，作為不同的供水分區(qū)，確保客房區(qū)用熱水不受裙房的影響。每個(gè)分區(qū)設(shè)置獨(dú)立的儲(chǔ)水罐。根據(jù)《建筑給水排水設(shè)計(jì)規(guī)范》（2009版）第5.4.10條規(guī)定，水加熱器的儲(chǔ)熱量V≥90minQh,但由于酒店管理公司要求不得小于150分鐘的儲(chǔ)熱量，故儲(chǔ)水罐設(shè)計(jì)采用儲(chǔ)存150分鐘的小時(shí)耗熱量。根據(jù)計(jì)算得，酒店客房高區(qū)設(shè)置2臺(tái)14m3的儲(chǔ)水罐；酒店客房低區(qū)設(shè)置2臺(tái)3m3的儲(chǔ)水罐；酒店公共后勤區(qū)設(shè)置4臺(tái)8m3的儲(chǔ)水罐。酒店熱水機(jī)房系統(tǒng)原理圖見(jiàn)圖4：

3.3 板式換熱器及循環(huán)水泵

機(jī)組一次循環(huán)熱源側(cè)，高、低區(qū)儲(chǔ)熱罐熱交換分別設(shè)置板式換熱器。一次水循環(huán)水泵設(shè)置三組，二用一備，流量210m3/h，揚(yáng)程20m，功率18.5kw。熱水系統(tǒng)側(cè)根據(jù)酒店分區(qū)及用途分別設(shè)置供水管及回水泵。

3.4 酒店其它部位對(duì)水源熱泵熱源的利用

為了充分利用熱源，酒店其它部位（主要包括圖4 某酒店熱水機(jī)房系統(tǒng)原理圖洗衣機(jī)房、游泳池及SPA區(qū)室外溫泉）也均利用了水源熱泵熱源。SPA區(qū)室外溫泉平時(shí)運(yùn)行及初次加熱、室內(nèi)泳池的初次加熱均采用水源熱泵熱水作為熱媒制備。洗衣機(jī)房單獨(dú)設(shè)置換熱器罐組，包括2臺(tái)容積式水加熱器（共儲(chǔ)熱150分鐘）。其中一個(gè)作為預(yù)熱罐，采用水源熱泵熱水作為熱媒加熱洗衣機(jī)房熱水至50℃，另一個(gè)采用蒸汽鍋爐提供蒸汽加熱洗衣房熱水至60℃。

表1 取水泵站位置水質(zhì)主要指標(biāo)

4 小結(jié)

通過(guò)以上案例分析可以看出，與傳統(tǒng)燃油、燃?xì)狻⑷济簾崴仩t供熱的熱水系統(tǒng)相比較，水源熱泵系統(tǒng)不產(chǎn)生有害氣體，對(duì)水體也沒(méi)有污染。可很好的維護(hù)我們賴以生存的自然環(huán)境。另外，設(shè)計(jì)中的一次性投資也有相應(yīng)的降低，而且運(yùn)行中省去了主要的油、氣、煤等燃料費(fèi)用。經(jīng)過(guò)對(duì)實(shí)際運(yùn)行的同類酒店的調(diào)查問(wèn)訊得知，平時(shí)運(yùn)行費(fèi)用比傳統(tǒng)的熱水系統(tǒng)大概可以節(jié)約15%～20%。綜上所述，在一次性自然資源越來(lái)越匱乏的今天，水源熱泵系統(tǒng)這種可持續(xù)性利用資源的技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景。

圖4 某酒店熱水機(jī)房系統(tǒng)原理圖

表2 酒店水源熱泵熱水耗熱量表

表3 酒店蒸汽鍋爐熱水耗熱量表