某酒店熱回收冷水機組技術應用分析

孫婉香

廈門中建東北設計院有限公司（361000）

某酒店熱回收冷水機組技術應用分析

孫婉香

廈門中建東北設計院有限公司（361000）

對某酒店采用空調的冷凝熱以及熱回收技術進行探討，通過多個方案比選分析。最終分析結果顯示，采用這一技術無論是在經濟效益還是運行費用方面，都是可行的。希望能給同行參考借鑒。

酒店；熱回收；經濟性

1 工程概況

某酒店位于莆田市某道路交叉處，該項目定位為四星級大酒店，建筑總面積約為38 000 m2，地上部分面積29 000 m2，其功能為餐飲、客房、KTV等。酒店的冷源設計選的是3臺螺桿式冷水機組，單臺制冷量為1 336 kW,其中1臺選用帶顯熱回收型單冷凝器熱回收機組。該項目的熱源采用2臺燃氣熱水鍋爐，作為冬季空調及生活熱水的熱源。

由于業主方不同意熱回收機組所回收的熱水直接接入生活熱水管網，因此，該工程擬采用的方案為將經過冷凝器的循環水通過板式換熱器預熱生活熱水的補水，若出水水溫達不到55℃，則由燃氣熱水鍋爐通過容積式換熱器補充加熱。

2 水冷冷水機組熱回收模式

2.1 分體串聯模式

在壓縮機和冷凝器之間增加一個熱回收冷凝器。這種模式是顯熱回收，也稱部分熱回收。從壓縮機排出的高溫高壓制冷劑先通過熱回收冷凝器，經一次換熱后再進入常規冷凝器。熱回收冷凝器將部分熱量傳遞給生活熱水，其余的熱量則由常規冷凝器傳遞給冷卻水，再通過冷卻塔釋放到環境中。其特點是:1）熱回收率不太高，一般在8%～15%之間；2）熱回收溫度比較高，一般為55～60℃，同時對冷水機組運行效率影響較小，但回收率及回收的熱水溫度過高同樣會降低其性能系數COP；3）與常規機組相比，機器成本增加比較少。此類機型應用相對較少。

2.2 分體并聯模式

這種模式也稱全熱回收。從壓縮機排出的高溫高壓的制冷劑氣體，分別進出常規冷凝器或熱回收冷凝器。在常規冷凝器中，熱量傳遞給冷卻水，再通過冷卻塔釋放到環境中；在熱回收冷凝器中，熱量回收用于生活熱水供應。其特點是:熱回收率比較高，熱水回收溫度通常控制在55～60℃，但兩組冷凝器不能同時運行。夏季運行時可以做到不使用或使用很少的鍋爐熱量就能滿足生活熱水的供熱需要，但與常規機組相比，制冷機及系統的造價增加比較大。

2.3 單冷凝器模式

這種模式與分體并聯模式一樣，是潛熱回收或全熱回收。只設一個冷凝器，內有兩組并聯的冷卻水盤管,其中一組盤管可以將熱量傳遞給冷卻水，再通過冷卻塔釋放到環境中；另一組盤管可以將熱量回收用于生活熱水供應。其熱水回收溫度一般為37～60℃，熱回收率控制在10%～100%之間。若熱回收熱量使用不穩定,應在冷卻塔盤管側考慮100%的冷卻能力，以保證機組正常運行。該類型熱回收系統相對簡單，造價增加也相對較少。

3 該項目建議采用的熱回收方式

分體串聯模式的回收率較小，與該項目希望回收的熱量有較大差距，且目前該類機組的生產廠家相對較少；分體并聯模式機型的生產廠家也較少,不利于招標競爭；單冷凝器模式的機型為目前各生產廠家的通用產品，該項目的酒店管理公司已建成使用項目中也是采用這種模式，同時該系統及其控制相對簡單，故本次方案比選采用的是這種模式。調查表明，酒店在滿足空調負荷要求時，15%的熱回收量已足夠，同時以保證主機性能為前提，最后確定選用單冷凝器部分熱回收機組。

表1 幾種熱回收出水溫度下的參數比較

圖1 冷水機組熱回收系統圖

表2 YSEXEXS45CJE型螺桿式熱回收機組

設計熱回收的初衷是為了節約能源，那么就應關注熱回收所得熱水溫度對冷水機組性能的影響。由廠家提供的表1可知，冷卻水溫提高1℃大約會導致主機效率下降3%。所以，我們一定要在回收熱水溫度和主機效率之間做一個權衡。經過對比廠家提供的幾種熱回收出水溫度下的能耗，本次設計將理想回收水溫控制在45℃左右，再由燃氣鍋爐輔助加熱到55℃以滿足生活熱水要求。

不管是哪種方案，由于回收的熱量是用于預熱生活熱水,而這部分熱量的使用量是不穩定的，所以若要保持機組在熱回收工況穩定運行，需要設置蓄熱水箱，以儲存冷凝器輸出的熱水，在蓄熱水箱中使水溫逐步升高。該工程預計設置1臺60 m3（5 m× 4 m×3 m）的水箱，此時，水箱溫度達到45℃以上時,熱回收機組關閉,仍可維持預熱生活熱水約2 h。

4 經濟性比較

4.1 方案比較的條件

在夏熱冬暖地區，夏季空調期較長，經濟性及節能型更為明顯,根據給排水專業提供的資料，熱水供水溫度為55℃,夏季冷水平均溫度為23℃，生活熱水最高日用水量為130 m3/d，平均日用水量為130 m3/d，天然氣熱值為34.7MJ／m3，天然氣價為4元／m3，電價為1元／（kW·h）。

4.2 采用熱回收工況及無熱回收工況各項參數及費用比較

因冬季工況下，制冷機房設有冷卻水免費供冷系統，無需開啟冷水機組，所以只按夏季，生活熱水需求量按大的工況來分析。忽略室外濕球溫度變化所造成的冷卻水溫度變化而引起的冷水機組COP的變化。只考慮常規熱回收型螺桿機組COP的變化,其水泵輸送能耗均認為是一樣的，只是增加1臺水泵向預熱板式換熱器供水。

選用YSEXEXS45CJE型螺桿式冷凝器熱回收機組，該型機組熱回收冷凝器的進出水溫設定為37℃／45℃，機組的性能參數見表2。

表3 空調季節熱水費用比較

5 結語

1）單冷凝器模式方案采用熱回收型機組,相對于采用冷水機組加鍋爐的形式有較好的節能和節約運行費用的效果，特別是在空調機組運行時間較長的情況下,節省運行費用顯著,每天可節省約973.5元。

該型熱回收機組價格約為65萬元,而該規格的普通螺桿機組價格約為60萬元，差價為5萬元。增加的1個60 m3蓄熱水箱按5萬元估價，2臺水泵約4萬元，管道閥門、控制設備等約12萬，共計增加造價約26萬元。由表3可知，空調季節熱回收機組平均每天滿負荷開機14.89 h,即可將所需的熱水量由23℃加熱到45℃，空調期按5～10月共計184 d計算全年可節省運行費用約17.9萬元，1.45年左右就可收回增加的投資。若冷水機組全年運行天數增加，則投資回收時間相應縮短（該部分增加的成本未考慮因設置蓄熱水箱所占用面積帶來的經濟損失）。

2）通過比較不難發現，雖然提高回收熱水的溫度可以在輔助加熱這個環節上省掉一些能量，但是由于提高回收熱水溫度導致冷水主機能耗提高帶來的損失更大。所以從整個系統的能耗上講，過高的回收水溫對用戶節能并不是好事，這也是本次設計將理想回收水溫控制在45℃左右的主要原因。

3）在酒店工程中生活熱水負荷與空調總冷負荷差值較大，冷凝熱回收用于生活熱水系統設計要以空調制冷為主，余熱回收為輔，在不影響機組制冷性能的前提下，盡可能提高熱回收量。

單冷凝器模式方案中該類型機組冷卻水溫可在規定范圍內再設定，因此建議在生活熱水補水管上設置自動流量記錄裝置，掌握酒店各季節、各時段的生活加熱用水補水量的波動情況，然后根據這些情況制定出一個優化的熱回收運行策略，以達到最佳的節能、節省費用效果。

4）設置1臺蓄熱水箱，雖然會占用一定的面積和增加造價，但對于熱回收機組的穩定運行是必要的。

5）建議業主組織參觀考察運用熱回收機組的案例，吸取他人使用的實際經驗和教訓，以便在該工程中更好地使用。

[1]楊洪濤.熱回收技術及其在冷水機組上的應用[J].石油化工設計,2009(03).

[2]葛亞飛,王志毅,鄒國良.冷水機組熱回收系統節能分析[J].制冷空調與電力機械,2010(02).

[3]康松,朱絢麗,王勝.冷水機組熱回收技術應用展望[J].青島理工大學學報,2010(03).