夏熱冬暖地區酒店冷熱源回收方案分析

張美玲，沈洪

（1、2. 廣東省建筑設計研究院，廣州 50010）

1 項目概況

本工程位于廣東省廣州市，是一棟集酒店、辦公及商業等于一體的多功能綜合性建筑，總建筑面積為 131000 平方米，地下室共兩層，地上 4 層裙樓，兩棟塔樓 17 層；其中：酒店塔樓 5 層至 15 層，建筑高度 73.800 米，功能為酒店客房。辦公塔樓 7 層至 16 層，建筑高度 80.000 米，功能為辦公室。本次機電設計僅包括酒店，酒店部分建筑面積 33800平方米，為萬豪“萬怡”酒店品牌。

2 空調冷源熱回收方案分析

本項目地處廣東佛山，為夏熱冬暖地區，全年供冷周期長，同時全年均需供應生活熱水，在我國，酒店能耗中空調系統能耗最大，所占比重為46.1%，衛生熱水供應耗能次之，也占到了31%［1］，所以酒店系統空調和生活熱水節能極其重要。目前五星級酒店普遍采用制冷機冷凝熱回收技術，將冷凝器熱量回收以預熱生活熱水，節約鍋爐能耗［2］。冷凝熱回收通常采用兩種方式：（1） 水水熱泵/全熱回收機組，廣州白天鵝賓館改造就采用了水水熱泵熱回收系統，工程交付使用以來系統運行穩定，該項目為2014 年國家住房城鄉建設部綠色建筑科技示范工程［3］。（2）部分熱回收機組，相對于全熱回收機組，出水溫度相對較高，為了提高熱回收系統的使用壽命，熱水溫度一般不宜過高，對于酒店熱水供應來說，一般以60℃為宜。本文對以上兩種方案進行綜合經濟性比較分析，以便尋找最適合本項目的熱回收方案，以降低初投資，節約運行費用，尋求最佳投資回報。

2.1 生活熱水負荷分析

通過計算，酒店生活熱水最大小時熱水量為22m3/h，溫度由15℃加熱到60℃，所需加熱負荷為 1150kW。最高日生活熱水用水量為178 m3/d，日耗熱量為9310kWh。設計日逐時生活熱水負荷分布如圖1所示。如采用常規熱水鍋爐供熱方式，為簡化計算，不考慮熱水供應季節性波動因素，全年提供生活熱水所需要燃氣量為322824Nm3，燃氣單價按照3.5元/ Nm3計算，全年提供生活熱水所需要的燃氣費用為113萬元。

圖1 生活熱水逐時負荷分布圖

2.2 空調冷負荷分析

利用空調負荷計算軟件根據酒管負荷計算要求條件，初步計算酒店空調冷負荷為 3100kW（881RT），空調面積冷負荷指標為 153W/m2。設計日逐時冷負荷分布如圖2所示：

圖2 設計日空調逐時冷負荷分布圖

根據空調負荷特點及當地氣象參數，全年可劃分為四種典型的空調工況，空調冷負荷與生活熱水負荷在全年四種典型工況下的匹配關系如圖3所示：

圖3 典型工況空調冷負荷與生活熱水負荷匹配圖

從上述數據可知，針對常規熱水鍋爐供熱系統，為滿足全年生活熱水供熱所需要的燃氣費用高達 113 萬元（不含鍋爐、給水泵等設備的運行費用）。同時，本項目地處夏熱冬暖地區，供冷周期較長，夏季及過渡季冷負荷較大且冬季也有一定的供冷需求，這為回收利用冷源冷凝熱來預熱生活熱水從而節省一定的燃氣費用提供了條件。

2.3 冷源熱回收方案技術分析

在技術可行、控制安全可靠的前提下，根據空調負荷和生活熱水負荷，選定常用的兩種熱回收方案進行比較分析：方案一：采用水水熱泵機組進行全熱回收，設置1臺250RT 螺桿式水水熱泵機組及2臺 400RT 螺桿式冷水機組，系統圖如圖4所示。熱泵機組平時為制熱工況，提供 60/55℃熱水供生活熱水系統的預熱，同時蒸發器側對空調冷凍水的部分回水進行冷卻，冷凍水回水再經螺桿式冷水機組冷卻后供應空調末端設備。當一臺螺桿機檢修或空調冷負荷接近峰值時，熱泵機組轉換為制冷工況，保證系統總制冷量滿足冷負荷的需求。本方案綜合考慮冷水機組冷凝熱與生活熱水耗量的匹配關系，通過自控系統的設計及蓄熱水箱的設置，能夠平衡空調冷凝熱負荷與生活熱水負荷的波動，最大限度的利用回收的熱量來供應生活熱水。

圖4 方案一（水水熱泵/全熱回收機組）系統示意圖

方案二：采用部分熱回收機組進行熱回收，設 3 臺350RT 部分熱回收螺桿式冷水機組，部分熱回收機組以制冷為主，回收制冷劑冷凝顯熱，其余熱量通過冷卻塔散熱，系統圖如圖5所示。

圖5 方案二（部分熱回收機組）系統示意圖

3 熱回收經濟性分析

3.1 初投資分析

根據空調冷負荷，本項目可采用的基礎方案為設置3臺350RT的螺桿冷水機組，各方案設備成本及配置如表1所示。相對于基礎方案（不進行熱量回收），方案一需增加投資 77.9 萬元，方案二需增加投資 26.6 萬元。

表1 各方案設備配置及成本表

3.2 運行費用分析

各方案可回收熱量按下列條件確定：方案一：水水熱泵/全熱回收方案可回收熱量按將水預熱至 55℃考慮；方案二：部分熱回收方案可回收熱量按冷機冷量的 10%考慮。各方案不同工況下回收熱量對比如圖6所示：

圖6 不同工況下回收熱量對比

根據酒店建筑的特點結合當地的氣候條件，工況一區間一般出現在 7、8 月份，每年大約 25 日，方案一每日熱回收量為5793kWh，方案二每日熱回收量為2309kWh；工況二區間一般出現在在 5~9 月份，每年大約 130 日，方案一每日熱回收量為5793 kWh，方案二每日熱回收量為1776kWh；工況三區間一般出現在 1~5、10~12 月份，每年大約 180 日，方案一每日熱回收量為5416 kWh，方案二每日熱回收量為948kWh；工況四區間一般出現在在 1、12 月份，每年大約 30 日，方案一每日熱回收量為3781kWh，方案二每日熱回收量為415kWh，各方案在不同工況回收熱量如表2所示。

根據計算每年節省燃氣用量為：方案一節省226414Nm3，方案二節省53773Nm3，燃氣單價按照3.5元/ Nm3，方案一年節省燃氣費用為79萬元，方案二年節省燃氣費用為18.8萬元。

方案一熱回收工況，制冷機組及熱回收循環泵增加的年耗電量為191923 kWh，年增加電費為19.2萬元；方案二熱回收循環泵增加的年耗電量為5264kWh，年增加電費為0.5萬元。

表2 各方案不同工況下回收熱量匯總表

方案一扣除年增加電費，年節省費用為59.8萬元；方案二扣除年增加電費，年節省費用為18.3萬元。表3為各方案投資回收期分析表，從表中可以看出，兩種方案的投資回收期均在可接受范圍內。各設備平均壽命期按10年考慮，方案一可節省520萬元，經濟性較好。

表3 投資回收期分析匯總表

4 結論

通過以上比較可知，各方案控制較簡單，安全可靠性均較高。從經濟性角度來講，方案一與方案二的投資回收期均較小并在可接受范圍內，整個設備壽命期內方案一可節省 520萬元，具有一定的優勢。方案一相對占用機房面積較多，經初步安排布置，現預留設備房（鍋爐房、換熱機房及制冷機房）可滿足方案一的設備布置要求。綜合以上分析，推薦采用方案一，即采用水水熱泵全熱回收方案。

通過本文分析可知熱回收機組對于夏熱冬暖地區酒店建筑具有較大的節能潛力，新建建筑可根據空調負荷和熱水負荷的匹配關系選擇合適的熱回收系統，對于近年來增多的節能改造項目可根據現有冷熱源配置選擇合適的熱回收系統。