某酒店冷水機組熱回收方案比較

張美玲，陳東哲

（廣東省建筑設計研究院，廣州 50010）

0 引言

節能減排是新時期國家政策的重要方向，國家努力倡導建設能源節約型、環境友好型社會。酒店、賓館是典型的公共建筑。高標準酒店賓館都設有中央空調系統和24小時熱水供應，一般的空調系統和熱水系統設置標準為：冷水機組提供空調冷凍水，熱泵熱水機或熱水鍋爐提供生活熱水及采暖熱水。對于酒店建筑這種常規的空調和熱水系統，空調在制冷的同時會產生大量的冷凝熱，排放到環境中會造成嚴重的熱污染，生活熱水供應又需要鍋爐燃燒燃氣或者燃油，這時會產生大量的二氧化碳及其他氣體排放到大氣中，會造成較為嚴重的環境污染問題。由此可以看出酒店建筑需要兩次能耗才能產生所需要的冷凍水和熱水，而且環境污染問題比較嚴重。為了解決以上問題，空調系統采用熱回收機組可以在一定程度上減少熱污染和鍋爐廢氣的排放，能夠起到很好的節能和環境保護作用，目前星級酒店在設計的過程中很看重中央空調系統的節能設計，及熱回收的利用，有文獻調查星級酒店空調能耗占建筑總能耗的49%左右［1］，有些酒店的空調能耗占比甚至高達65%，尤其是在7、8月份空調系統用電量占比最大達到75%［2］，有較大的節能潛力，所以目前大部分新建及改造的酒店業主都會要求空調系統采用熱回收的形式，一些高端五星級酒店對于熱回收已經成為強制性要求。

1 項目概況

本工程位于廣東省佛山市順德區龍江鎮，本酒店地下二層，地上二十六層，建筑高度99.6m，酒店建筑總面積約32836m2，空調面積22012m2，計劃于2016年投入使用。

根據酒店所在的位置及使用特點，酒店設有中央空調系統和24小時熱水供應。普通的空調系統冷水機組在運行時要通過冷卻水系統或冷凝風扇排出大量的冷凝熱，在制冷工況下運行，冷凝熱可達制冷量的1.15～1.3［3］倍，隨著社會節能和環保意識的日益增強，對冷水機組的冷凝排熱進行回收得到了越來越廣泛的重視。特別是在賓館、醫院等應用場合，在供冷的同時又需要一定溫度和流量的生活熱水，所以本項目通過分析空調冷負荷特性及生活熱水的使用情況，選擇合理的冷水機組熱回收方案，達到最佳的節能效果。

2 空調系統和熱水系統方案設計

通過分析建筑特點及空調系統的冷量和熱水的供應量，最終確定了兩套方案：方案一：三臺螺桿式冷水機組加一臺全熱回收機組；方案二：三臺螺桿式冷水機組加一臺高溫熱水機組（冷回收）。

2.1 冷水機組配置

本工程方案采用三臺相同制冷量的螺桿式冷水機組做為本項目的空調制冷主機，優勢：1. 在滿足酒店不同工況下的冷負荷情況下，相同機組，可以減少備用泵；2. 機組相同維護采購更加方便。

2.2 熱回收系統配置

關于熱回收最終考慮了兩種方案：方案一、配置一臺全熱回收機組；方案二、配置一臺高溫熱水機組。

兩種方案的特點：方案一熱回收機組在制冷模式和熱回收模式之間切換，制冷工況下，冷凝器側提供冷凍水用以空調制冷，蒸發器冷卻水接到冷卻塔，熱回收工況下，冷凝器側提供冷凍水用以空調制冷，蒸發器冷卻水接到熱水儲水箱，加熱生活熱水，可以看出采用熱回收機組蒸發器需要有兩組接管，一組接到冷卻塔，另外一組接到生活熱水儲水箱；方案二高溫熱水機組用來制熱水的同時制冷，即為冷回收，蒸發器只需接到熱水儲水箱即可，此機組不可以單獨用來制冷或制熱，必須冷熱同時供應時才開啟，單獨制冷由其他三臺高效制冷機組提供。

給排水所提供生活熱水量數據如表1所示，該酒店最高日用水量為148.6m3/d，最大小時耗熱量為1184.8kW。

表3 生活熱水用水量

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根據生活熱水用量，進行全熱回收機組和高溫熱水機組的選型

表4 全熱回收機組和高溫熱水機組參數

3 方案比較

為了選擇更加合理的方案，對兩種配置在運行的經濟性和初投資兩方面進行了對比。

3.1 運行經濟性比較

方案一熱回收工況下的綜合性能系數COP為5.7，方案二熱水機組的綜合性能系數COP為5.7，方案一在熱回收工況下和方案二的節能性相同，但熱回收機組一天24小時不是全都在熱回收工況下運行，當全熱回收機組以制冷工況運行時，機組的COP為4.953，遠小于5.7，可見全熱回收在實際運行過程中的節能性沒有高溫熱水機組的節能性好，由此可判斷采用高溫熱水機組比采用全熱回收機組更加節能。同時在空調季節當中根據酒店實際的管理經驗，空調實際負荷基本上是在設計負荷的15%-60%之間的，即實際負荷為520-2077kW之間，根據表4，可看出，螺桿式冷水機組的負荷大于35%的情況下（即冷負荷大于512kW），螺桿式冷水機組大于熱回收機組制冷工況的的COP值，故由此可以看出空調實際運行當中，開啟螺桿式冷水機組比開啟全熱回收機組更加節能，所以全熱回收機組只在熱回收工況下運行才是節能的，此時全熱回收機組相當于高溫熱水機組，由此可以看出，方案二更具有節能及優越性。

當過渡季節或者冬季時，在廣東區域客人會根據不同的需求，有時仍需開啟空調，同時像洗衣房、廚房這些區域一年四季都是需要空調降溫的，而這時的生活熱水的用熱量是很大的，基本上生活熱水用熱量是時刻大于空調負荷的，這時可開啟高溫熱水機組，蒸發器側冷凍水用以提供空調冷負荷，冷凝器側制得生活熱水儲存在生活熱水儲水箱中，用以加熱生活熱水，起到了很好的節能作用。

高溫熱水機組開啟時，相當于在制熱水的同時，將蒸發器側的冷水用來空調制冷，冷熱同時得到了利用，不會向周圍環境排放廢熱。在酒店需要空調冷負荷的前提下，假設運行一小時，產生的熱量為1948680kJ。天然氣的燃燒值為35588kJ/m3，則運行一小時相當于可以減少54.7m3的天然氣利用，在節約天然氣的前提下能減少二氧化碳等氣體的排放，節能減排效果明顯。

通過比較，采用高溫熱水機組比采用熱回收機組更加節能，所以方案二比方案一更加優越。

3.2 初投資比較

由于全熱回收冷凝器有兩組進出水管，還需要根據不同工況進行切換，通過咨詢廠家全熱回收機組比高溫熱水機組造價大概要高10%以上，以此項目為例：全熱回收機組廠家報價42.3萬，高溫熱水機組廠家報價34.3萬；由兩種方案的系統圖可以看出，采用全熱回收機組的方案由于其制冷模式下，冷凝器側冷卻水要接到冷卻塔，所以采用全熱回收機組還要增加兩臺冷卻水泵和一部分冷卻水管的管道，同時由于全熱回收機組增加了兩臺水泵，對于配電及控制方面也增加了一部分投資，此部分大約增加5萬元的初投資。

綜上所述方案二在初投資方面要比方案一節約13萬元，所以在初投資方面方案二比方案一更加優越。

圖1 方案二系統圖

4 結論

綜上比較無論是運行的節能性還是初投資，方案二比方案一更好，最終該項目采用了方案二的設計，由此可以推廣到酒店建筑可采用螺桿（離心）式冷水機組加高溫熱水機組的空調設計方案，但前提是高效水冷螺桿（離心）機組能夠滿足酒店部分空調負荷下運行。