珠海庆华国际大酒店水—水热泵机组应用分析

黄忠理,张小力,陈 刚,李志国,陈定伟,杜 锐

(1.珠海市开理空调有限公司,广东珠海,519000;2.上海本家空调系统有限公司,上海,200433;3.珠海庆华国际大酒店,广东珠海,519000;4.开利空调销售服务(上海)有限公司,上海,200001)

1 引言

星级宾馆既需要空调冷冻水,又需要生活热水,能否使用一套设备在提供标准的空调冷冻水的同时又能提供符合要求的生活热水?亚热带地区的高档酒店夏季需要空调,冬季需要采暖,能否使用一套设备夏季提供空调冷气冬季又能提供采暖暖气?

珠海庆华国际大酒店采用水—水热泵机组实现了上述一套设备在提供7℃空调冷冻水的同时又提供60℃生活热水的设想;同样采用水—水热泵机组实现了一套设备夏季提供冷气冬季提供暖气的设想;水—水泵机组的可靠运行为酒店节能、节省投资费用、降低运行成本起到很好的作用。

2 酒店概况

珠海庆华国际大酒店地处亚热带的珠海市情侣路,是一个超五星级标准的豪华酒店。酒店总建筑面积26440m2,楼高47.3m,地上10层,地下1层。共设190套客房,并附设大堂、中西日本餐厅、商店、大小会议室、多功能会议厅、乒乓球室、桌球室、健身场所、卡拉OK厅、茶吧、娱乐场所、游泳池、网球场等配套设施。

珠海庆华国际大酒店主要接待商务会议、高层次的旅游度假团队。因此,酒店不仅需要提供热情周到的接待服务,而且还需要提供高档的酒店硬件服务。必须有舒适的空调环境,夏天送冷气,冬天送暖气;生活热水一年四季、365天每天24小时供应到位。

3 空调冷热负荷

3.1 空调设计气象参数

(1)夏季室外气象参数:

空调室外计算干球温度twg:33.5℃;

湿球温度tws:27.7℃;

室外大气压力Px:100.45kPa;

室外风速V:1.8m/s。

(2)冬季室外气象参数:

空调室外计算干球温度twg:5℃;

相对湿度 Φws:70%;

室外大气压力Px:101.95kPa;

室外风速V:2.4m/s。

3.2 酒店空调数据

(1)酒店建筑总面积:26440m2;

(2)酒店客房:190套;

(3)酒店空调面积:19000m2;

(4)酒店空调总冷负荷:2980kW;

(5)酒店采暖总热负荷:873kW。

4 生活热水需求量

(1)酒店热水使用人数:

客房300人,其中30人需桑拿不用客房热水,按270人计算;

桑拿80人;

服务员180人,其中50人轮休,按130人计算;

合计酒店热水使用人数480人。

(2)酒店生活热水需求量:

每人日平均用水量:0.15m3;

日生活热水总用量:480×0.15=72m3;

洗衣等其它生活热水用量13.5m3/d;

酒店生活热水总需求量:72+13.5=85.5m3/d。

(3)酒店生活热水高峰用量:

1)酒店客人高峰用水量:270×0.15=40.5m3;

日用热水高峰次数3次,

每次平均持续时间2h,

日高峰时用水量:40.5÷ (3×2)=6.75m3/h;

2)桑拿中心热水需要量:

温泉客人用水量:80×0.15=12m3;

每天平均用水时间4h,

平均每小时用水量:12÷4=3m3;

3)员工热水需要量:

员工日用水量:130×0.15=19.5m3;

平均每天用热水时间3h,

平均每小时用水量:19.5÷3=6.5m3/h;

4)酒店生活热水每小时最大用量:

6.75+3+6.5=16.25m3/h

(4)设计热水生产量

根据酒店生活热水每小时最大用量16.25m3/h,考虑到同期系数,确定设计热水生产量为12.6m3/h。

依据国家规范:供热水能力小于每小时最大耗热水量时,应配置热水箱容积不小于每小时最大耗热水量的1.3倍。因此需要配套设置一个22m3的生活热水蓄热水箱。

(5)热水系统热量计算:

自来水夏季供水温度 25℃,生活热水温度60℃,热水生产量11.8m3/h。

生产热水系统总热量=11.8×1000×(60-25)=413000kcal/h=480kW。

5 生活热水系统方案

5.1 生活热水系统制热设备选用

珠海庆华国际大酒店选用一台30HXC130A(HP2)螺杆式水—水热泵机组作为酒店生活热水系统的制热设备,在为中央空调系统提供7℃冷冻水的同时,又为酒店生活热水系统提供60℃的生活用水。

该机组制热量481kM,夏季提供生活热水,以自来水夏季供水温度25℃计算,产水量每小时11.8m3,按酒店生活热水量为85.5m3/d计算,该机组每天只要运行7.25小时就可以满足需求。

冬季自来水供水温度按15℃计算,产水量每小时9.2m3,该机组只要工作9.29小时就可以满足需求。该机组采用双制冷回路,如果其中一个回路发生故障,另一个回路正常工作也可以满足酒店每天的生活热水需求。

5.2 水—水热泵机组 (热水系统)水系统流程

水—水热泵机组 (热水系统)水系统原理图见图1。

图1 水—水热泵机组 (热水系统)水系统原理图

(1)夏季既供热水又供冷水时的流程:关闭图1中冷凝器冷却水连接冷却塔的阀门C、D、I,关闭蒸发器冷水连接冷却塔的阀门E、F;开启板式热交换器进出阀门A、B,机组进行全热回收,供应热水;同时,开启蒸发器冷水连接各楼层末端设备的阀门G、H,向末端设备供冷水。

(2)夏季不供热水只供冷水的流程:开启图1中冷凝器冷却水连接冷却塔的阀门C、D、I,关闭蒸发器冷水连接冷却塔的阀门E、F;关闭板式热交换器进出阀门A、B;同时,开启蒸发器冷水连接各楼层末端设备的阀门G、H,向末端设备供冷水。

(3)机组在冬季室外温度高于10℃只供热水的流程:关闭图1中冷凝器冷却水连接冷却塔的阀门C、D、I,开启板式热交换器进出阀门A、B,机组进行全热回收,供应热水;同时,开启蒸发器冷水连通冷却塔的阀门E、F,关闭冷水连接各楼层末端设备的阀门G、H。

(4)机组冬季室外温度低于10℃只供热水的流程:在以上第3条流程的基础上,关闭阀门I,开启辅助电加热回路阀门J、K进行电加热。

6 水—水热泵机组生活热水系统优点分析

6.1 降低初投资费用分析

采用水—水热泵机组一机两用,既提供空调冷冻水又提供生活热水的方案,取消热水锅炉及配套设备,节省了锅炉、油罐等设备的初投资约24万元。

6.2 节能分析

30HXC130A(HP2)水—水泵机组一机两用时,制冷量与制热量总和达到820 kW,耗功149 kW,制冷制热总能耗比COP值达到5.5。如果制冷COP按照5.0计算的话,提供生活热水的制热COP值则达到6.1。

显然采用水—水热泵机组在提供标准空调冷冻水的同时提供生活热水是一种高效节能的方案,比较电热水设备可以节约五分之四以上的耗电量,比较热水锅炉同样可以节省大量的运行费用。

6.3 酒店的实际运行成本的分析

珠海庆华国际大酒店采用水—水热泵机组提供生活热水的系统后,年运行生活热水费用为19.9万元,全年平均制热水费用为7.6元/吨,与锅炉系统比较,每年节省运行费用41.24万元。

7 空调采暖系统方案

7.1 空调系统制冷设备选用

珠海庆华国际大酒店空调总冷负荷为2980kW,选用三台冷水机组作为空调系统夏季提供冷气的制冷设备:

一台 30HXC400A冷水机组,额定制冷量1392kW,额定输入功率279kW,能耗比COP值4.93。

一台30HXC400A(HP2)水—水热泵机组,额定制冷量1312kW,额定制冷输入功率266kW,能耗比COP值4.93。

一台30HXC130A(HP2)水—水热泵机组,额定制冷量448kW,额定制冷输入功率101kW,能耗比COP值4.44。

三台冷水机组总额定制冷量为3152kW,可以满足酒店空调总冷负荷2980kW的需要。

7.2 采暖系统制热设备选用

珠海庆华国际大酒店采暖总热负荷为873kW,由空调系统制冷设备中的一台30HXC400A(HP2)水—水热泵机组在冬季兼作为制热设备。

30HXC400(HP2)水—水热泵机组额定制热量为1548kW,额定制热输入功率429kW,能耗比为3.61kW/kW。该机的制热量可以满足酒店采暖总热负荷873kW的需要。

7.3 水—水热泵机组 (采暖系统)水系统流程

水—水热泵机组 (采暖系统)水系统原理图见图2。

图2 水—水热泵机组 (采暖系统)水系统原理图

(1)夏季供冷的流程:开启图2中冷凝器冷却水连接冷却塔的阀门 B、C、I,关闭阀门A、D;开启蒸发器冷水连接各楼层末端设备的阀门F、G,向末端设备供冷水,关闭阀门E、H。

(2)冬季采暖 (室外温度高于 10℃)的流程:关闭冷凝器冷却水连接冷却塔的阀门B、C,开启阀门A、D,向末端设备供热水;关闭蒸发器冷水管阀门F、G,开启阀门E、H、I。

(3)冬季采暖 (室外温度低于 10℃)的流程:在以上第3条流程的基础上,关闭阀门I,开启辅助电加热回路阀门J、K进行电加热。

8 水—水热泵机组冬季采暖的应用分析

8.1 降低初投资费用分析

采用水—水热泵机组夏季送冷冬季采暖的方案,与采用水冷冷水机组夏季送冷加风冷热泵机组冬季采暖的方案比较,节省了风冷热泵机组及配套设备、管道的初投资费用约130万元。

8.2 节能分析

30HXC400A(HP2)水—水热泵机组,冬季采暖时使用的能耗比COP值为3.608kW/kW,风冷热泵机组冬季采暖时使用的能耗比COP值一般低于3.0kW/kW。两者相比,采用水—水热泵机组冬季采暖比较采用风冷热泵机组冬季采暖明显节能,运行耗电量可以节省20%。

8.3 实际应用效果分析

珠海庆华国际大酒店采用水—水热泵机组冬季采暖从2007年开业至今已经运行3年,系统均能正常稳定工作,在2008年初低温冰冻期间,冷却塔循环水的辅助电加热器启动使用,确保采暖系统正常使用。

根据珠海市气象服务中心提供的气象资料,珠海市没有出现过低于0℃的气温,历史极端最低气温为2.5℃,出现在1976年12月29日。2006年日平均气温低于15℃的天数为27天,低于10℃的天数为3天;2007年日平均气温低于15℃的天数为24天,没有低于10℃的天数;2008年日平均气温低于15℃的天数为41天,低于10℃的天数为16天。

气象资料说明,地处亚热带区域的珠海市冬季采暖的天数约为一个月,而且气温基本上高于10℃。因此,冬季采用水—水热泵机组采暖,利用冷却塔吸收室外空气中的低位热能,经热泵机组送至高位热能的采暖场所是完全可行的。珠海庆华国际大酒店三年来正常运行的实例也证实了这一点。

9 结语

珠海庆华国际大酒店采用水—水热泵机组在提供7℃空调冷冻水的同时又提供60℃生活用水,一机两用,是高效节能的实例。

同时,该酒店三年来成功地采用水—水热泵机组冬季采暖,为亚热带区域的采暖建筑提供了一个极有价值的方案样板。类似的水—水热泵机组冬季采暖的系统,在广州市海珠区国税局大楼已运行多年,在广州南方报社传媒大厦也已安装完毕即将投入使用。

10 参考文献

[1] 陈伟青.广州市某酒店建筑能耗调查与分析[J].制冷,2009,28(1):64-68

[2] 陈树标.某酒店空调、热水系统冷热组合节能技术改造[J].制冷,2009,28(1):78-80

[3] 胡丽华.热回收节能系统应用与案例分析[J].制冷,2009,28(3):77-79