二个酒店中央空调热回收的节能实例分析

陈志昆,叶为学

(1.厦门海星设备技术工程有限公司,厦门361012)

1 导 言

能源是人类生存和社会发展的重要物资基础,随着我国国民经济的持续快速发展,能源的需求量大幅度增加,导致了能源日益紧张。能源消费量的快速增长又使环境不断恶化,人们面临着严峻的节能与环保形势。

空调耗能约占国民经济总能耗的10%～15%,是建筑能耗的主要构成部分。随着商业建筑中宾馆、酒店、商场、医院、运动馆、休闲会所大量兴建、空调耗能还将不断增长。空调制冷设备的运行又导致废热排放量增加,使温室效应更加恶化,影响环境。空调节能减排将成为专业人员的一个重大课题。而利用酒店空调机组废热制取生活热水,将是一个节能减排的好方法。

2 热回收冷水机组

水冷冷水热回收机组是在水冷冷水与热回收技术为基础上的节能环保型空调机组,该机组可在制冷状况下,对部分冷凝热进行回收利用,制成生活热水,热水温度可达到50℃。可满足宾馆、酒店、医院、会所、运动馆等场所的热水需求。在制冷机组运行时,生活热水锅炉可停用,不仅节约了能源,而且减少废热的排放。同时减少热水锅炉的燃油燃气使用量,减少了向大气排放的CO2气体,减少温室效应,利于环境保护。

水冷冷水热回收冷水机组工作原理:通常水冷式制冷机在夏季供冷空调时都单纯的采用冷却塔进行冷却,这时大部分热能 (压缩机排气的冷凝热)被白白排放至大气环境而浪费掉了,并且冷却塔系统为了排热必须额外消耗大量的循环水量和电能。热回收设备则巧妙地将被浪费的热能集中回收来制取生活热水,其方法是制冷循环系统中制冷剂从压缩机排入冷凝器之前首先进入热回收装置,从中制取生活热水,然后制冷剂再流入冷凝器内,冷却水吸收其余热后被冷却塔排放到大气环境中。其工作流程见图1,这样既回收了废热来产生生活热水,直接得到经济效益,又保护了大气环境免受热污染,一举两得。

图1 部分热回收冷水系统机组工作流程原理示意图

在水冷空调机上应用热回收技术时,空调制冷机因此可节能10%～15%,而且由于冷凝温度降低还可延长压缩机使用寿命。

3 厦门艾美酒店空调、热水供应系统优化实例分析应用

3.1 概述

厦门艾美酒店建于2008年,建筑面积41260m2,342间客房,2000m2的会议中心,是一座集客房、餐饮、会务、健身、休闲为一体的国际五星级奢华酒店。原空调设计用300RT(1055kW)螺杆式水冷冷水机组4台 (三用一备),生活热水用2台燃煤气锅炉专供。

厦门地处南方,夏天季节长,空调冷水机组使用期长达六个月,酒店规模大、客房数量多,又备有健身、休闲会所等功能,生活热水用量大。如果把设计中的空调冷水机组优化为热回收冷水机组,既能保证酒店空调舒适性,又能通过机组排放出的废热制取生活热水满足酒店需求,既节约又减少热水能耗的成本。

3.2 优化论证

原设计方案空调冷水单冷工况机组+煤气锅炉热水机组,计算煤气锅炉供热水所需耗能量与CO2排放量。

(1)酒店客房生活热水需求量,根据规范计算:

标准双人房间200 L/日,共302间,配水量60.4 t/日;

标准单人房间100 L/日,共40间,配水量404 t/日;

供水温度:45～50℃;

配水总量:64.4 t/日

(2)客房热水需热总量:

加热客房热水的热量可以用下式计算:

根据公式 (1),将每t水从20℃加热到50℃需要热量125610kJ。

(3)客房每日热水总耗热量:

125610kJ×64.4t/d=8089284kJ/d

(4)煤气热水锅炉每日能耗费用:

煤气其能源热值为16800kJ/m3(4000kcal/m3),效率80%,1m3煤气燃烧释放热量为:

16800×80%=13440kJ/m3

每日煤气消耗量为:

8089284kJ/d÷13440kJ/m3≈602m3/d

煤气按3.6元/m3计算,客房热水锅炉每日运行能耗费用:

运行费用=602m3/d×3.6元/m3=2167元/d

(5)煤气燃烧时CO2气体排放量 (煤气燃烧产生CO2量为2.66kg/m3):

2.66kg/m3×602m3/d=1601.3kg/d

通过以上各项设计分析,酒店客房卫生热水每月需求量为1932t,热水锅炉煤气需用量为18060m3,折成费用65010元,煤气燃烧排放CO2气体量为48039kg。

酒店的环境舒适性要求很高,所以酒店内部舒适的室内环境已成为保证客源的一个非常重要的措施。酒店的空调设施是室内气候的重要保证,尤其在厦门这样的南方地区基本上一年中有6个月都必须开启冷水机组。

夏季机组运行时间6个月,客房所需热水总量11592t,制取热水耗能量 (煤气)108360m3,价值39006元,CO2气体排放量288234kg。由此可见,酒店卫生热水需求量大,用于供热水用的煤气锅炉热水机组耗能量大且又排放大量的CO2,加大能源的消耗和环境的传染。

3.3 优化选择

如何寻求一个技术可行,能充分挖掘节能潜力的好方法,国内有学者对空调冷水机组的废热回收技术进行研究,也已有空调制冷设备制造企业生产应用热回收技术的热回收水冷冷水机组,突破了空调系统和热水供给系统的传统设计做法 (空调冷水机组加燃烧锅炉热水机组)。采用空调热回收冷水机组,利用冷凝废热代替燃烧锅炉热水机组几乎零费用就制取了所需的卫生热水,其节能效果和经济价值是十分可观的。由此对原设计进行优化,采用了热回收冷水机组代替单冷工况的冷水机组,增加了冷水机组热回收装置与蓄热水箱循环管道连接系统。

3.4 优化方案与原设计方案初投资费用比较

表1 二种方案初投资费用汇总 (单位 :万元)

3.5 使用效果

该项目于 2007年优化设计后进行安装,于2009年竣工,酒店营业,空调系统投入使用。

夏季机组运行期长达6个月,在冷水机组运行使用期间,燃气锅炉全部停用。冷水机组的废热回收制取的生活热水温度达50℃,热水量完全满足酒店用量需求。从酒店提供2011年度住房率和能耗图表一煤气进行统计归纳 (见表2)。

表2 2011年酒店住房率与生活热水能耗量统计表

通过2011年酒店住房率与能耗量 (见图2、图3)的统计表明,夏季采用空调热回收的冷水机组代替燃气锅炉制取生活热水,整个运行期可为酒店节省能耗费用38万元之多,折成煤气量达105555m3。使用的结果,节能效果明显,其增加的投资费用,只要一年多就可回收。

4 厦门金宝大酒店空调设备改造热回收应用分析与使用效果

4.1 概述

厦门金宝酒店建于二十世纪八十年代,是厦门较著名的老三星级涉外酒店。建筑面积10000m2,共六层,客套房124间,集客房、餐饮、会务、休闲为一体的多功能酒店。原空调系统与生活热水系统采用常规系统 (单冷冷水机组、加热水锅炉机组)。使用二台100RT(352kW)水冷冷水活塞式机组,能效比COP只有3.5,另一台燃油中央热水机组供应生活热水,热水机房及蓄热水箱设在酒店顶层。酒店于2007年进行空调系统中的水冷冷水机组改造。

4.2 改造节能分析

该酒店空调原使用的二台水冷冷水活塞式制冷机组,经过二十多年的使用,虽然是全进口的产品,勉强可以使用,但设备已老化,加上原活塞式机组能效比很低,耗能量大,不经济,酒店决定更换。提出按照原设计的方式,简单更换二台单冷冷水机组,空调系统与酒店热水供应系统不变。由于以往酒店经营中,能耗费用占了酒店开支很大的比例,如果只考虑初投资费用,简单地更换成高能效的冷水机组,运行费用是比以往的旧机组低。但由于夏天还是以传统锅炉系统供应生活热水,因而运行费用还是达不到经济节省的效益。若采用热回收冷水机组加上热水管路改造方案,节能效果肯定会更好,在改造前进行二个方案节能及经济效益分析:

(1)改造初投资费用:

A方案:

更换旧冷水机组,采用高能效螺杆冷水机组,机组能效比COP为5.2,投资费用:27.2万元/台×2=54.4万元。

B方案:

更换旧冷水机组,采用高能效带热回收螺杆冷水机组加热水改造,机组能效比COP为5.2,投资费用:30万元/台×2+2.5万元 (热水改造)=62.5万元。

(2)生活热水运行成本:

酒店生活热水日需求量为24.8t,每年夏季运行期为6个月,按实际住房率80%计,总共需求量为3571t。

1t热水需热量为34.9kWh,柴油能源热值为42840kJ/kg(10200kcal/kg),效率65%,即1kg燃油可提供的热量为:

42840×0.65=27846kJ

制取1t生活热水费用 (柴油单价8200元/t):

125610kJ÷27846kJ/kg×8.2元/kg=37元

燃油锅炉生活热水夏季运行期 (6个月),运行成本:

37元×3571t=132127元

4.3 改造方案比较与选择

根据A、B两种工程改造方案的初投资及生活热水运行费用计算结果显示,A方案在初投资费用上比B方案省了8.1万元。但生活热水夏季燃油费用要多支13.21万元,比较后表明采用B方案热回收冷水机组在夏季运行期废热制取生活热水可节省能源和获得较大的经济效益。为此酒店空调冷水机组改造工程采用了B方案选用热回收冷水机组。热水管路改造工程较为简单,只在热回收冷水机组的热回收装置与原蓄热水箱增加一套封闭管路,再增加一台循环水泵进行系统热水循环就行。改造难度不大,费用也不高。

4.4 使用及效果

酒店空调系统的冷水机组改造后,高效能的螺杆式热回收冷水机组,能效比COP为5.2。新、旧机组制冷量相同下,新机组比原来的活塞式机组每台电功率减少25kW/h,按75%的效率,机组每天运行平均18h计算,改造后的冷水机组每年运行期(6个月)就可节约用电量12.15万kWh,酒店2011年能耗统计资料,在夏天冷水机组使用燃油生活热水锅炉停用期间,共节约柴油12.6t,按油价8200元/t,折计算为10万多元,加上节电费用,一年可实现节支约20万元,改造投资回收期只要三年多。

5 结论

在生活热水用量大的宾馆、酒店、医院、运动馆等场所,按传统常规的空调系统和生活热水系统分别由二套独立系统的机组各自运作。每当夏季空调冷水机组运行时,大量的冷凝热当作废热排放于大气中,与此同时酒店又需求大量生活热水,燃烧锅炉又要消耗大量的能量来制取热水。一边在浪费,一边在耗能,怎样突破传统做法,寻求一个技术可行,将废热资源再生。热回收技术的应用将解决这个课题。在二十世纪,国内有关专家、学者虽然已开始探讨中央空调冷凝热回收技术,但是空调冷水机组有热回收的开发产品不多,使用案例更少。文中厦门艾美酒店空调系统优化原设计方案,论证了利用热回收空调系统每年约节约能源效果和经济效益,证实了每年均能节约能源—煤气10多万立方,节省能源费用38万元之多。

二十世纪九十年代,具规模的酒店都配备了中央空调设施和热水供应系统,基本上也是按常规设计的。加上当时的设备能效普遍较低,使用至今也均十几年,已进入设备改造期。本文厦门金宝大酒店的设备改造,通过节能分析后采用了热回收技术空调冷水机组,实用效果比以往使用的设备与系统可节电12多万kWh,节约柴油12.6吨,一年节省费用约20万元。项目改造投资回收期只要三年。

实用结果表明回收利用酒店空调冷凝热制取生活热水,具有很好的节能效果和经济价值。二个案例已列为第九届中国 (厦门)国际节能博览会节能示范工程。

[1]龚九彩,常世均,马扬等.蒸汽压缩式水冷制冷机的双冷凝器热回收技术[J].建筑节能通风空调,2005.24(1):6-12