某五星酒店综合节能改造分析

2017-01-12杨青,吴辉

现代建筑电气 2016年12期

关键词：洗衣房蒸汽锅炉热水

杨青, 吴辉

(江苏达海智能系统股份有限公司, 上海 200433)

某五星酒店综合节能改造分析

杨青, 吴辉

(江苏达海智能系统股份有限公司, 上海 200433)

根据调研某五星酒店的历史能耗数据,分析了在空调系统、热水系统及照明光源等方面的节能潜力,说明酒店存在原蒸汽锅炉设计选型偏大、生活热水系统整体热效率较低的问题。提出应用水水热泵和空气源热泵替代原有蒸汽锅炉作为热源,选用高效蒸汽发生器为洗衣房供应蒸汽,采用变频智能控制技术实现中央空调水泵和风机节电的方案,并将原有传统照明光源更换为LED光源。节能改造结果表明,达到了综合节能率28%的良好收益,起到了示范作用,可为同类建筑节能改造提供借鉴。

星级酒店; 节能改造; 建筑能耗分析; LED光源

0 引言

近年来,高端酒店建筑作为能耗强度较高的建筑类型,其能源使用效率越来越受到人们的关注。上海地区成功实施整体节能改造项目的高端酒店在逐年增加,其示范效益日益明显。本文分析了上海某五星酒店综合节能改造项目,可为同类建筑节能改造提供借鉴。

1 项目概况

上海某五星酒店于2010年开业,位于浦东新区陆家嘴金融中心核心地段,酒店总建筑面积为8.82万m2,建筑总高度为145 m,地下2层,地上30层。其中-1F、-2F为地下车库及设备机房,1F～5F为裙楼,4F、28F为设备层,5F～30F为客房,共680多间。

2 改造前的建筑能源系统及设备

2.1 中央空调系统

酒店中央空调系统冷源为2台1000RT工频离心式冷水机组和1台500RT变频离心式冷水机组,冬季采暖采用3台7T/H的燃气蒸汽锅炉提供的蒸汽作为热源。

中央空调的输配系统有5台冷冻水泵(额定功率为75 kW的水泵3台,55 kW的水泵2台),5台冷却水泵(额定功率为90 kW的水泵3台,45 kW的水泵2台),采暖热水泵3台(额定功率45 kW),冷却塔3台(风机额定功率15 kW),所有水泵风机均为工频运行。

2.2 生活热水系统

生活热水系统的热源为酒店自产锅炉蒸汽,系统竖向分为5个区,共有10个容积式换热器(每个分区2个,互为备用),使用蒸汽—水板交换热后制取50～55 ℃生活热水供酒店使用。

2.3 蒸汽锅炉系统

酒店有3台(1用2备)7 t/h的燃气蒸汽锅炉,主要用于采暖、制取生活热水和洗衣房设备。锅炉的运行参数:蒸气压力为0.7 MPa,蒸汽温度为180 ℃,排烟温度为200 ℃。

2.4 照明光源系统

酒店各区域大量使用荧光灯、卤素灯和白炽灯等传统光源,光效低,功率大,照明系统总功率为1 123 kW。

3 建筑能耗分析

3.1 能耗概况

酒店主要能耗包括电、天然气和水。电力消耗用于空调、冷水机组、照明、水泵、风机、动力等设备;天然气用于蒸汽锅炉和厨房灶具等设备,蒸汽锅炉为洗衣房设备、厨房设备、生活热水系统和采暖系统提供蒸汽;水用于客房、员工洗浴、游泳池、厨房、洗衣房设备和绿化灌溉。

2014年酒店总能耗费用约为1 639万元,其中耗电量约为1 155万kWh,耗气量约为118万m3,耗水量约为17万m3,折合标准煤4 997 t。酒店能耗类型占比分析如图1所示。

图1 酒店能耗类型占比分析

由图1可见,酒店年用电量占总能耗的69%,其中照明及插座系统年耗电为507万kWh,占总用电量的48%,中央空调系统年耗电量为285万kWh,占总用电量的27%。酒店年用天然气量占总能耗的31%,其中生活热水系统年耗气为41万m3,占总用气量的35%,冬季采暖年用气量为40万m3,占总用气量的34%,洗衣房设备年用气量为14万m3,占总用气量的12%。分析结果表明,酒店空调系统、照明系统所占用电比重较大,生活热水系统、采暖系统和洗衣房设备所占用气比重较大,这些系统都应作为节能改造的重点。

3.2 逐月能耗分析

酒店逐月标煤能耗量如图2所示。

图2 酒店逐月标煤用量

与华东地区的其他高端酒店相比,酒店逐月标煤用量并没有呈现出明显的季节性变化趋势,原因分析如下:

(1) 酒店过渡季节(4～5月和10～11月)空调系统能耗较高,这是由酒店全玻璃幕墙的建筑形态、较高的舒适度管理要求和宴会餐饮业务量等因素决定的。

(2) 酒店非季节性相关的基础性能耗较高,如洗衣房、厨房、生活热水、照明等设备和系统能耗,这部分能耗也将作为节能改造的重点。

4 节能改造内容

4.1 中央空调系统改造

4.1.1 冷冻站智能控制系统

基于酒店电力分项计量数据,冷冻站全年耗电量为231万kWh。冷冻站配置有BA控制系统,但实际操作均依靠手动控制,系统无法根据末端制冷需求的变化实时进行调节,制冷效率较低,造成能耗的浪费。采取的节能措施为冷冻站增加智能控制系统,并在冷却泵和冷冻泵上安装变频器,通过优化冷冻站节能控制逻辑,使冷冻站设备根据实际制冷需求调整负载率,使整个机房运行在最佳效率范围内。

水泵改造为变流量控制后,末端负荷较低时能自动降低水泵功率,节约水泵电耗。实时监测冷冻站制冷效率,通过优化机组的起停台数和运行时间,根据不同负荷调整机组出水温度,可将冷冻站效率至少提高15%,在输出冷量不变(不影响舒适度)的前提下,降低冷冻站电耗。节能改造后,冷冻站实现自动化控制,同时在系统故障和潜在运行风险出现时,系统可以自动预警和提示,从而降低管理成本。

改造后,冷冻站智能群控的控制系统和控制原理如图3、图4所示。

图3 冷冻站智能群控的控制系统

图4 冷冻站智能群控的控制原理

制冷时,冷冻水系统在保证最末端设备冷冻水流量的前提下,首先确定冷冻水泵变频器的最小工作频率,将其设定为下限频率并锁定。冷冻水泵调节经过设置在冷冻水系统回水总管上的温度传感器检测回水温度,再经由水泵智能控制柜设定的温度来控制变频器的频率增减。控制方式是冷冻水回水温度大于设定温度时,变频器频率无级上调;冷冻水回水温度小于设定值时,变频器频率无级下调。冷却水系统在保证冷却塔有一定流量的前提下,确定冷却水泵变频器工作的最小工作频率,将其设定为下限频并锁定。变频冷却水泵的频率是取冷却管进出水温差来进行调节,当进出水温差大于设定值时频率无级上调,当进出水温差小于设定值时频率无级下调。

实施变频智能群控改造后,预估节电率不低于15%,年节电量为231×15%=34.65万kWh。

4.1.2 空调箱、新风机智能控制

酒店公共区的空调采用空调箱集中送风,部分区域安装有变频控制,但大部分空调箱仅采用定时起停控制,不能根据室内实际冷热需求调整空调箱风量,浪费大量的电能。

节能措施即对分空调箱进行节能改造,实现优化控制:

(1) 对定风量运行的空调箱增加变风量控制功能,增加相应的变频器、传感器和控制器等,通过监测室内外焓差以及末端温度和空气质量,控制送风量和新回风比,节约空调风系统的耗电量和冷热量。

(2) 对所有的空调箱增加按需启停及温度自动设定功能,根据室内外焓差及不同时段各区域的空调负荷自动控制空调箱的开关和温度设定,实现节能运行。

(3) 风机实现自动变频控制,当室内温度满足要求时自动降低风机功率,减少风机电耗,平均节能率至少达到30%。

通过空调设定温度的动态调节,大大减少部分负荷时段空调冷热量的浪费。通过对室内温度的精确控制,减少室内过冷或过热现象,提高空调舒适度。

根据改造范围内空调箱、新风箱的年运行时间,结合风机功率,确定改造范围内的空调箱、新风箱风机年耗电量为138万kWh。预计改造后风机节电率为25%,不考虑冷热负荷的节省量,风机的节电量为138×25%=34.5万kWh。

4.1.3 厨房排油烟智能控制

酒店原各厨房配置有数台的排油烟风机,大部分为定风量运行,不能根据实际需求实现节能运行。现对使用频率较高的排油烟风机增加变风量控制功能,增加相应的变频器、传感器和控制器等节能措施,通过监测室内外温差、压差或者空气质量,控制送、排风量,节约耗电量。

风机实现自动变频控制,通过不同时段的动态调节,当温差、压差满足要求时,自动降低风机功率,减少风机电耗,平均节能率至少达到30%。

根据改造范围内排油烟机的年运行时间,结合风机功率,确定节能改造范围内的空调箱、新风箱风机年耗电量为36万kWh,预计改造后风机节电率为25%,不考虑冷热负荷的节省量,风机的节电量为9万kWh。

4.1.4 宴会区域空调箱送风分区控制

原宴会区域大会议室的空调采用全空气系统,但采用统一的送风系统,无法分区控制,当会议室部分使用时仍需要开启整个空调系统,造成能耗的极大浪费。

配合酒店宴会区域功能性装修改造,对装修改造区域的空调风系统实施改造,安装了数台风机盘管,将原有的全空气系统改造为风机盘管+新风系统,并实现本地独立控制,当部分会议室使用时,其他未使用会议室可不开启空调,节约空调能耗。根据不同区域的温度需求调整空调送风量,可精确控制宴会厅的室内温度,避免过冷或过热现象,提高环境的舒适度水平。

4.2 生活热水系统节能改造

4.2.1 水水热泵和空气源热泵制取-2F～25F生活热水

酒店-2F～25F生活热水系统的热源为蒸汽锅炉,蒸汽利用自身压力输送至位于-2F冷冻机房的换热器制取50～55 ℃生活热水,整体制热效率非常低,再加上燃气热值单价较高,造成制取热水的成本较高。另外,酒店宴会厅在3月、11月等非制冷季节仍有制冷需求,需要开启冷机制冷,造成能耗的极大浪费。

在冷冻站内安装1套水水热泵系统,在锅炉房等区域安装1套空气源热泵系统,通过消耗电能,替代蒸汽锅炉生产生活热水,同时可以供应空调冷水,节约冷机能耗。当酒店没有制冷需求时,以空气源热泵为热源,确保全年运行。

蒸汽锅炉制热效率仅有70%左右,考虑到天然气价格、换热器及输送管路热损耗,制热成本约为0.63元/kWh。热泵制热平均效率在300%左右,再考虑电价及换热损失,制热成本约为0.28元/kWh,远低于锅炉的制热成本,可以大大降低生活热水费用。热泵在制热的同时,还可提供空调冷量,减少制冷空调的用电量。

4.2.2 空气源热泵机组制取26F～30F生活热水

同时为游泳池加热、保温及酒店26F～30F生活热水系统的热源为蒸汽锅炉,蒸汽利用自身压力输送至位于27F～28F之间的技术二夹层的换热器制取50～55 ℃生活热水,整体制热效率非常低,再加上燃气热值单价较高,造成制取热水的成本较高。另泳池需要全年24 h恒温,泳池加热的耗能巨大。

节能措施是在30F屋面技术层内安装1套空气源热泵系统,通过消耗电能,替代蒸汽锅炉生产生活热水,节约天然气。

4.2.3 洗衣房热回收热泵制热水。

酒店洗衣房利用冷水与蒸汽直接换热制取热水供洗衣机使用,换热效率低,热水成本高。同时,洗衣房常年温/湿度较高,需要通过排风和空调系统进行降温和除湿,既增加用电,又浪费排风中的余热。

节能措施即在洗衣房内安装空气源热泵系统,通过回收室内空气的余热,利用热泵原理制取热水,提高制热效率。空气源热泵既可为洗衣房制冷又可以制热水,通过回收空气中的热量,有效降低室内温度,减少空调通风系统的耗电量,且综合利用率较高,大大节约天然气和空调通风系统的耗电量。

4.2.4 生活热水系统改造节能量计算

经能耗拆分,酒店生活热水系统年消耗天然气41万m3,经测试系统整体热效率为70%,热泵制热和制冷能效比分别为3.5、4.0,原制冷主机制冷能效比为6.0。

节能改造后,每年节约天然气为41万m3。制取热水新增耗电量约为81万kWh;水水热泵制取热水产生的冷量可以抵消原冷水机组制冷耗电量81×4.0/6.0≈54万kWh,生活热水系统新增用电量81-54=27万kWh。

4.3 蒸汽锅炉系统节能改造

4.3.1 燃气蒸汽发生器取代蒸汽锅炉供洗衣房和厨房蒸汽

目前,酒店洗衣房、厨房用汽设备由蒸汽锅炉通过管道输送供应蒸汽,蒸汽输送距离较长,损耗严重;再加上锅炉本体热效率较低,生活热水和采暖系统改造后,锅炉负荷会进一步降低。蒸汽锅炉为了供应这部分蒸汽一直处于低负荷运行状态,产蒸汽效率较低,造成能源的浪费。洗衣房和厨房用汽设备年消耗天然气为25万m3。

节能措施是在锅炉房内安装2台燃气型蒸汽发生器,取代蒸汽锅炉向洗衣房、厨房供应蒸汽。在非采暖季节,原蒸汽锅炉可以停炉,提高了供汽效率,节约天然气用量。

蒸汽锅炉制热效率仅为70%左右,考虑到天然气价格、输送管路热损失,供应1 t蒸汽需要消耗约110 m3天然气。采用2台1.2 t/h的蒸汽发生器,负载率较高,热效率高达95%以上,供应1 t蒸汽需要消耗天然气约为75 m3,大大降低供应蒸汽的费用。

改造后,在非采暖季节和采暖季节部分时段,可停止使用原有大型蒸汽锅炉,预计节气率不低于30%,节气量为25×30%=7.5万m3。

4.3.2 锅炉排烟热回收

酒店蒸汽锅炉排烟温度达到180 ℃以上,此部分热量直接排放到室外大气中,既可能造成一定的污染,又浪费了锅炉的热量,增加了锅炉的用气量。在排烟管道上安装热回收装置,回收利用烟气中余热,热水温度达到60 ℃以上,直接提供酒店生活热水,提高锅炉效率,节约锅炉的用气量。

4.4 照明光源系统节能改造

通过对酒店现场照明进行踏勘,进行了改造方案设计。对使用频率较高的客房、走道、电梯厅、车库及大堂等区域分批次地进行了LED光源更换,总共更换传统光源34 000多盏,改造区域原灯具总功率为985 kW,LED光源节能改造后灯具总功率为165 kW。

根据所有光源的使用时间、开灯率、调光率等参数,对比测算改造前后各种类型光源的额定功率。该系统节能改造后年节电量为220万kWh。

5 节能效果

各项节能措施实施后的节能量如表1所示。实施上述节能改造措施后,每年至少可节约电力和天然气分别为273万kWh和50.5万m3,年节约标准煤为1 400 t,综合建筑节能率为28.1%。

表1 各项节能措施实施后的节能量

节能措施年节电量/万kWh年节天然气量/m3年节标煤量/t冷冻站智能控制系统34．7—104空调箱、新风机智能控制34．5—104厨房排油烟智能控制9．0—27宴会区域空调箱送风分区控制2．0—6水水热泵和空气源热泵制取2F～25F生活热水———空气源热泵机组制取26F～30F生活热水/泳池保温-27．041．0452洗衣房热回收热泵制热水———燃气蒸汽发生器取代蒸汽锅炉供洗衣房和厨房蒸汽—7．597锅炉排烟热回收—2．026照明光源系统节能改造220．0—660

6 结语

分析了某五星酒店综合节能改造。高星级酒店的节能改造必须在了解、熟悉建筑原有系统及设备使用情况的基础上,对整个建筑的用能情况进行深入勘测和分析,通过用能拆分等方法,寻找具有节能潜力的系统,针对性地提出节能改造方案,包括更换新型高效设备及优化系统运行策略等。另外,当节能改造项目采用分享型合同能源管理的商务模式,可在保证正常运营、不停业的情况下完成施工,取得预期的节能效果和经济效益。

[1] 王黛娜,高健.上海某宾馆综合节能改造案例分析[J].暖通空调,2016,46(8):38-41.

[2] 马信海,杜佳军.某酒店综合节能改造案例浅析[J].绿色建筑,2015(3):44-47.

[3] 朱伟峰,袁瑗,陈煜,等.既有四星级酒店综合节能改造案例[J].建设科技,2015(9):48-51.

Comprehensive Energy-saving Transformation Analysis of Five-star Hotel

YANG Qing, WU Hui

(Jiangsu Dahai Intelligence System Co., Ltd., Shanghai 200433, China)

According to the history energy consumption data of a five-star hotel,this paper analyze the energy-saving potentialities in aspects of air conditioning system,hot water system,lighting system,etc.The results show that the design of steam boiler is oversize and the total thermal efficiency of hot water supply system is lower.It is pointed out that the water heat pump and air source heat pump is as the hot sources which replaced the original steam boiler,and the efficient steam generator is selected for laundry room.By using variable frequency intelligent control technology,the energy-saving plans of the central air conditioning water pump and fan are realized. The LED light sources replace the original traditional lighting light sources.The comprehensive energy-saving rate is 28%,which plays an exemplary role.It can provide references for energy conservation transformation of similar building.

five-star hotel; energy conservation transformation; building energy analysis; LED source

吴辉(1981—),男,工程师,从事建筑整体节能改造技术的集成应用方面的工作。