夏热冬暖地区酒店冷热源回收方案分析

张美玲，沈洪

（1、2. 广东省建筑设计研究院，广州 50010）

1 项目概况

本工程位于广东省广州市，是一栋集酒店、办公及商业等于一体的多功能综合性建筑，总建筑面积为 131000 平方米，地下室共两层，地上 4 层裙楼，两栋塔楼 17 层；其中：酒店塔楼 5 层至 15 层，建筑高度 73.800 米，功能为酒店客房。办公塔楼 7 层至 16 层，建筑高度 80.000 米，功能为办公室。本次机电设计仅包括酒店，酒店部分建筑面积 33800平方米，为万豪“万怡”酒店品牌。

2 空调冷源热回收方案分析

本项目地处广东佛山，为夏热冬暖地区，全年供冷周期长，同时全年均需供应生活热水，在我国，酒店能耗中空调系统能耗最大，所占比重为46.1%，卫生热水供应耗能次之，也占到了31%［1］，所以酒店系统空调和生活热水节能极其重要。目前五星级酒店普遍采用制冷机冷凝热回收技术，将冷凝器热量回收以预热生活热水，节约锅炉能耗［2］。冷凝热回收通常采用两种方式：（1） 水水热泵/全热回收机组，广州白天鹅宾馆改造就采用了水水热泵热回收系统，工程交付使用以来系统运行稳定，该项目为2014 年国家住房城乡建设部绿色建筑科技示范工程［3］。（2）部分热回收机组，相对于全热回收机组，出水温度相对较高，为了提高热回收系统的使用寿命，热水温度一般不宜过高，对于酒店热水供应来说，一般以60℃为宜。本文对以上两种方案进行综合经济性比较分析，以便寻找最适合本项目的热回收方案，以降低初投资，节约运行费用，寻求最佳投资回报。

2.1 生活热水负荷分析

通过计算，酒店生活热水最大小时热水量为22m3/h，温度由15℃加热到60℃，所需加热负荷为 1150kW。最高日生活热水用水量为178 m3/d，日耗热量为9310kWh。设计日逐时生活热水负荷分布如图1所示。如采用常规热水锅炉供热方式，为简化计算，不考虑热水供应季节性波动因素，全年提供生活热水所需要燃气量为322824Nm3，燃气单价按照3.5元/ Nm3计算，全年提供生活热水所需要的燃气费用为113万元。

图1 生活热水逐时负荷分布图

2.2 空调冷负荷分析

利用空调负荷计算软件根据酒管负荷计算要求条件，初步计算酒店空调冷负荷为 3100kW（881RT），空调面积冷负荷指标为 153W/m2。设计日逐时冷负荷分布如图2所示：

图2 设计日空调逐时冷负荷分布图

根据空调负荷特点及当地气象参数，全年可划分为四种典型的空调工况，空调冷负荷与生活热水负荷在全年四种典型工况下的匹配关系如图3所示：

图3 典型工况空调冷负荷与生活热水负荷匹配图

从上述数据可知，针对常规热水锅炉供热系统，为满足全年生活热水供热所需要的燃气费用高达 113 万元（不含锅炉、给水泵等设备的运行费用）。同时，本项目地处夏热冬暖地区，供冷周期较长，夏季及过渡季冷负荷较大且冬季也有一定的供冷需求，这为回收利用冷源冷凝热来预热生活热水从而节省一定的燃气费用提供了条件。

2.3 冷源热回收方案技术分析

在技术可行、控制安全可靠的前提下，根据空调负荷和生活热水负荷，选定常用的两种热回收方案进行比较分析：方案一：采用水水热泵机组进行全热回收，设置1台250RT 螺杆式水水热泵机组及2台 400RT 螺杆式冷水机组，系统图如图4所示。热泵机组平时为制热工况，提供 60/55℃热水供生活热水系统的预热，同时蒸发器侧对空调冷冻水的部分回水进行冷却，冷冻水回水再经螺杆式冷水机组冷却后供应空调末端设备。当一台螺杆机检修或空调冷负荷接近峰值时，热泵机组转换为制冷工况，保证系统总制冷量满足冷负荷的需求。本方案综合考虑冷水机组冷凝热与生活热水耗量的匹配关系，通过自控系统的设计及蓄热水箱的设置，能够平衡空调冷凝热负荷与生活热水负荷的波动，最大限度的利用回收的热量来供应生活热水。

图4 方案一（水水热泵/全热回收机组）系统示意图

方案二：采用部分热回收机组进行热回收，设 3 台350RT 部分热回收螺杆式冷水机组，部分热回收机组以制冷为主，回收制冷剂冷凝显热，其余热量通过冷却塔散热，系统图如图5所示。

图5 方案二（部分热回收机组）系统示意图

3 热回收经济性分析

3.1 初投资分析

根据空调冷负荷，本项目可采用的基础方案为设置3台350RT的螺杆冷水机组，各方案设备成本及配置如表1所示。相对于基础方案（不进行热量回收），方案一需增加投资 77.9 万元，方案二需增加投资 26.6 万元。

表1 各方案设备配置及成本表

3.2 运行费用分析

各方案可回收热量按下列条件确定：方案一：水水热泵/全热回收方案可回收热量按将水预热至 55℃考虑；方案二：部分热回收方案可回收热量按冷机冷量的 10%考虑。各方案不同工况下回收热量对比如图6所示：

图6 不同工况下回收热量对比

根据酒店建筑的特点结合当地的气候条件，工况一区间一般出现在 7、8 月份，每年大约 25 日，方案一每日热回收量为5793kWh，方案二每日热回收量为2309kWh；工况二区间一般出现在在 5~9 月份，每年大约 130 日，方案一每日热回收量为5793 kWh，方案二每日热回收量为1776kWh；工况三区间一般出现在 1~5、10~12 月份，每年大约 180 日，方案一每日热回收量为5416 kWh，方案二每日热回收量为948kWh；工况四区间一般出现在在 1、12 月份，每年大约 30 日，方案一每日热回收量为3781kWh，方案二每日热回收量为415kWh，各方案在不同工况回收热量如表2所示。

根据计算每年节省燃气用量为：方案一节省226414Nm3，方案二节省53773Nm3，燃气单价按照3.5元/ Nm3，方案一年节省燃气费用为79万元，方案二年节省燃气费用为18.8万元。

方案一热回收工况，制冷机组及热回收循环泵增加的年耗电量为191923 kWh，年增加电费为19.2万元；方案二热回收循环泵增加的年耗电量为5264kWh，年增加电费为0.5万元。

表2 各方案不同工况下回收热量汇总表

方案一扣除年增加电费，年节省费用为59.8万元；方案二扣除年增加电费，年节省费用为18.3万元。表3为各方案投资回收期分析表，从表中可以看出，两种方案的投资回收期均在可接受范围内。各设备平均寿命期按10年考虑，方案一可节省520万元，经济性较好。

表3 投资回收期分析汇总表

4 结论

通过以上比较可知，各方案控制较简单，安全可靠性均较高。从经济性角度来讲，方案一与方案二的投资回收期均较小并在可接受范围内，整个设备寿命期内方案一可节省 520万元，具有一定的优势。方案一相对占用机房面积较多，经初步安排布置，现预留设备房（锅炉房、换热机房及制冷机房）可满足方案一的设备布置要求。综合以上分析，推荐采用方案一，即采用水水热泵全热回收方案。

通过本文分析可知热回收机组对于夏热冬暖地区酒店建筑具有较大的节能潜力，新建建筑可根据空调负荷和热水负荷的匹配关系选择合适的热回收系统，对于近年来增多的节能改造项目可根据现有冷热源配置选择合适的热回收系统。