二個酒店中央空調熱回收的節能實例分析

陳志昆,葉為學

(1.廈門海星設備技術工程有限公司,廈門361012)

1 導 言

能源是人類生存和社會發展的重要物資基礎,隨著我國國民經濟的持續快速發展,能源的需求量大幅度增加,導致了能源日益緊張。能源消費量的快速增長又使環境不斷惡化,人們面臨著嚴峻的節能與環保形勢。

空調耗能約占國民經濟總能耗的10%～15%,是建筑能耗的主要構成部分。隨著商業建筑中賓館、酒店、商場、醫院、運動館、休閑會所大量興建、空調耗能還將不斷增長。空調制冷設備的運行又導致廢熱排放量增加,使溫室效應更加惡化,影響環境。空調節能減排將成為專業人員的一個重大課題。而利用酒店空調機組廢熱制取生活熱水,將是一個節能減排的好方法。

2 熱回收冷水機組

水冷冷水熱回收機組是在水冷冷水與熱回收技術為基礎上的節能環保型空調機組,該機組可在制冷狀況下,對部分冷凝熱進行回收利用,制成生活熱水,熱水溫度可達到50℃。可滿足賓館、酒店、醫院、會所、運動館等場所的熱水需求。在制冷機組運行時,生活熱水鍋爐可停用,不僅節約了能源,而且減少廢熱的排放。同時減少熱水鍋爐的燃油燃氣使用量,減少了向大氣排放的CO2氣體,減少溫室效應,利于環境保護。

水冷冷水熱回收冷水機組工作原理:通常水冷式制冷機在夏季供冷空調時都單純的采用冷卻塔進行冷卻,這時大部分熱能 (壓縮機排氣的冷凝熱)被白白排放至大氣環境而浪費掉了,并且冷卻塔系統為了排熱必須額外消耗大量的循環水量和電能。熱回收設備則巧妙地將被浪費的熱能集中回收來制取生活熱水,其方法是制冷循環系統中制冷劑從壓縮機排入冷凝器之前首先進入熱回收裝置,從中制取生活熱水,然后制冷劑再流入冷凝器內,冷卻水吸收其余熱后被冷卻塔排放到大氣環境中。其工作流程見圖1,這樣既回收了廢熱來產生生活熱水,直接得到經濟效益,又保護了大氣環境免受熱污染,一舉兩得。

圖1 部分熱回收冷水系統機組工作流程原理示意圖

在水冷空調機上應用熱回收技術時,空調制冷機因此可節能10%～15%,而且由于冷凝溫度降低還可延長壓縮機使用壽命。

3 廈門艾美酒店空調、熱水供應系統優化實例分析應用

3.1 概述

廈門艾美酒店建于2008年,建筑面積41260m2,342間客房,2000m2的會議中心,是一座集客房、餐飲、會務、健身、休閑為一體的國際五星級奢華酒店。原空調設計用300RT(1055kW)螺桿式水冷冷水機組4臺 (三用一備),生活熱水用2臺燃煤氣鍋爐專供。

廈門地處南方,夏天季節長,空調冷水機組使用期長達六個月,酒店規模大、客房數量多,又備有健身、休閑會所等功能,生活熱水用量大。如果把設計中的空調冷水機組優化為熱回收冷水機組,既能保證酒店空調舒適性,又能通過機組排放出的廢熱制取生活熱水滿足酒店需求,既節約又減少熱水能耗的成本。

3.2 優化論證

原設計方案空調冷水單冷工況機組+煤氣鍋爐熱水機組,計算煤氣鍋爐供熱水所需耗能量與CO2排放量。

(1)酒店客房生活熱水需求量,根據規范計算:

標準雙人房間200 L/日,共302間,配水量60.4 t/日;

標準單人房間100 L/日,共40間,配水量404 t/日;

供水溫度:45～50℃;

配水總量:64.4 t/日

(2)客房熱水需熱總量:

加熱客房熱水的熱量可以用下式計算:

根據公式 (1),將每t水從20℃加熱到50℃需要熱量125610kJ。

(3)客房每日熱水總耗熱量:

125610kJ×64.4t/d=8089284kJ/d

(4)煤氣熱水鍋爐每日能耗費用:

煤氣其能源熱值為16800kJ/m3(4000kcal/m3),效率80%,1m3煤氣燃燒釋放熱量為:

16800×80%=13440kJ/m3

每日煤氣消耗量為:

8089284kJ/d÷13440kJ/m3≈602m3/d

煤氣按3.6元/m3計算,客房熱水鍋爐每日運行能耗費用:

運行費用=602m3/d×3.6元/m3=2167元/d

(5)煤氣燃燒時CO2氣體排放量 (煤氣燃燒產生CO2量為2.66kg/m3):

2.66kg/m3×602m3/d=1601.3kg/d

通過以上各項設計分析,酒店客房衛生熱水每月需求量為1932t,熱水鍋爐煤氣需用量為18060m3,折成費用65010元,煤氣燃燒排放CO2氣體量為48039kg。

酒店的環境舒適性要求很高,所以酒店內部舒適的室內環境已成為保證客源的一個非常重要的措施。酒店的空調設施是室內氣候的重要保證,尤其在廈門這樣的南方地區基本上一年中有6個月都必須開啟冷水機組。

夏季機組運行時間6個月,客房所需熱水總量11592t,制取熱水耗能量 (煤氣)108360m3,價值39006元,CO2氣體排放量288234kg。由此可見,酒店衛生熱水需求量大,用于供熱水用的煤氣鍋爐熱水機組耗能量大且又排放大量的CO2,加大能源的消耗和環境的傳染。

3.3 優化選擇

如何尋求一個技術可行,能充分挖掘節能潛力的好方法,國內有學者對空調冷水機組的廢熱回收技術進行研究,也已有空調制冷設備制造企業生產應用熱回收技術的熱回收水冷冷水機組,突破了空調系統和熱水供給系統的傳統設計做法 (空調冷水機組加燃燒鍋爐熱水機組)。采用空調熱回收冷水機組,利用冷凝廢熱代替燃燒鍋爐熱水機組幾乎零費用就制取了所需的衛生熱水,其節能效果和經濟價值是十分可觀的。由此對原設計進行優化,采用了熱回收冷水機組代替單冷工況的冷水機組,增加了冷水機組熱回收裝置與蓄熱水箱循環管道連接系統。

3.4 優化方案與原設計方案初投資費用比較

表1 二種方案初投資費用匯總 (單位 :萬元)

3.5 使用效果

該項目于 2007年優化設計后進行安裝,于2009年竣工,酒店營業,空調系統投入使用。

夏季機組運行期長達6個月,在冷水機組運行使用期間,燃氣鍋爐全部停用。冷水機組的廢熱回收制取的生活熱水溫度達50℃,熱水量完全滿足酒店用量需求。從酒店提供2011年度住房率和能耗圖表一煤氣進行統計歸納 (見表2)。

表2 2011年酒店住房率與生活熱水能耗量統計表

通過2011年酒店住房率與能耗量 (見圖2、圖3)的統計表明,夏季采用空調熱回收的冷水機組代替燃氣鍋爐制取生活熱水,整個運行期可為酒店節省能耗費用38萬元之多,折成煤氣量達105555m3。使用的結果,節能效果明顯,其增加的投資費用,只要一年多就可回收。

4 廈門金寶大酒店空調設備改造熱回收應用分析與使用效果

4.1 概述

廈門金寶酒店建于二十世紀八十年代,是廈門較著名的老三星級涉外酒店。建筑面積10000m2,共六層,客套房124間,集客房、餐飲、會務、休閑為一體的多功能酒店。原空調系統與生活熱水系統采用常規系統 (單冷冷水機組、加熱水鍋爐機組)。使用二臺100RT(352kW)水冷冷水活塞式機組,能效比COP只有3.5,另一臺燃油中央熱水機組供應生活熱水,熱水機房及蓄熱水箱設在酒店頂層。酒店于2007年進行空調系統中的水冷冷水機組改造。

4.2 改造節能分析

該酒店空調原使用的二臺水冷冷水活塞式制冷機組,經過二十多年的使用,雖然是全進口的產品,勉強可以使用,但設備已老化,加上原活塞式機組能效比很低,耗能量大,不經濟,酒店決定更換。提出按照原設計的方式,簡單更換二臺單冷冷水機組,空調系統與酒店熱水供應系統不變。由于以往酒店經營中,能耗費用占了酒店開支很大的比例,如果只考慮初投資費用,簡單地更換成高能效的冷水機組,運行費用是比以往的舊機組低。但由于夏天還是以傳統鍋爐系統供應生活熱水,因而運行費用還是達不到經濟節省的效益。若采用熱回收冷水機組加上熱水管路改造方案,節能效果肯定會更好,在改造前進行二個方案節能及經濟效益分析:

(1)改造初投資費用:

A方案:

更換舊冷水機組,采用高能效螺桿冷水機組,機組能效比COP為5.2,投資費用:27.2萬元/臺×2=54.4萬元。

B方案:

更換舊冷水機組,采用高能效帶熱回收螺桿冷水機組加熱水改造,機組能效比COP為5.2,投資費用:30萬元/臺×2+2.5萬元 (熱水改造)=62.5萬元。

(2)生活熱水運行成本:

酒店生活熱水日需求量為24.8t,每年夏季運行期為6個月,按實際住房率80%計,總共需求量為3571t。

1t熱水需熱量為34.9kWh,柴油能源熱值為42840kJ/kg(10200kcal/kg),效率65%,即1kg燃油可提供的熱量為:

42840×0.65=27846kJ

制取1t生活熱水費用 (柴油單價8200元/t):

125610kJ÷27846kJ/kg×8.2元/kg=37元

燃油鍋爐生活熱水夏季運行期 (6個月),運行成本:

37元×3571t=132127元

4.3 改造方案比較與選擇

根據A、B兩種工程改造方案的初投資及生活熱水運行費用計算結果顯示,A方案在初投資費用上比B方案省了8.1萬元。但生活熱水夏季燃油費用要多支13.21萬元,比較后表明采用B方案熱回收冷水機組在夏季運行期廢熱制取生活熱水可節省能源和獲得較大的經濟效益。為此酒店空調冷水機組改造工程采用了B方案選用熱回收冷水機組。熱水管路改造工程較為簡單,只在熱回收冷水機組的熱回收裝置與原蓄熱水箱增加一套封閉管路,再增加一臺循環水泵進行系統熱水循環就行。改造難度不大,費用也不高。

4.4 使用及效果

酒店空調系統的冷水機組改造后,高效能的螺桿式熱回收冷水機組,能效比COP為5.2。新、舊機組制冷量相同下,新機組比原來的活塞式機組每臺電功率減少25kW/h,按75%的效率,機組每天運行平均18h計算,改造后的冷水機組每年運行期(6個月)就可節約用電量12.15萬kWh,酒店2011年能耗統計資料,在夏天冷水機組使用燃油生活熱水鍋爐停用期間,共節約柴油12.6t,按油價8200元/t,折計算為10萬多元,加上節電費用,一年可實現節支約20萬元,改造投資回收期只要三年多。

5 結論

在生活熱水用量大的賓館、酒店、醫院、運動館等場所,按傳統常規的空調系統和生活熱水系統分別由二套獨立系統的機組各自運作。每當夏季空調冷水機組運行時,大量的冷凝熱當作廢熱排放于大氣中,與此同時酒店又需求大量生活熱水,燃燒鍋爐又要消耗大量的能量來制取熱水。一邊在浪費,一邊在耗能,怎樣突破傳統做法,尋求一個技術可行,將廢熱資源再生。熱回收技術的應用將解決這個課題。在二十世紀,國內有關專家、學者雖然已開始探討中央空調冷凝熱回收技術,但是空調冷水機組有熱回收的開發產品不多,使用案例更少。文中廈門艾美酒店空調系統優化原設計方案,論證了利用熱回收空調系統每年約節約能源效果和經濟效益,證實了每年均能節約能源—煤氣10多萬立方,節省能源費用38萬元之多。

二十世紀九十年代,具規模的酒店都配備了中央空調設施和熱水供應系統,基本上也是按常規設計的。加上當時的設備能效普遍較低,使用至今也均十幾年,已進入設備改造期。本文廈門金寶大酒店的設備改造,通過節能分析后采用了熱回收技術空調冷水機組,實用效果比以往使用的設備與系統可節電12多萬kWh,節約柴油12.6噸,一年節省費用約20萬元。項目改造投資回收期只要三年。

實用結果表明回收利用酒店空調冷凝熱制取生活熱水,具有很好的節能效果和經濟價值。二個案例已列為第九屆中國 (廈門)國際節能博覽會節能示范工程。

[1]龔九彩,常世均,馬揚等.蒸汽壓縮式水冷制冷機的雙冷凝器熱回收技術[J].建筑節能通風空調,2005.24(1):6-12