空調(diào)冷凝熱回收系統(tǒng)在賓館建筑中的應用和設計

【摘要】近年來，我國的節(jié)能事業(yè)發(fā)展十分迅猛，加強賓館節(jié)能的研究是十分必要的。本文作者結合多年來的工作經(jīng)驗，對空調(diào)冷凝熱回收系統(tǒng)在賓館建筑中的應用和設計進行了研究，具有重要的參考意義。

【關鍵詞】空調(diào) 冷凝熱回收系統(tǒng) 賓館建筑 蓄熱水罐 串級連接

0引言

隨著世界范圍內(nèi)能源日趨緊張、礦物燃料減少和能源需求明顯增長，促使人們探索節(jié)能的新途徑和提高能源的有效利用率。根據(jù)各國的能源利用水平不同，有43%～70%的能源主要以廢熱的形式丟失，還造成城市的“熱島效應”。因此，重視能源的二次利用，從而減少能源的直接消耗和排放，以達到節(jié)能和環(huán)保的目的成為空調(diào)設計的發(fā)展趨勢。熱回收空調(diào)系統(tǒng)由于具有顯著的節(jié)能效益，在近幾年來，越來越受到重視。本文將結合賓館類建筑空調(diào)系統(tǒng)的特點，通過對幾種常用的空調(diào)熱回收方式進行分析，提出采用高效水-水熱泵熱回收系統(tǒng)、熱水罐串級連接的設計方式，有效地實現(xiàn)熱水的水溫分層和順序利用，更加充分地利用空調(diào)冷凝熱回收系統(tǒng)實現(xiàn)酒店生活熱水的供給。

1 賓館類建筑常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)存在的問題

夏季，旅館類建筑為了滿足賓客對舒適、健康居住環(huán)境以及各種使用功能的要求，需要同時供冷和供熱。在常規(guī)系統(tǒng)中，一般要設置兩套獨立的系統(tǒng)，分別供應冷量和熱量。其優(yōu)點是空調(diào)系統(tǒng)與熱水供應系統(tǒng)相互獨立，易于調(diào)節(jié)。但此類常規(guī)系統(tǒng)在實際運行中一般會存在以下問題：

直接排放空調(diào)余熱造成的能量浪費問題

空調(diào)余熱是空調(diào)系統(tǒng)制冷過程中產(chǎn)生的冷凝熱及制冷機的發(fā)熱量。空調(diào)設計中對于中高檔賓館，一般取冷負荷指標為100一150W/m2，而冷凝熱量一般為冷負荷的1.2～1.3倍左右，可見空調(diào)冷凝熱量從數(shù)量上看相當龐大。在通常情況下，空調(diào)余熱是通過冷卻水系統(tǒng)集中排入大氣，因此，冷凝熱直接排入大氣勢必造成大量寶貴能源的浪費。

熱水供應運行費用問題

賓館類建筑用熱水需求量較大，如生活熱水供應、洗衣房用熱、廚房洗滌用熱以及室內(nèi)游泳池加熱等過程，這些用熱場所的水溫一般都不高于60℃，為了滿足這部分用熱量的需求，賓館建筑將要求設置供熱系統(tǒng)。在環(huán)保要求高的許多大城市中，己經(jīng)嚴格限制燃煤鍋爐房的使用。因此，在中高檔賓館中，以燃氣、燃油、電鍋爐為熱源的供熱系統(tǒng)在逐年增多，而伴隨其來的將是高額的運行費用，熱水供應的運行費用問題已經(jīng)直接影響到了中高旅館類建筑的經(jīng)濟效益。

常規(guī)系統(tǒng)對環(huán)境的影響

常規(guī)的設計在空調(diào)系統(tǒng)及熱水供應系統(tǒng)上產(chǎn)生巨大的能耗，燃料的燃燒排出大量的CO2、SO2和粉塵等有害物，會導致生態(tài)環(huán)境的破壞（如全球溫暖化、酸雨等）；另外，隨著工業(yè)化社會的加劇，“熱島效應”現(xiàn)象已經(jīng)越來越引起了人們的注意。而制冷機冷凝熱與鍋爐房廢熱的直接排放是造成以上污染現(xiàn)象的主要因素之一。

根據(jù)《公共建筑節(jié)能改造技術規(guī)范》的要求，“對于常年需要生活熱水的建筑，如旅游賓館、醫(yī)院等宜優(yōu)先采用太陽能、熱泵供熱水技術和冷水機組或熱泵機組熱回收技術；特別對于夏季有供冷需求，同時有生活熱水需求的公共建筑，應充分利用冷水機組或熱泵機組的冷凝熱。”因此，為了降低建筑的能耗，賓館建筑一般采用冷水機組熱回收系統(tǒng)來獲得免費的生活熱水。

2 空調(diào)冷凝熱回收系統(tǒng)介紹

2.1 空調(diào)冷凝熱回收系統(tǒng)的原理

冷水機組冷凝熱回收系統(tǒng)是利用制冷劑循環(huán)中制冷工質(zhì)冷凝放熱過程中釋放的熱量來制備生活熱水。目前水冷冷水機組有冷卻水熱回收與排氣熱回收兩種方式，一般以排氣熱回收型較為常用。

冷卻水熱回收：

冷卻水熱回收是在冷卻水出水管路中加裝一個熱回收換熱器。可使“熱水”從冷卻水出水中回收一部分熱量。雖然熱水的出水溫度小于冷卻水的出水溫度，但是冷水機組的制冷量和COP基本不變。

排氣熱回收：

從壓縮機排出的高溫、高壓的制冷劑氣體熱量在冷凝器中一般經(jīng)歷三個階段。如果僅回收過熱段部分的能量，此時氣體不發(fā)生相變，因此回收的僅為氣體的顯熱，此熱量約為總排熱量的12%～15%，稱為顯熱回收。若將過熱段和飽和段的熱量進行回收，則稱之為全熱回收。

2.2 熱回收供生活熱水系統(tǒng)

對于熱回收的熱水系統(tǒng)可以是直供式，也可以通過間接換熱式。間接換熱即通過熱回收器獲得一定溫度的熱水，再經(jīng)過換熱器，對生活熱水系統(tǒng)的補水進行預熱。該方式由于間接換熱，熱量利用率不高，但對熱回收系統(tǒng)衛(wèi)生要求低，可保證水質(zhì)不受影響。

因此，從提高熱量利用率、減少熱損失的方面考慮，可通過將熱回收熱水進行直接利用，但對這種供熱水模式，需要解決的問題是如何保證蓄熱水罐內(nèi)冷熱水分層明顯，防止冷熱混合、降低熱量品質(zhì)。

傳統(tǒng)的直接供熱系統(tǒng)，一般是送至熱水池或者同時送至各個生活熱水箱上側，回水則同時從各個熱水箱下側接出，冷水也是同時從各個水箱下側補水，由于水箱不分先后順序同時供水，造成其供回水溫差小，熱回收水流量偏大。由于冷水的擾動，導致各個水箱的出水溫度不穩(wěn)定，經(jīng)常達不到用戶的水溫要求，從而造成熱水機組及其水泵頻繁開機的問題。因此，需要對熱回收蓄熱水罐的連接方式進行優(yōu)化，下面將結合某酒店空調(diào)工程實例來分析熱回收系統(tǒng)的設計。

3 工程實例

3.1 項目概況

廣州某五星級賓館的更新改造工程，總建筑面積11萬平方米，首層至4層為裙房，主要功能為：酒店大堂、餐飲、商店、會議室等；四層至28層為客房層。空調(diào)設計冷負荷為8150KW，熱負荷為3090KW，生活熱水最大時熱水用量為66.21m3/h。

由于該賓館的全年熱水的需求量大且出水溫度要求較高，因此選用由兩臺制熱量為872KW的高效水-水高溫熱泵全熱回收機組、4臺熱水循環(huán)泵、4臺冷水循環(huán)泵以及5個梯級蓄熱水罐組成的空調(diào)全熱回收系統(tǒng)；高效水-水高溫熱泵全熱回收機組作為酒店衛(wèi)生熱水的熱源，同時回收免費的冷量供空調(diào)系統(tǒng)使用。

本項目采用蓄熱水罐串級連接的方式，對水溫進行分層，對熱水進行梯級利用和順序利用。以下說明該系統(tǒng)工作過程：在蓄熱階段，全熱回收機組熱水出水首先進入最靠近出水側的蓄熱水罐SG-1，最先把該水罐內(nèi)的水置換成60℃的熱水，將冷水壓出依次經(jīng)過SG-2、3、4、5，最終進入熱回收機組內(nèi)換熱。經(jīng)過一段時間蓄熱，最終將所有水罐內(nèi)的水均加熱至60℃。在正常用熱階段，該系統(tǒng)優(yōu)先從最靠近出水側的水罐SG-1供給60℃的生活熱水至各分區(qū)的熱用戶，各區(qū)熱用戶的回水匯總后直接回至離出水側最遠的水罐SG-5下側，然后在該熱水罐的下側再通過出水管接至全熱回收機組加熱。

3.2 節(jié)能性分析

根據(jù)本項目給排水專業(yè)提供的計算資料可知，該賓館的平均小時用熱水總量為29m3/h，用熱量為1485KW，換算至由燃氣熱水鍋爐提供生活熱水，取燃氣低位燃燒值為40390KJ/m3，鍋爐熱效率0.9，按每日至少供熱小時數(shù)18H計算，每日可節(jié)省燃氣2647m3。

4 結論

本文通過討論賓館建筑中應用常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)所帶來的一系列問題，重點介紹了空調(diào)冷凝熱回收系統(tǒng)的原理，通過對工程實例的計算分析，可以得出在賓館類建筑中使用空調(diào)冷凝熱回收系統(tǒng)，對于節(jié)能減排、環(huán)境保護具有十分重要的應用價值。同時，通過在傳統(tǒng)熱回收系統(tǒng)的基礎上對熱水供熱系統(tǒng)進行了優(yōu)化，使用蓄熱水罐串級連接的供熱方式，可更好地實現(xiàn)冷熱水分層，降低冷熱水混合造成供水溫度下降的影響，使供水溫度比較穩(wěn)定。

參考文獻

1、《公共建筑節(jié)能設計標準》（GB50189-2005）

2、《全國民用建筑工程設計技術措施節(jié)能專篇暖通空調(diào)·動力》2007

3、陸耀慶主編《實用供熱空調(diào)設計手冊》北京： 中國建筑工業(yè)出版社， 2006