鄭州某超高層酒店生活熱水系統改造案例分析

任天宇

上海東方低碳科技產業股份有限公司

0 引言

目前，熱水能耗在建筑能耗中所占的比例日益越加，建筑熱水系統節能日益受到大家的重視[1-3]。酒店、醫院等建筑均有生活熱水需求，且其熱水量較大，制取熱水所需的能源消耗也較大[4]。目前制取生活熱水一般通過燃氣鍋爐完成，雖然其出水溫度穩定且滿足建筑內生活熱水溫度需求（建筑內生活熱水溫度一般為55 ℃～60 ℃），但其能源利用率小于1[5，6]。

熱泵是一種充分利用低品位熱能的高效節能裝置[7]。熱泵的工作原理是以逆循環方式迫使熱量從低溫物體流向高溫物體的機械裝置，它僅消耗少量的逆循環凈功，即可得到較大的供熱量，可以將難以應用的低品位熱能有效地利用起來以達到節能目的[8]。以鄭州某超高層酒店熱水系統改造為典型案例（以下簡稱“酒店”），為既有公共建筑熱水系統節能改造工作提供一定的借鑒。本文所指的空氣源熱泵熱水器的低品位熱源為室外空氣或洗衣房高溫環境，水水熱泵的低品位熱源為空調冷凍水系統。

1 項目概況

該工程位于鄭州市的五星級酒店，酒店于2006年投入使用。酒店總建筑面積約8 萬㎡，建筑高度245 m，地上59 層，地下3 層。酒店2019 年平均入住率約86.4%。酒店各樓層功能分布見表1。

表1 酒店各樓層功能性分布表

酒店采用2 臺蒸汽鍋爐（一用一備）作為熱源，鍋爐房供氣壓力為0.8 MPa。酒店鍋爐房分三路供汽至塔樓及裙房（洗衣房、酒店低區及高區的采暖，生活熱水），還有一路直接供至B1 暖通熱交機房（酒店地下部分及裙房的采暖）。酒店熱源設備性能參數見表2。

表2 酒店熱源設備參數

2 鍋爐系統能耗分析

酒店燃氣主要用于廚房及蒸汽鍋爐，據統計酒店2019 年鍋爐燃氣耗量為941 662 m3，折合標煤1 223 tce。蒸汽鍋爐主要供應洗衣房、生活熱水及采暖。對酒店鍋爐燃氣耗量進行拆分統計，鍋爐燃氣能源流向見圖1。

圖1 鍋爐燃氣能源流向

由圖1可知，生活熱水耗氣量為455 943 m3，占鍋爐總耗氣量的48.4%。其中，裙房（B3-4F）熱水耗氣量155 236 m3，泳池加熱耗氣量73 785 m3，客房中低區（37F-50F）熱水耗氣量151 281 m3，客房高區（51F-59F）熱水耗氣量75 640 m3。本次改造的重點為酒店生活熱水系統部分。

3 熱水系統改造方案

3.1 新增洗衣房熱回收熱泵系統

改造前，洗衣房熱水由蒸汽鍋爐供蒸汽至B3容積式熱水換熱罐提供生活熱水，同時夏季洗衣房內工作環境溫度偏高。通過改造，在洗衣房新增1臺制熱量為38 kW的空氣源熱泵提供洗衣房用生活熱水，優化換熱罐系統，將換熱罐串聯使用，分設低溫及高溫換熱罐，有效降低水溫波動，增加閥門可隨時切換到原系統，方便檢修。同時，空氣源熱泵為洗衣房區域提供冷風，解決洗衣房溫度較高的問題。洗衣房熱水系統改造示意圖見圖2，洗衣房熱水系統改造主要設備材料見表3。

圖2 洗衣房熱水系統改造示意圖

此次改造，洗衣房熱泵系統年節氣量11 487 m3，年耗電量20 832 kWh。統計計算見表4。

3.2 裙房區生活熱水及泳池加熱系統改造

酒店裙房區生活熱水原熱源由蒸汽鍋爐供蒸汽至B3 容積式熱水換熱罐提供生活熱水，泳池加熱熱源由蒸汽鍋爐蒸汽板換熱提供，現方案將新增1 臺制熱量255 kW 的水水熱泵提供裙房區生活熱水及泳池/按摩池加溫需求；同時對原蒸汽冷凝水回收系統進行優化，蒸汽冷凝水通過板換熱提供裙房區部分熱水熱量；水水熱泵蒸發側接冷凍水回水管，提供裙房區冷空調。裙房生活熱水及泳池加溫系統改造示意圖見圖3[9]，裙房生活熱水及泳池加溫系統改造主要設備材料表見表5。

此次改造，裙房及泳池加溫系統年節氣量174 027 m3，年耗電量176 996 kWh（見表6）。

3.3 水水熱泵系統提供客房中區/低區生活熱水

酒店中區/低區客房熱水的原熱源由蒸汽鍋爐供蒸汽至36F 容積式熱水換熱罐提供生活熱水，現方案將新增2 臺制熱量為180 kW 的水水熱泵提供客房高區生活熱水，優化換熱罐系統，將換熱罐串聯使用，分設低溫及高溫換熱罐，有效降低水溫波動，增加閥門可隨時切換到原系統，方便檢修；水水熱泵蒸發側接客房冷凍水回水管，提供客房區冷空調。水水熱泵[10]提供客房中低區熱水示意圖見圖4，水水熱泵提供客房中低區熱水主要設備材料見表7。

表3 洗衣房熱水系統改造主要設備材料表

表4 洗衣房熱泵系統計算表

圖3 裙房生活熱水及泳池加溫系統改造示意圖

表5 裙房生活熱水及泳池加溫系統改造主要設備材料表

表6 裙房生活熱水及泳池加溫系統計算表

表7 水水熱泵提供客房中低區熱水主要設備材料表

圖4 水水熱泵提供客房中低區熱水示意圖

通過此次改造，水水熱泵提供客房中低區系統年氣量121 025 m3，年耗電量130 782 kWh。詳細計算過程見表8。

3.4 風冷熱泵系統提供客房高區生活熱水

酒店高區客房熱水原熱源由蒸汽鍋爐供蒸汽至56F 容積式熱水換熱罐提供生活熱水，現方案將新增5 臺制熱量41 kW 空氣源熱泵提供客房高區生活熱水。客房高區熱水系統改造示意圖見圖5，客房高區熱水系統改造主要設備材料見表9。

圖5 風冷熱泵系統提供客房高區生活熱水示意圖

表8 水水熱泵提供客房中低區熱水計算表

表9 風冷熱泵系統提供客房高區生活熱水主要設備材料表

此次改造，風冷熱泵系統提供客房高區生活熱水節氣量60 512 m3，年耗電量103 896 kWh 見表10。

4 節能效果

經過對酒店生活熱水系統整體改造后，節能量匯總見表11。

實施上述熱水系統改造后，每年增加電力消耗量432 506 kWh，每年節約燃氣消耗量367 051 m3，年節約標準煤約347 t。

5 結論

分析了鄭州某超高層酒店生活熱水系統改造的案例，對生活熱水改造系統進行詳細的系統設計、參數配置及節能分析計算。超高層建筑用能有其獨特的之處，改造工程必須在充分熟悉原有建筑用能系統及設備使用情況的基礎上，對建筑進行深入的踏勘、分析，并通過能源流向分析拆分各用能系統能耗，針對存在能源浪費或節能潛力的點提出可行性的節能改造方案。

表10 風冷熱泵系統提供客房高區生活熱水計算表

表11 熱水系統改造節能量匯總

超高層蒸汽輸配系統熱損失較大，針對此類設計改造建議分區改造設計。考慮熱水系統的冷熱同源問題，不同熱水分區單獨進行熱水系統設計，避免冷熱不同源造成串水現象。針對鄭州某超高層酒店熱水系統進行分區改造設計后，鍋爐系統整體節能率為28.4%。