五星級酒店熱泵熱水系統的節能改造與應用

文_王小陣 上海斯賓茨建筑節能技術有限公司

五星級酒店的鍋爐年耗天然氣量約占整個酒店能耗的30%，在非采暖期絕大部分用于制取生活熱水，小部分蒸汽用于洗衣房、廚房等；在采暖期絕大部分用于中央空調采暖、制取生活熱水，小部分蒸汽用于洗衣房、廚房等。因此，作為五星級酒店的世茂皇家艾美酒店每年用于制取生活熱水的天然氣耗量巨大，鑒于該酒店的能耗現狀，世茂集團領導對酒店的節能改造項目非常重視。采用技術先進、節能的熱泵熱水系統改造方案后，不僅確保了酒店在施工中與施工后運營的安全性、可靠性、舒適性，還提高了能源使用效率，降低了能耗成本，獲得了良好的經濟和社會效益。同時，運行數據表明熱泵熱水系統的應用，也為世茂皇家艾美酒店打造舒適、節能、綠色環保型高檔酒店起到了積極的助力作用。

1 工程簡介

世茂皇家艾美酒店，地處上海市中心黃浦區南京東路789號，共61層，標高246m，為高層建筑，共有770間客房。在安裝熱泵熱水系統時該酒店處于正常營業階段，并且熱泵熱水系統安裝在室內，其設計、施工、系統對接、調試等環節難度極大。

熱泵熱水系統相比于燃油、氣鍋爐，沒有煙氣的排放；相比于電加熱，做到了“水電分離”，使用更加安全。同時，由于輸入的電能只是用來驅動壓縮機做功而不是直接轉換為熱能，真正做到了節能省電，全年平均能效比達到3.5左右，1kWh電可以當3.5kWh電使用，比電加熱節費75%，比燃氣鍋爐節費50%。世茂皇家艾美酒店熱泵熱水系統分為生活熱泵熱水系統和泳池熱泵熱水系統，根據酒店熱水分區供水狀況，在酒店地下1F、10F、35F、45F和53F分別加裝熱泵熱水系統。生活熱泵熱水系統設計小時產熱水量14.8t（空氣側干球溫度20℃，濕球溫度15℃，熱水側初始溫度15℃，終止溫度55℃）；泳池熱泵熱水系統設計完全滿足泳池熱水、男按摩池熱水、女按摩池熱水的水溫恒溫。同時通過RS-485接口在電腦、手機上對系統實現遠程監控，運行期間熱泵、水泵運行狀態，熱水箱水溫、水位，恒壓供水泵供水壓力，異常報警，用水量，用電量等各項參數顯示、計量、統計報表。

2 熱泵熱水系統

2.1 系統原理圖

系統安裝完成后，無需專人值守、故障率低、維護簡便，系統連接原理見圖1。

圖1 系統連接原理

2.2 系統設計

系統采用了空氣源熱泵和三聯供熱泵兩種類型，各項性能參數見表1。

表1 所用熱泵各項性能參數

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以上參數測試條件為：空氣側：干球溫度20℃，濕球溫度15℃

熱水側：初始溫度15℃，終止溫度55℃

2.2.1 熱水箱安裝位置設計

整個熱泵熱水系統中熱水箱儲存水后重量是最大的，其安裝位置在設計階段必須進行選位和荷載校核，在不損害原建筑物主體的原則下滿足容量需求。世茂皇家艾美酒店熱泵熱水系統基礎設計是以原大樓梁為承重受力點，在室內空間構建鋼結構基礎平臺，并在平臺上搭建不銹鋼水箱，部分條件受限區域的熱水箱則采用多個熱水箱組合滿足容量需求。

2.2.2 熱泵安裝位置設計

由于世茂皇家艾美酒店熱泵熱水系統必須安裝在室內，根據熱泵工作原理，必須保證通、排風順暢熱泵才能正常工作，因此該酒店的熱泵熱水系統安裝位置在設計階段必須進行選位和通、排風考慮。

2.2.3 安全運行配置

熱泵自身具有過熱保護功能；熱水箱設計有低水位和溢水保護功能；后臺監控系統設計有一鍵啟、停全自動運行和遠程手動開、關設備功能，在線監測和故障報警功能，能耗統計功能，運行參數遠程更改功能。

2.3 獨特施工工藝

2.3.1 熱泵二次搬運就位

在既有建筑內安裝熱泵，受已有的設備和管道等空間緊湊制約以及熱泵搬運時不可翻轉和大幅度傾斜，世茂皇家艾美酒店熱泵熱水系統改造項目運用了不同的二次搬運措施才保證了熱泵的安裝就位。在該項目中，設備是安裝在不同樓層室內，設備外形尺寸依據據大樓電梯的大小選購，熱泵就位采用人工和吊裝設備結合的方式，非常特殊的安裝環境還需將熱泵解體再組裝，同時管道、設備鋼支架基礎使用螺栓連接制作，減少了大量現場燒焊作業時間，也降低了對酒店的正常營運影響和火災風險。

2.3.2 與酒店原系統對接

新的熱泵熱水系統與世茂皇家艾美酒店原熱水系統是完全獨立分開的，考慮到酒店的正常營運，施工都是利用夜間用水量最少時在原熱水管道上加裝成套對接裝置，且在3個小時內完成。

2.3.3 與酒店原通排風系統對接

熱泵熱水系統的工作原理決定了熱泵必須安裝在通風條件較好的環境下才能正常工作。由于世茂皇家艾美酒店熱泵熱水系統改造項目的熱泵是安裝在既有建筑且密閉的空間內，因此設計時充分考慮了原建筑新風、排風與熱泵自身排風的結合問題，并根據現場實際狀況優化風管連接施工，保證了熱泵自身排風順暢，確保安裝后的熱泵能正常工作。

3 工程建造效益分析

3.1 熱泵熱水系統經濟效益分析

世茂皇家艾美酒店共有770間客房，對酒店原熱水系統用水量、能耗進行計量和統計，平均每天熱水用量200噸,改造前原熱水系統平均生產一噸熱水需要6.5m3天然氣，目前商用天然氣單價為3.6元/m3，原生產一噸熱水平均成本23.4元；對改造后的熱泵熱水系統實際運行數據統計，平均生產一噸熱水需電16.2kWh，目前商用電平均單價為0.8元/kWh，熱泵熱水系統生產一噸熱水平均成本13元。改造后酒店平均生產一噸熱水可以節省成本10.4元，每天可以節省成本2080元，每年可以節省成本75.92萬元，總投資費用約320萬元的熱泵熱水系統，約4a就可以將投資成本回收，而改造后的熱泵熱水系統使用的主要設備壽命為15a,期間運行維護費用都較低，其經濟效益可期。

3.2 熱泵熱水系統環境效益分析

五星級酒店要求24h供應生活熱水和保證泳池熱泵的恒溫，多數情況下熱源由燃氣的蒸汽或熱水鍋爐提供。燃氣鍋爐的尾氣中含有大量的水蒸汽、氮氧化物等，大量的排放一方面造成了嚴重的熱污染加劇了城市的“熱島效應”，另一方面又嚴重地污染了大氣環境。因此，在五星級酒店加裝熱泵熱水系統用于制備生活熱水，減少燃氣鍋爐為提供生活熱水消耗的燃氣量，可達到節能和保護環境的目的。世茂皇家艾美酒店建設的熱泵熱水系統，年節省天然氣約47.45萬m3，相當于每年可節省標準煤約576t，減排二氧化硫約47.45kg，減排二氧化氮約300kg，減排煙塵約114kg。

4 結語

五星級酒店內加裝熱泵熱水系統的建設是一項具有開拓性的工作，雖然酒店熱泵熱水系統的建造一次性投入成本較大，但其節能率高。隨著天然氣價格的逐步升高和電價的穩定尤其是谷電運行的優勢，熱泵熱水系統將能極大地促進五星級酒店及高層建筑的節能減排。