北方某五星级酒店中央空调冬季采暖节能改造系统方案

北方某五星级酒店中央空调冬季采暖节能改造系统方案

【摘要】本项目为北方某五星级酒店中央空调冬季采暖节能改造方案,要求改造旧的燃煤锅炉采暖系统,改造后2种供热源互为备用,完美结合,完全保证供暖系统的有效率及安全运行。
【关键字】热泵采暖、综合能源系统、节能改造、选型
一、工程概况
该工程是酒店中央空调冬季采暖系统节能改造工程,酒店总建筑面积约6万平方米,按照甲方提供的原设计院空调系统图纸,部分写字楼没有使用中央空调系统,大楼总采暖面积为21920㎡。经现场勘查,屋顶具备足够的空气源热泵安装的安装条件。与此同时,项目施工现场水源充足、楼面水压正常,用水处电源容量具备空气能热泵采暖机组系统的需求。
二、采暖系统节能改造方案


2.1 改造思路
整个大楼总共21920平方米的采暖面积全部进行改造,由于甲方已经购买了燃气锅炉,为了有效利用资源,结合项目所在地,全年低温气温10℃以上比较多,在气温10℃以下比较少;为了节约初投资,所以设计在环境气温10℃以上利用热泵全部满足采暖需求。环境气温10℃以下,启动燃气锅炉辅助加热。
2.2 设备选型
当室外环境温度为10℃,湿度70%的时候,湿球温度为7℃,热泵制热修正系数为K=0.73
但是年出现极端低温天气(7℃)的时间比较短,一般一年也就1个月左右,全年采暖期为4个月左右,冬季大部分的气温都在5℃(热泵的制热修正系数为0.85)以上,为了减少初投资,热泵采暖以满足5℃以上,5℃以下启动一台燃气锅炉作为辅助热源;还有因为1-5楼娱乐及餐厅白天营业时间比较少,9-24楼的客房白天采暖开机率也比较少,只有部分办公写字楼使用;而晚上写字楼基本不办公,只有娱乐及客房部分需要采暖;所以为了有效利用热源,降低初投资,而又能够保证系统的稳定性,同时使用率70%可以满足采暖要求。所以选型如下表:

序号

采暖负荷(KWH)

修正系数

单台制热量(KWh)

型号

数量

1

2192.05×70%=1534.45

0.85

160

ZKFRS-160II

11

2.3 设备选型中需关注化霜能力

在北方地区以热泵作为采暖热源时,设备选型需要建立在过硬的产品技术基础之上。在极端环境温度下的能效表现以及除霜技术,是保证产品能够正常运行,取得良好采暖效果的前提。

在这方面,中宇热泵的单机能效比COP值高达4.2,最高达到4.76,比国内外所有同类产品高出15%-25%。居国际领先水平。而在空气源热泵进军北方采暖市场最难解决的问题之一——除霜技术方面,中宇热泵采用的是智能化换向四通阀进行除霜,除霜控制采用中宇独有的三维除霜技术,通过对除霜工况的匹配,可根据空气的相对湿度,对冷凝温度、蒸发温度及压缩压力重新设定使除霜时间大大缩短及降低除霜功耗。

中宇智能除霜方法,智能除霜控制系统根据空气的温度、湿度自动检测及分析空气侧换热器是否结霜,如结霜则启动除霜装置,保证在短时间内除霜,保证机组的正常运转和制热。系统采用自动识别“温度-时间”的控制方法,比一般定时除霜方法更为先进。控制方法如下:当翅片管换热器(蒸发器)表面温度下降到设定值t1时,同时又超过设定的除霜周期时,时间继电器开始记时,同时进入除霜模式,进入除霜模式首先是四通换向阀动作,然后室外风机停转,压缩机的高温排气进入翅片盘管,使盘管表面上的霜融化。当换热器表面温度上升到设定值t2或除霜执行时间达到设定的最长除霜时间,即停止除霜。机组又恢复制热工况。

中宇智能化霜原理示意图如下:

中宇机组本身电控带有自动化霜功能,采用最成熟、最可靠的四通换向阀换向化霜方法,即当机组进入化霜状态时,四通换向阀换向,压缩机排出的高温高压制冷剂气体通过结霜的翅片换热器,可迅速将换热器上的霜融化。中宇独有的三维除霜技术,为方案的成功执行奠定了过硬的产品、技术基础。

2.4节能效果分析

采暖期按照4个月计算,其中5℃以上按照3个月计算,进水温度为15℃; 0-5℃按照15天计算; 0- -3℃按照15天计算。

热泵运行费用=热泵每小时的输入功率(KW)×额定工况采暖机组每日运行时间(按日均采暖时间20小时)×电费(元/度)×额定工况计算日历天×开机率,计算得出:

5℃以上采暖热泵运行费用:410.718kw×20h×1元/kw.h×90×80%=515639.65(元)

5-0℃采暖热泵运行费用:402.336kw×20h×1元/kw.h×15×80%=96560.64(元)

0- -3℃采暖工况运行费用:393.954kw×20h×1元/kw.h×15×80%=94548.96(元)

采暖燃气辅助运行费用=采暖需要燃气锅炉辅助热量(KW)×每立方天然气热值(KW/m³)×燃气锅炉燃烧效率×每立方天然气实际热值(KW/m³)×每立方天然气价格(元/m3)×0-5℃工况每日运行时间(小时)×开机率,计算得出:

5-10℃采暖燃气辅助运行费用:161.65×11.16×0.85×9.49×4.80×20×15×80%=19631.12(元)

5-0℃采暖燃气辅助运行费用:337.65×11.16×0.85×9.49×4.80×20×15×80%=41004.93(元)

0- -3℃采暖燃气辅助运行费用:566.45×11.16×0.85×9.49×4.80×20×15×80%=68773.69(元)

综上,可得出热泵+燃气锅炉总系统的年运行费用为836158.99元

而使用燃气锅炉热水系统年运行费用=锅炉年运行费用(元)+运行管理费用(元)

锅炉年运行费用(元):1534.45×11.16×85%×161.72×20×4.8=1490402.26

原采暖燃气锅炉需专业管理人员3人,每人每年需付30000元工资,则全年运行管理费用为3×30000=90000(元)

得出,全年总运行费用(元)1580402.26

2.5不同能源年运行费用对比

项       目

年运行费用(元)

百分率

热泵采暖系统年运行费用

¥836,158.99

100.00%

燃气采暖系统年运行费用

¥1,580,402.26

189.01%

因此,热泵采暖系统年节约运行费用达74.42万元。

三、总结分析

通过以上方案的工程投资、运行费用对比分析,我们可以看出,使用的热泵越多,节能的效果越明显,在环境温度5℃以上使用热泵采暖最为节能。

但是通过我公司对酒店空调系统现场的审核发现,热泵采暖的设备不能够安装于楼顶,因为没有其他管井可以容纳DN377×8的2条主水管道,在外墙安装安全问题不可解决并影响建筑物美观。只能选择安装在地下室内原燃煤锅炉的地方。

由于原来的燃油锅炉房面积不够多达20台的空气源热泵设备进行全面改造,所以只能选择10台左右的热泵进行部分改造,需在热泵供热不足时启动燃气锅炉作为辅助热源,可以由管道采暖温度自动控制燃油机组的启动或者停止。

环境温度10℃或以上,全部替换原锅炉进行采暖,采暖面积21290㎡,初投资322.89万元,年节省费用74.42万元,投入产出比达0.2305,可获得较高的投资收益率。

通过以上数据对比我们可以看出,使用热泵采暖的面积越大,时间越长,节能效果越明显;而从投资及节能比率方面我们也可以看出,使用热泵采暖越接近热泵的标准工况,比率越高(比率高意味着投资及收益率高),所以建议使用热泵+燃气锅炉作为辅助热源的综合能源系统是最佳方案。

备注:设计及方案施工依据

采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)

民用建筑热工设计规范(GB50176-93)

民用建筑暖通空调设计技术措施(第二版)

建筑设计防火规范(GB50016—2001)

高层民用建筑设计防火规范(GB50045—95)

建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范(GB50242-2002)

建设单位的要求