陳志昆,葉為學(xué)

(1.廈門海星設(shè)備技術(shù)工程有限公司,廈門361012)

1 導(dǎo) 言

能源是人類生存和社會(huì)發(fā)展的重要物資基礎(chǔ),隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)快速發(fā)展,能源的需求量大幅度增加,導(dǎo)致了能源日益緊張。能源消費(fèi)量的快速增長(zhǎng)又使環(huán)境不斷惡化,人們面臨著嚴(yán)峻的節(jié)能與環(huán)保形勢(shì)。

空調(diào)耗能約占國民經(jīng)濟(jì)總能耗的10%～15%,是建筑能耗的主要構(gòu)成部分。隨著商業(yè)建筑中賓館、酒店、商場(chǎng)、醫(yī)院、運(yùn)動(dòng)館、休閑會(huì)所大量興建、空調(diào)耗能還將不斷增長(zhǎng)?？照{(diào)制冷設(shè)備的運(yùn)行又導(dǎo)致廢熱排放量增加,使溫室效應(yīng)更加惡化,影響環(huán)境?？照{(diào)節(jié)能減排將成為專業(yè)人員的一個(gè)重大課題。而利用酒店空調(diào)機(jī)組廢熱制取生活熱水,將是一個(gè)節(jié)能減排的好方法。

2 熱回收冷水機(jī)組

水冷冷水熱回收機(jī)組是在水冷冷水與熱回收技術(shù)為基礎(chǔ)上的節(jié)能環(huán)保型空調(diào)機(jī)組,該機(jī)組可在制冷狀況下,對(duì)部分冷凝熱進(jìn)行回收利用,制成生活熱水,熱水溫度可達(dá)到50℃。可滿足賓館、酒店、醫(yī)院、會(huì)所、運(yùn)動(dòng)館等場(chǎng)所的熱水需求。在制冷機(jī)組運(yùn)行時(shí),生活熱水鍋爐可停用,不僅節(jié)約了能源,而且減少廢熱的排放。同時(shí)減少熱水鍋爐的燃油燃?xì)馐褂昧?減少了向大氣排放的CO2氣體,減少溫室效應(yīng),利于環(huán)境保護(hù)。

水冷冷水熱回收冷水機(jī)組工作原理:通常水冷式制冷機(jī)在夏季供冷空調(diào)時(shí)都單純的采用冷卻塔進(jìn)行冷卻,這時(shí)大部分熱能 (壓縮機(jī)排氣的冷凝熱)被白白排放至大氣環(huán)境而浪費(fèi)掉了,并且冷卻塔系統(tǒng)為了排熱必須額外消耗大量的循環(huán)水量和電能。熱回收設(shè)備則巧妙地將被浪費(fèi)的熱能集中回收來制取生活熱水,其方法是制冷循環(huán)系統(tǒng)中制冷劑從壓縮機(jī)排入冷凝器之前首先進(jìn)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(nèi),冷卻水吸收其余熱后被冷卻塔排放到大氣環(huán)境中。其工作流程見圖1,這樣既回收了廢熱來產(chǎn)生生活熱水,直接得到經(jīng)濟(jì)效益,又保護(hù)了大氣環(huán)境免受熱污染,一舉兩得。

圖1 部分熱回收冷水系統(tǒng)機(jī)組工作流程原理示意圖

在水冷空調(diào)機(jī)上應(yīng)用熱回收技術(shù)時(shí),空調(diào)制冷機(jī)因此可節(jié)能10%～15%,而且由于冷凝溫度降低還可延長(zhǎng)壓縮機(jī)使用壽命。

3 廈門艾美酒店空調(diào)、熱水供應(yīng)系統(tǒng)優(yōu)化實(shí)例分析應(yīng)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(huì)議中心,是一座集客房、餐飲、會(huì)務(wù)、健身、休閑為一體的國際五星級(jí)奢華酒店。原空調(diào)設(shè)計(jì)用300RT(1055kW)螺桿式水冷冷水機(jī)組4臺(tái) (三用一備),生活熱水用2臺(tái)燃煤氣鍋爐專供。

廈門地處南方,夏天季節(jié)長(zhǎng),空調(diào)冷水機(jī)組使用期長(zhǎng)達(dá)六個(gè)月,酒店規(guī)模大、客房數(shù)量多,又備有健身、休閑會(huì)所等功能,生活熱水用量大。如果把設(shè)計(jì)中的空調(diào)冷水機(jī)組優(yōu)化為熱回收冷水機(jī)組,既能保證酒店空調(diào)舒適性,又能通過機(jī)組排放出的廢熱制取生活熱水滿足酒店需求,既節(jié)約又減少熱水能耗的成本。

3.2 優(yōu)化論證

原設(shè)計(jì)方案空調(diào)冷水單冷工況機(jī)組+煤氣鍋爐熱水機(jī)組,計(jì)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(jù)規(guī)范計(jì)算:

標(biāo)準(zhǔn)雙人房間200 L/日,共302間,配水量60.4 t/日;

標(biāo)準(zhǔn)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(jì)算:

根據(jù)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(fèi)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(jì)算,客房熱水鍋爐每日運(yùn)行能耗費(fèi)用:

運(yùn)行費(fèi)用=602m3/d×3.6元/m3=2167元/d

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

2.66kg/m3×602m3/d=1601.3kg/d

通過以上各項(xiàng)設(shè)計(jì)分析,酒店客房衛(wèi)生熱水每月需求量為1932t,熱水鍋爐煤氣需用量為18060m3,折成費(fèi)用65010元,煤氣燃燒排放CO2氣體量為48039kg。

酒店的環(huán)境舒適性要求很高,所以酒店內(nèi)部舒適的室內(nèi)環(huán)境已成為保證客源的一個(gè)非常重要的措施。酒店的空調(diào)設(shè)施是室內(nèi)氣候的重要保證,尤其在廈門這樣的南方地區(qū)基本上一年中有6個(gè)月都必須開啟冷水機(jī)組。

夏季機(jī)組運(yùn)行時(shí)間6個(gè)月,客房所需熱水總量11592t,制取熱水耗能量 (煤氣)108360m3,價(jià)值39006元,CO2氣體排放量288234kg。由此可見,酒店衛(wèi)生熱水需求量大,用于供熱水用的煤氣鍋爐熱水機(jī)組耗能量大且又排放大量的CO2,加大能源的消耗和環(huán)境的傳染。

3.3 優(yōu)化選擇

如何尋求一個(gè)技術(shù)可行,能充分挖掘節(jié)能潛力的好方法,國內(nèi)有學(xué)者對(duì)空調(diào)冷水機(jī)組的廢熱回收技術(shù)進(jìn)行研究,也已有空調(diào)制冷設(shè)備制造企業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用熱回收技術(shù)的熱回收水冷冷水機(jī)組,突破了空調(diào)系統(tǒng)和熱水供給系統(tǒng)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)做法 (空調(diào)冷水機(jī)組加燃燒鍋爐熱水機(jī)組)。采用空調(diào)熱回收冷水機(jī)組,利用冷凝廢熱代替燃燒鍋爐熱水機(jī)組幾乎零費(fèi)用就制取了所需的衛(wèi)生熱水,其節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)價(jià)值是十分可觀的。由此對(duì)原設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,采用了熱回收冷水機(jī)組代替單冷工況的冷水機(jī)組,增加了冷水機(jī)組熱回收裝置與蓄熱水箱循環(huán)管道連接系統(tǒng)。

3.4 優(yōu)化方案與原設(shè)計(jì)方案初投資費(fèi)用比較

表1 二種方案初投資費(fèi)用匯總 (單位 :萬元)

3.5 使用效果

該項(xiàng)目于 2007年優(yōu)化設(shè)計(jì)后進(jìn)行安裝,于2009年竣工,酒店?duì)I業(yè),空調(diào)系統(tǒng)投入使用。

夏季機(jī)組運(yùn)行期長(zhǎng)達(dá)6個(gè)月,在冷水機(jī)組運(yùn)行使用期間,燃?xì)忮仩t全部停用。冷水機(jī)組的廢熱回收制取的生活熱水溫度達(dá)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(jìn)行統(tǒng)計(jì)歸納 (見表2)。

表2 2011年酒店住房率與生活熱水能耗量統(tǒng)計(jì)表

通過2011年酒店住房率與能耗量 (見圖2、圖3)的統(tǒng)計(jì)表明,夏季采用空調(diào)熱回收的冷水機(jī)組代替燃?xì)忮仩t制取生活熱水,整個(gè)運(yùn)行期可為酒店節(jié)省能耗費(fèi)用38萬元之多,折成煤氣量達(dá)105555m3。使用的結(jié)果,節(jié)能效果明顯,其增加的投資費(fèi)用,只要一年多就可回收。

4 廈門金寶大酒店空調(diào)設(shè)備改造熱回收應(yīng)用分析與使用效果

4.1 概述

廈門金寶酒店建于二十世紀(jì)八十年代,是廈門較著名的老三星級(jí)涉外酒店。建筑面積10000m2,共六層,客套房124間,集客房、餐飲、會(huì)務(wù)、休閑為一體的多功能酒店。原空調(diào)系統(tǒng)與生活熱水系統(tǒng)采用常規(guī)系統(tǒng) (單冷冷水機(jī)組、加熱水鍋爐機(jī)組)。使用二臺(tái)100RT(352kW)水冷冷水活塞式機(jī)組,能效比COP只有3.5,另一臺(tái)燃油中央熱水機(jī)組供應(yīng)生活熱水,熱水機(jī)房及蓄熱水箱設(shè)在酒店頂層。酒店于2007年進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)中的水冷冷水機(jī)組改造。

4.2 改造節(jié)能分析

該酒店空調(diào)原使用的二臺(tái)水冷冷水活塞式制冷機(jī)組,經(jīng)過二十多年的使用,雖然是全進(jìn)口的產(chǎn)品,勉強(qiáng)可以使用,但設(shè)備已老化,加上原活塞式機(jī)組能效比很低,耗能量大,不經(jīng)濟(jì),酒店決定更換。提出按照原設(shè)計(jì)的方式,簡(jiǎn)單更換二臺(tái)單冷冷水機(jī)組,空調(diào)系統(tǒng)與酒店熱水供應(yīng)系統(tǒng)不變。由于以往酒店經(jīng)營中,能耗費(fèi)用占了酒店開支很大的比例,如果只考慮初投資費(fèi)用,簡(jiǎn)單地更換成高能效的冷水機(jī)組,運(yùn)行費(fèi)用是比以往的舊機(jī)組低。但由于夏天還是以傳統(tǒng)鍋爐系統(tǒng)供應(yīng)生活熱水,因而運(yùn)行費(fèi)用還是達(dá)不到經(jīng)濟(jì)節(jié)省的效益。若采用熱回收冷水機(jī)組加上熱水管路改造方案,節(jié)能效果肯定會(huì)更好,在改造前進(jìn)行二個(gè)方案節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益分析:

(1)改造初投資費(fèi)用:

A方案:

更換舊冷水機(jī)組,采用高能效螺桿冷水機(jī)組,機(jī)組能效比COP為5.2,投資費(fèi)用:27.2萬元/臺(tái)×2=54.4萬元。

B方案:

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

(2)生活熱水運(yùn)行成本:

酒店生活熱水日需求量為24.8t,每年夏季運(yùn)行期為6個(gè)月,按實(shí)際住房率80%計(jì),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(fèi)用 (柴油單價(jià)8200元/t):

125610kJ÷27846kJ/kg×8.2元/kg=37元

燃油鍋爐生活熱水夏季運(yùn)行期 (6個(gè)月),運(yùn)行成本:

37元×3571t=132127元

4.3 改造方案比較與選擇

根據(jù)A、B兩種工程改造方案的初投資及生活熱水運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算結(jié)果顯示,A方案在初投資費(fèi)用上比B方案省了8.1萬元。但生活熱水夏季燃油費(fèi)用要多支13.21萬元,比較后表明采用B方案熱回收冷水機(jī)組在夏季運(yùn)行期廢熱制取生活熱水可節(jié)省能源和獲得較大的經(jīng)濟(jì)效益。為此酒店空調(diào)冷水機(jī)組改造工程采用了B方案選用熱回收冷水機(jī)組。熱水管路改造工程較為簡(jiǎn)單,只在熱回收冷水機(jī)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(tái)循環(huán)水泵進(jìn)行系統(tǒng)熱水循環(huán)就行。改造難度不大,費(fèi)用也不高。

4.4 使用及效果

酒店空調(diào)系統(tǒng)的冷水機(jī)組改造后,高效能的螺桿式熱回收冷水機(jī)組,能效比COP為5.2。新、舊機(jī)組制冷量相同下,新機(jī)組比原來的活塞式機(jī)組每臺(tái)電功率減少25kW/h,按75%的效率,機(jī)組每天運(yùn)行平均18h計(jì)算,改造后的冷水機(jī)組每年運(yùn)行期(6個(gè)月)就可節(jié)約用電量12.15萬kWh,酒店2011年能耗統(tǒng)計(jì)資料,在夏天冷水機(jī)組使用燃油生活熱水鍋爐停用期間,共節(jié)約柴油12.6t,按油價(jià)8200元/t,折計(jì)算為10萬多元,加上節(jié)電費(fèi)用,一年可實(shí)現(xiàn)節(jié)支約20萬元,改造投資回收期只要三年多。

5 結(jié)論

在生活熱水用量大的賓館、酒店、醫(yī)院、運(yùn)動(dòng)館等場(chǎng)所,按傳統(tǒng)常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)和生活熱水系統(tǒng)分別由二套獨(dú)立系統(tǒng)的機(jī)組各自運(yùn)作。每當(dāng)夏季空調(diào)冷水機(jī)組運(yùn)行時(shí),大量的冷凝熱當(dāng)作廢熱排放于大氣中,與此同時(shí)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(fèi),一邊在耗能,怎樣突破傳統(tǒng)做法,尋求一個(gè)技術(shù)可行,將廢熱資源再生。熱回收技術(shù)的應(yīng)用將解決這個(gè)課題。在二十世紀(jì),國內(nèi)有關(guān)專家、學(xué)者雖然已開始探討中央空調(diào)冷凝熱回收技術(shù),但是空調(diào)冷水機(jī)組有熱回收的開發(fā)產(chǎn)品不多,使用案例更少。文中廈門艾美酒店空調(diào)系統(tǒng)優(yōu)化原設(shè)計(jì)方案,論證了利用熱回收空調(diào)系統(tǒng)每年約節(jié)約能源效果和經(jīng)濟(jì)效益,證實(shí)了每年均能節(jié)約能源—煤氣10多萬立方,節(jié)省能源費(fèi)用38萬元之多。

二十世紀(jì)九十年代,具規(guī)模的酒店都配備了中央空調(diào)設(shè)施和熱水供應(yīng)系統(tǒng),基本上也是按常規(guī)設(shè)計(jì)的。加上當(dāng)時(shí)的設(shè)備能效普遍較低,使用至今也均十幾年,已進(jìn)入設(shè)備改造期。本文廈門金寶大酒店的設(shè)備改造,通過節(jié)能分析后采用了熱回收技術(shù)空調(diào)冷水機(jī)組,實(shí)用效果比以往使用的設(shè)備與系統(tǒng)可節(jié)電12多萬kWh,節(jié)約柴油12.6噸,一年節(jié)省費(fèi)用約20萬元。項(xiàng)目改造投資回收期只要三年。

實(shí)用結(jié)果表明回收利用酒店空調(diào)冷凝熱制取生活熱水,具有很好的節(jié)能效果和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。二個(gè)案例已列為第九屆中國 (廈門)國際節(jié)能博覽會(huì)節(jié)能示范工程。

[1]龔九彩,常世均,馬揚(yáng)等.蒸汽壓縮式水冷制冷機(jī)的雙冷凝器熱回收技術(shù)[J].建筑節(jié)能通風(fēng)空調(diào),2005.24(1):6-12