楊 青, 吳 輝

(江蘇達海智能系統(tǒng)股份有限公司, 上海 200433)

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某五星酒店綜合節(jié)能改造分析

楊 青, 吳 輝

(江蘇達海智能系統(tǒng)股份有限公司, 上海 200433)

根據(jù)調(diào)研某五星酒店的歷史能耗數(shù)據(jù),分析了在空調(diào)系統(tǒng)、熱水系統(tǒng)及照明光源等方面的節(jié)能潛力,說明酒店存在原蒸汽鍋爐設(shè)計選型偏大、生活熱水系統(tǒng)整體熱效率較低的問題。提出應(yīng)用水水熱泵和空氣源熱泵替代原有蒸汽鍋爐作為熱源,選用高效蒸汽發(fā)生器為洗衣房供應(yīng)蒸汽,采用變頻智能控制技術(shù)實現(xiàn)中央空調(diào)水泵和風(fēng)機節(jié)電的方案,并將原有傳統(tǒng)照明光源更換為LED光源。節(jié)能改造結(jié)果表明,達到了綜合節(jié)能率28%的良好收益,起到了示范作用,可為同類建筑節(jié)能改造提供借鑒。

星級酒店; 節(jié)能改造; 建筑能耗分析; LED光源

0 引 言

近年來,高端酒店建筑作為能耗強度較高的建筑類型,其能源使用效率越來越受到人們的關(guān)注。上海地區(qū)成功實施整體節(jié)能改造項目的高端酒店在逐年增加,其示范效益日益明顯。本文分析了上海某五星酒店綜合節(jié)能改造項目,可為同類建筑節(jié)能改造提供借鑒。

1 項目概況

上海某五星酒店于2010年開業(yè),位于浦東新區(qū)陸家嘴金融中心核心地段,酒店總建筑面積為8.82萬m2,建筑總高度為145 m,地下2層,地上30層。其中-1F、-2F為地下車庫及設(shè)備機房,1F～5F為裙樓,4F、28F為設(shè)備層,5F～30F為客房,共680多間。

2 改造前的建筑能源系統(tǒng)及設(shè)備

2.1 中央空調(diào)系統(tǒng)

酒店中央空調(diào)系統(tǒng)冷源為2臺1000RT工頻離心式冷水機組和1臺500RT變頻離心式冷水機組,冬季采暖采用3臺7T/H的燃氣蒸汽鍋爐提供的蒸汽作為熱源。

中央空調(diào)的輸配系統(tǒng)有5臺冷凍水泵(額定功率為75 kW的水泵3臺,55 kW的水泵2臺),5臺冷卻水泵(額定功率為90 kW的水泵3臺,45 kW的水泵2臺),采暖熱水泵3臺(額定功率45 kW),冷卻塔3臺(風(fēng)機額定功率15 kW),所有水泵風(fēng)機均為工頻運行。

2.2 生活熱水系統(tǒng)

生活熱水系統(tǒng)的熱源為酒店自產(chǎn)鍋爐蒸汽,系統(tǒng)豎向分為5個區(qū),共有10個容積式換熱器(每個分區(qū)2個,互為備用),使用蒸汽—水板交換熱后制取50～55 ℃生活熱水供酒店使用。

2.3 蒸汽鍋爐系統(tǒng)

酒店有3臺(1用2備)7 t/h的燃氣蒸汽鍋爐,主要用于采暖、制取生活熱水和洗衣房設(shè)備。鍋爐的運行參數(shù):蒸氣壓力為0.7 MPa,蒸汽溫度為180 ℃,排煙溫度為200 ℃。

2.4 照明光源系統(tǒng)

酒店各區(qū)域大量使用熒光燈、鹵素?zé)艉桶谉霟舻葌鹘y(tǒng)光源,光效低,功率大,照明系統(tǒng)總功率為1 123 kW。

3 建筑能耗分析

3.1 能耗概況

酒店主要能耗包括電、天然氣和水。電力消耗用于空調(diào)、冷水機組、照明、水泵、風(fēng)機、動力等設(shè)備;天然氣用于蒸汽鍋爐和廚房灶具等設(shè)備,蒸汽鍋爐為洗衣房設(shè)備、廚房設(shè)備、生活熱水系統(tǒng)和采暖系統(tǒng)提供蒸汽;水用于客房、員工洗浴、游泳池、廚房、洗衣房設(shè)備和綠化灌溉。

2014年酒店總能耗費用約為1 639萬元,其中耗電量約為1 155萬kWh,耗氣量約為118萬m3,耗水量約為17萬m3,折合標(biāo)準(zhǔn)煤4 997 t。酒店能耗類型占比分析如圖1所示。

圖1 酒店能耗類型占比分析

由圖1可見,酒店年用電量占總能耗的69%,其中照明及插座系統(tǒng)年耗電為507萬kWh,占總用電量的48%,中央空調(diào)系統(tǒng)年耗電量為285萬kWh,占總用電量的27%。酒店年用天然氣量占總能耗的31%,其中生活熱水系統(tǒng)年耗氣為41萬m3,占總用氣量的35%,冬季采暖年用氣量為40萬m3,占總用氣量的34%,洗衣房設(shè)備年用氣量為14萬m3,占總用氣量的12%。分析結(jié)果表明,酒店空調(diào)系統(tǒng)、照明系統(tǒng)所占用電比重較大,生活熱水系統(tǒng)、采暖系統(tǒng)和洗衣房設(shè)備所占用氣比重較大,這些系統(tǒng)都應(yīng)作為節(jié)能改造的重點。

3.2 逐月能耗分析

酒店逐月標(biāo)煤能耗量如圖2所示。

圖2 酒店逐月標(biāo)煤用量

與華東地區(qū)的其他高端酒店相比,酒店逐月標(biāo)煤用量并沒有呈現(xiàn)出明顯的季節(jié)性變化趨勢,原因分析如下:

(1) 酒店過渡季節(jié)(4～5月和10～11月)空調(diào)系統(tǒng)能耗較高,這是由酒店全玻璃幕墻的建筑形態(tài)、較高的舒適度管理要求和宴會餐飲業(yè)務(wù)量等因素決定的。

(2) 酒店非季節(jié)性相關(guān)的基礎(chǔ)性能耗較高,如洗衣房、廚房、生活熱水、照明等設(shè)備和系統(tǒng)能耗,這部分能耗也將作為節(jié)能改造的重點。

4 節(jié)能改造內(nèi)容

4.1 中央空調(diào)系統(tǒng)改造

4.1.1 冷凍站智能控制系統(tǒng)

基于酒店電力分項計量數(shù)據(jù),冷凍站全年耗電量為231萬kWh。冷凍站配置有BA控制系統(tǒng),但實際操作均依靠手動控制,系統(tǒng)無法根據(jù)末端制冷需求的變化實時進行調(diào)節(jié),制冷效率較低,造成能耗的浪費。采取的節(jié)能措施為冷凍站增加智能控制系統(tǒng),并在冷卻泵和冷凍泵上安裝變頻器,通過優(yōu)化冷凍站節(jié)能控制邏輯,使冷凍站設(shè)備根據(jù)實際制冷需求調(diào)整負載率,使整個機房運行在最佳效率范圍內(nèi)。

水泵改造為變流量控制后,末端負荷較低時能自動降低水泵功率,節(jié)約水泵電耗。實時監(jiān)測冷凍站制冷效率,通過優(yōu)化機組的起停臺數(shù)和運行時間,根據(jù)不同負荷調(diào)整機組出水溫度,可將冷凍站效率至少提高15%,在輸出冷量不變(不影響舒適度)的前提下,降低冷凍站電耗。節(jié)能改造后,冷凍站實現(xiàn)自動化控制,同時在系統(tǒng)故障和潛在運行風(fēng)險出現(xiàn)時,系統(tǒng)可以自動預(yù)警和提示,從而降低管理成本。

改造后,冷凍站智能群控的控制系統(tǒng)和控制原理如圖3、圖4所示。

圖3 冷凍站智能群控的控制系統(tǒng)

圖4 冷凍站智能群控的控制原理

制冷時,冷凍水系統(tǒng)在保證最末端設(shè)備冷凍水流量的前提下,首先確定冷凍水泵變頻器的最小工作頻率,將其設(shè)定為下限頻率并鎖定。冷凍水泵調(diào)節(jié)經(jīng)過設(shè)置在冷凍水系統(tǒng)回水總管上的溫度傳感器檢測回水溫度,再經(jīng)由水泵智能控制柜設(shè)定的溫度來控制變頻器的頻率增減?？刂品绞绞抢鋬鏊厮疁囟却笥谠O(shè)定溫度時,變頻器頻率無級上調(diào);冷凍水回水溫度小于設(shè)定值時,變頻器頻率無級下調(diào)。冷卻水系統(tǒng)在保證冷卻塔有一定流量的前提下,確定冷卻水泵變頻器工作的最小工作頻率,將其設(shè)定為下限頻并鎖定。變頻冷卻水泵的頻率是取冷卻管進出水溫差來進行調(diào)節(jié),當(dāng)進出水溫差大于設(shè)定值時頻率無級上調(diào),當(dāng)進出水溫差小于設(shè)定值時頻率無級下調(diào)。

實施變頻智能群控改造后,預(yù)估節(jié)電率不低于15%,年節(jié)電量為231×15%=34.65萬kWh。

4.1.2 空調(diào)箱、新風(fēng)機智能控制

酒店公共區(qū)的空調(diào)采用空調(diào)箱集中送風(fēng),部分區(qū)域安裝有變頻控制,但大部分空調(diào)箱僅采用定時起?？刂?不能根據(jù)室內(nèi)實際冷熱需求調(diào)整空調(diào)箱風(fēng)量,浪費大量的電能。

節(jié)能措施即對分空調(diào)箱進行節(jié)能改造,實現(xiàn)優(yōu)化控制:

(1) 對定風(fēng)量運行的空調(diào)箱增加變風(fēng)量控制功能,增加相應(yīng)的變頻器、傳感器和控制器等,通過監(jiān)測室內(nèi)外焓差以及末端溫度和空氣質(zhì)量,控制送風(fēng)量和新回風(fēng)比,節(jié)約空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)的耗電量和冷熱量。

(2) 對所有的空調(diào)箱增加按需啟停及溫度自動設(shè)定功能,根據(jù)室內(nèi)外焓差及不同時段各區(qū)域的空調(diào)負荷自動控制空調(diào)箱的開關(guān)和溫度設(shè)定,實現(xiàn)節(jié)能運行。

(3) 風(fēng)機實現(xiàn)自動變頻控制,當(dāng)室內(nèi)溫度滿足要求時自動降低風(fēng)機功率,減少風(fēng)機電耗,平均節(jié)能率至少達到30%。

通過空調(diào)設(shè)定溫度的動態(tài)調(diào)節(jié),大大減少部分負荷時段空調(diào)冷熱量的浪費。通過對室內(nèi)溫度的精確控制,減少室內(nèi)過冷或過熱現(xiàn)象,提高空調(diào)舒適度。

根據(jù)改造范圍內(nèi)空調(diào)箱、新風(fēng)箱的年運行時間,結(jié)合風(fēng)機功率,確定改造范圍內(nèi)的空調(diào)箱、新風(fēng)箱風(fēng)機年耗電量為138萬kWh。預(yù)計改造后風(fēng)機節(jié)電率為25%,不考慮冷熱負荷的節(jié)省量,風(fēng)機的節(jié)電量為138×25%=34.5萬kWh。

4.1.3 廚房排油煙智能控制

酒店原各廚房配置有數(shù)臺的排油煙風(fēng)機,大部分為定風(fēng)量運行,不能根據(jù)實際需求實現(xiàn)節(jié)能運行?，F(xiàn)對使用頻率較高的排油煙風(fēng)機增加變風(fēng)量控制功能,增加相應(yīng)的變頻器、傳感器和控制器等節(jié)能措施,通過監(jiān)測室內(nèi)外溫差、壓差或者空氣質(zhì)量,控制送、排風(fēng)量,節(jié)約耗電量。

風(fēng)機實現(xiàn)自動變頻控制,通過不同時段的動態(tài)調(diào)節(jié),當(dāng)溫差、壓差滿足要求時,自動降低風(fēng)機功率,減少風(fēng)機電耗,平均節(jié)能率至少達到30%。

根據(jù)改造范圍內(nèi)排油煙機的年運行時間,結(jié)合風(fēng)機功率,確定節(jié)能改造范圍內(nèi)的空調(diào)箱、新風(fēng)箱風(fēng)機年耗電量為36萬kWh,預(yù)計改造后風(fēng)機節(jié)電率為25%,不考慮冷熱負荷的節(jié)省量,風(fēng)機的節(jié)電量為9萬kWh。

4.1.4 宴會區(qū)域空調(diào)箱送風(fēng)分區(qū)控制

原宴會區(qū)域大會議室的空調(diào)采用全空氣系統(tǒng),但采用統(tǒng)一的送風(fēng)系統(tǒng),無法分區(qū)控制,當(dāng)會議室部分使用時仍需要開啟整個空調(diào)系統(tǒng),造成能耗的極大浪費。

配合酒店宴會區(qū)域功能性裝修改造,對裝修改造區(qū)域的空調(diào)風(fēng)系統(tǒng)實施改造,安裝了數(shù)臺風(fēng)機盤管,將原有的全空氣系統(tǒng)改造為風(fēng)機盤管+新風(fēng)系統(tǒng),并實現(xiàn)本地獨立控制,當(dāng)部分會議室使用時,其他未使用會議室可不開啟空調(diào),節(jié)約空調(diào)能耗。根據(jù)不同區(qū)域的溫度需求調(diào)整空調(diào)送風(fēng)量,可精確控制宴會廳的室內(nèi)溫度,避免過冷或過熱現(xiàn)象,提高環(huán)境的舒適度水平。

4.2 生活熱水系統(tǒng)節(jié)能改造

4.2.1 水水熱泵和空氣源熱泵制取-2F～25F生活熱水

酒店-2F～25F生活熱水系統(tǒng)的熱源為蒸汽鍋爐,蒸汽利用自身壓力輸送至位于-2F冷凍機房的換熱器制取50～55 ℃生活熱水,整體制熱效率非常低,再加上燃氣熱值單價較高,造成制取熱水的成本較高。另外,酒店宴會廳在3月、11月等非制冷季節(jié)仍有制冷需求,需要開啟冷機制冷,造成能耗的極大浪費。

在冷凍站內(nèi)安裝1套水水熱泵系統(tǒng),在鍋爐房等區(qū)域安裝1套空氣源熱泵系統(tǒng),通過消耗電能,替代蒸汽鍋爐生產(chǎn)生活熱水,同時可以供應(yīng)空調(diào)冷水,節(jié)約冷機能耗。當(dāng)酒店沒有制冷需求時,以空氣源熱泵為熱源,確保全年運行。

蒸汽鍋爐制熱效率僅有70%左右,考慮到天然氣價格、換熱器及輸送管路熱損耗,制熱成本約為0.63元/kWh。熱泵制熱平均效率在300%左右,再考慮電價及換熱損失,制熱成本約為0.28元/kWh,遠低于鍋爐的制熱成本,可以大大降低生活熱水費用。熱泵在制熱的同時,還可提供空調(diào)冷量,減少制冷空調(diào)的用電量。

4.2.2 空氣源熱泵機組制取26F～30F生活熱水

同時為游泳池加熱、保溫及酒店26F～30F生活熱水系統(tǒng)的熱源為蒸汽鍋爐,蒸汽利用自身壓力輸送至位于27F～28F之間的技術(shù)二夾層的換熱器制取50～55 ℃生活熱水,整體制熱效率非常低,再加上燃氣熱值單價較高,造成制取熱水的成本較高。另泳池需要全年24 h恒溫,泳池加熱的耗能巨大。

節(jié)能措施是在30F屋面技術(shù)層內(nèi)安裝1套空氣源熱泵系統(tǒng),通過消耗電能,替代蒸汽鍋爐生產(chǎn)生活熱水,節(jié)約天然氣。

4.2.3 洗衣房熱回收熱泵制熱水。

酒店洗衣房利用冷水與蒸汽直接換熱制取熱水供洗衣機使用,換熱效率低,熱水成本高。同時,洗衣房常年溫/濕度較高,需要通過排風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)進行降溫和除濕,既增加用電,又浪費排風(fēng)中的余熱。

節(jié)能措施即在洗衣房內(nèi)安裝空氣源熱泵系統(tǒng),通過回收室內(nèi)空氣的余熱,利用熱泵原理制取熱水,提高制熱效率。空氣源熱泵既可為洗衣房制冷又可以制熱水,通過回收空氣中的熱量,有效降低室內(nèi)溫度,減少空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的耗電量,且綜合利用率較高,大大節(jié)約天然氣和空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的耗電量。

4.2.4 生活熱水系統(tǒng)改造節(jié)能量計算

經(jīng)能耗拆分,酒店生活熱水系統(tǒng)年消耗天然氣41萬m3,經(jīng)測試系統(tǒng)整體熱效率為70%,熱泵制熱和制冷能效比分別為3.5、4.0,原制冷主機制冷能效比為6.0。

節(jié)能改造后,每年節(jié)約天然氣為41萬m3。制取熱水新增耗電量約為81萬kWh;水水熱泵制取熱水產(chǎn)生的冷量可以抵消原冷水機組制冷耗電量81×4.0/6.0≈54萬kWh,生活熱水系統(tǒng)新增用電量81-54=27萬kWh。

4.3 蒸汽鍋爐系統(tǒng)節(jié)能改造

4.3.1 燃氣蒸汽發(fā)生器取代蒸汽鍋爐供洗衣房和廚房蒸汽

目前,酒店洗衣房、廚房用汽設(shè)備由蒸汽鍋爐通過管道輸送供應(yīng)蒸汽,蒸汽輸送距離較長,損耗嚴(yán)重;再加上鍋爐本體熱效率較低,生活熱水和采暖系統(tǒng)改造后,鍋爐負荷會進一步降低。蒸汽鍋爐為了供應(yīng)這部分蒸汽一直處于低負荷運行狀態(tài),產(chǎn)蒸汽效率較低,造成能源的浪費。洗衣房和廚房用汽設(shè)備年消耗天然氣為25萬m3。

節(jié)能措施是在鍋爐房內(nèi)安裝2臺燃氣型蒸汽發(fā)生器,取代蒸汽鍋爐向洗衣房、廚房供應(yīng)蒸汽。在非采暖季節(jié),原蒸汽鍋爐可以停爐,提高了供汽效率,節(jié)約天然氣用量。

蒸汽鍋爐制熱效率僅為70%左右,考慮到天然氣價格、輸送管路熱損失,供應(yīng)1 t蒸汽需要消耗約110 m3天然氣。采用2臺1.2 t/h的蒸汽發(fā)生器,負載率較高,熱效率高達95%以上,供應(yīng)1 t蒸汽需要消耗天然氣約為75 m3,大大降低供應(yīng)蒸汽的費用。

改造后,在非采暖季節(jié)和采暖季節(jié)部分時段,可停止使用原有大型蒸汽鍋爐,預(yù)計節(jié)氣率不低于30%,節(jié)氣量為25×30%=7.5萬m3。

4.3.2 鍋爐排煙熱回收

酒店蒸汽鍋爐排煙溫度達到180 ℃以上,此部分熱量直接排放到室外大氣中,既可能造成一定的污染,又浪費了鍋爐的熱量,增加了鍋爐的用氣量。在排煙管道上安裝熱回收裝置,回收利用煙氣中余熱,熱水溫度達到60 ℃以上,直接提供酒店生活熱水,提高鍋爐效率,節(jié)約鍋爐的用氣量。

4.4 照明光源系統(tǒng)節(jié)能改造

通過對酒店現(xiàn)場照明進行踏勘,進行了改造方案設(shè)計。對使用頻率較高的客房、走道、電梯廳、車庫及大堂等區(qū)域分批次地進行了LED光源更換,總共更換傳統(tǒng)光源34 000多盞,改造區(qū)域原燈具總功率為985 kW,LED光源節(jié)能改造后燈具總功率為165 kW。

根據(jù)所有光源的使用時間、開燈率、調(diào)光率等參數(shù),對比測算改造前后各種類型光源的額定功率。該系統(tǒng)節(jié)能改造后年節(jié)電量為220萬kWh。

5 節(jié)能效果

各項節(jié)能措施實施后的節(jié)能量如表1所示。 實施上述節(jié)能改造措施后,每年至少可節(jié)約電力和天然氣分別為273萬kWh和50.5萬m3,年節(jié)約標(biāo)準(zhǔn)煤為1 400 t,綜合建筑節(jié)能率為28.1%。

表1 各項節(jié)能措施實施后的節(jié)能量

節(jié)能措施年節(jié)電量/萬kWh年節(jié)天然氣量/m3年節(jié)標(biāo)煤量/t冷凍站智能控制系統(tǒng)34．7—104空調(diào)箱、新風(fēng)機智能控制34．5—104廚房排油煙智能控制9．0—27宴會區(qū)域空調(diào)箱送風(fēng)分區(qū)控制2．0—6水水熱泵和空氣源熱泵制取2F～25F生活熱水———空氣源熱泵機組制取26F～30F生活熱水/泳池保溫-27．041．0452洗衣房熱回收熱泵制熱水———燃氣蒸汽發(fā)生器取代蒸汽鍋爐供洗衣房和廚房蒸汽—7．597鍋爐排煙熱回收—2．026照明光源系統(tǒng)節(jié)能改造220．0—660

6 結(jié) 語

分析了某五星酒店綜合節(jié)能改造。高星級酒店的節(jié)能改造必須在了解、熟悉建筑原有系統(tǒng)及設(shè)備使用情況的基礎(chǔ)上,對整個建筑的用能情況進行深入勘測和分析,通過用能拆分等方法,尋找具有節(jié)能潛力的系統(tǒng),針對性地提出節(jié)能改造方案,包括更換新型高效設(shè)備及優(yōu)化系統(tǒng)運行策略等。另外,當(dāng)節(jié)能改造項目采用分享型合同能源管理的商務(wù)模式,可在保證正常運營、不停業(yè)的情況下完成施工,取得預(yù)期的節(jié)能效果和經(jīng)濟效益。

[1] 王黛娜,高健.上海某賓館綜合節(jié)能改造案例分析[J].暖通空調(diào),2016,46(8):38-41.

[2] 馬信海,杜佳軍.某酒店綜合節(jié)能改造案例淺析[J].綠色建筑,2015(3):44-47.

[3] 朱偉峰,袁瑗,陳煜,等.既有四星級酒店綜合節(jié)能改造案例[J].建設(shè)科技,2015(9):48-51.

Comprehensive Energy-saving Transformation Analysis of Five-star Hotel

YANG Qing, WU Hui

(Jiangsu Dahai Intelligence System Co., Ltd., Shanghai 200433, China)

According to the history energy consumption data of a five-star hotel,this paper analyze the energy-saving potentialities in aspects of air conditioning system,hot water system,lighting system,etc.The results show that the design of steam boiler is oversize and the total thermal efficiency of hot water supply system is lower.It is pointed out that the water heat pump and air source heat pump is as the hot sources which replaced the original steam boiler,and the efficient steam generator is selected for laundry room.By using variable frequency intelligent control technology,the energy-saving plans of the central air conditioning water pump and fan are realized. The LED light sources replace the original traditional lighting light sources.The comprehensive energy-saving rate is 28%,which plays an exemplary role.It can provide references for energy conservation transformation of similar building.

five-star hotel; energy conservation transformation; building energy analysis; LED source

吳 輝(1981—),男,工程師,從事建筑整體節(jié)能改造技術(shù)的集成應(yīng)用方面的工作。

楊 青(1968—),女,工程師,從事建筑整體節(jié)能改造技術(shù)的集成應(yīng)用及智能化設(shè)備集成、運行管理優(yōu)化方面的工作。

TU 201.5

B

1674-8417(2016)12-0042-05

10.16618/j.cnki.1674-8417.2016.12.010

2016-10-31