五星級酒店熱泵熱水系統(tǒng)的節(jié)能改造與應(yīng)用

文_王小陣 上海斯賓茨建筑節(jié)能技術(shù)有限公司

五星級酒店的鍋爐年耗天然氣量約占整個(gè)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(diào)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(xiàn)狀，世茂集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)對酒店的節(jié)能改造項(xiàng)目非常重視。采用技術(shù)先進(jìn)、節(jié)能的熱泵熱水系統(tǒng)改造方案后，不僅確保了酒店在施工中與施工后運(yùn)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(jīng)濟(jì)和社會效益。同時(shí)，運(yùn)行數(shù)據(jù)表明熱泵熱水系統(tǒng)的應(yīng)用，也為世茂皇家艾美酒店打造舒適、節(jié)能、綠色環(huán)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(qū)南京東路789號，共61層，標(biāo)高246m，為高層建筑，共有770間客房。在安裝熱泵熱水系統(tǒng)時(shí)該酒店處于正常營業(yè)階段，并且熱泵熱水系統(tǒng)安裝在室內(nèi)，其設(shè)計(jì)、施工、系統(tǒng)對接、調(diào)試等環(huán)節(jié)難度極大。

熱泵熱水系統(tǒng)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(shí)，由于輸入的電能只是用來驅(qū)動壓縮機(jī)做功而不是直接轉(zhuǎn)換為熱能，真正做到了節(jié)能省電，全年平均能效比達(dá)到3.5左右，1kWh電可以當(dāng)3.5kWh電使用，比電加熱節(jié)費(fèi)75%，比燃?xì)忮仩t節(jié)費(fèi)50%。世茂皇家艾美酒店熱泵熱水系統(tǒng)分為生活熱泵熱水系統(tǒng)和泳池?zé)岜脽崴到y(tǒng)，根據(jù)酒店熱水分區(qū)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(tǒng)。生活熱泵熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)小時(shí)產(chǎn)熱水量14.8t（空氣側(cè)干球溫度20℃，濕球溫度15℃，熱水側(cè)初始溫度15℃，終止溫度55℃）；泳池?zé)岜脽崴到y(tǒng)設(shè)計(jì)完全滿足泳池?zé)崴⒛邪茨Τ責(zé)崴?、女按摩池?zé)崴乃疁睾銣?。同時(shí)通過RS-485接口在電腦、手機(jī)上對系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控，運(yùn)行期間熱泵、水泵運(yùn)行狀態(tài)，熱水箱水溫、水位，恒壓供水泵供水壓力，異常報(bào)警，用水量，用電量等各項(xiàng)參數(shù)顯示、計(jì)量、統(tǒng)計(jì)報(bào)表。

2 熱泵熱水系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)原理圖

系統(tǒng)安裝完成后，無需專人值守、故障率低、維護(hù)簡便，系統(tǒng)連接原理見圖1。

圖1 系統(tǒng)連接原理

2.2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用了空氣源熱泵和三聯(lián)供熱泵兩種類型，各項(xiàng)性能參數(shù)見表1。

表1 所用熱泵各項(xiàng)性能參數(shù)

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以上參數(shù)測試條件為：空氣側(cè)：干球溫度20℃，濕球溫度15℃

熱水側(cè)：初始溫度15℃，終止溫度55℃

2.2.1 熱水箱安裝位置設(shè)計(jì)

整個(gè)熱泵熱水系統(tǒng)中熱水箱儲存水后重量是最大的，其安裝位置在設(shè)計(jì)階段必須進(jìn)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(tǒng)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)是以原大樓梁為承重受力點(diǎn)，在室內(nèi)空間構(gòu)建鋼結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)平臺，并在平臺上搭建不銹鋼水箱，部分條件受限區(qū)域的熱水箱則采用多個(gè)熱水箱組合滿足容量需求。

2.2.2 熱泵安裝位置設(shè)計(jì)

由于世茂皇家艾美酒店熱泵熱水系統(tǒng)必須安裝在室內(nèi)，根據(jù)熱泵工作原理，必須保證通、排風(fēng)順暢熱泵才能正常工作，因此該酒店的熱泵熱水系統(tǒng)安裝位置在設(shè)計(jì)階段必須進(jìn)行選位和通、排風(fēng)考慮。

2.2.3 安全運(yùn)行配置

熱泵自身具有過熱保護(hù)功能；熱水箱設(shè)計(jì)有低水位和溢水保護(hù)功能；后臺監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì)有一鍵啟、停全自動運(yùn)行和遠(yuǎn)程手動開、關(guān)設(shè)備功能，在線監(jiān)測和故障報(bào)警功能，能耗統(tǒng)計(jì)功能，運(yùn)行參數(shù)遠(yuǎn)程更改功能。

2.3 獨(dú)特施工工藝

2.3.1 熱泵二次搬運(yùn)就位

在既有建筑內(nèi)安裝熱泵，受已有的設(shè)備和管道等空間緊湊制約以及熱泵搬運(yùn)時(shí)不可翻轉(zhuǎn)和大幅度傾斜，世茂皇家艾美酒店熱泵熱水系統(tǒng)改造項(xiàng)目運(yùn)用了不同的二次搬運(yùn)措施才保證了熱泵的安裝就位。在該項(xiàng)目中，設(shè)備是安裝在不同樓層室內(nèi)，設(shè)備外形尺寸依據(jù)據(jù)大樓電梯的大小選購，熱泵就位采用人工和吊裝設(shè)備結(jié)合的方式，非常特殊的安裝環(huán)境還需將熱泵解體再組裝，同時(shí)管道、設(shè)備鋼支架基礎(chǔ)使用螺栓連接制作，減少了大量現(xiàn)場燒焊作業(yè)時(shí)間，也降低了對酒店的正常營運(yùn)影響和火災(zāi)風(fēng)險(xiǎn)。

2.3.2 與酒店原系統(tǒng)對接

新的熱泵熱水系統(tǒng)與世茂皇家艾美酒店原熱水系統(tǒng)是完全獨(dú)立分開的，考慮到酒店的正常營運(yùn)，施工都是利用夜間用水量最少時(shí)在原熱水管道上加裝成套對接裝置，且在3個(gè)小時(shí)內(nèi)完成。

2.3.3 與酒店原通排風(fēng)系統(tǒng)對接

熱泵熱水系統(tǒng)的工作原理決定了熱泵必須安裝在通風(fēng)條件較好的環(huán)境下才能正常工作。由于世茂皇家艾美酒店熱泵熱水系統(tǒng)改造項(xiàng)目的熱泵是安裝在既有建筑且密閉的空間內(nèi)，因此設(shè)計(jì)時(shí)充分考慮了原建筑新風(fēng)、排風(fēng)與熱泵自身排風(fēng)的結(jié)合問題，并根據(jù)現(xiàn)場實(shí)際狀況優(yōu)化風(fēng)管連接施工，保證了熱泵自身排風(fēng)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(tǒng)經(jīng)濟(jì)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(tǒng)用水量、能耗進(jìn)行計(jì)量和統(tǒng)計(jì)，平均每天熱水用量200噸,改造前原熱水系統(tǒng)平均生產(chǎn)一噸熱水需要6.5m3天然氣，目前商用天然氣單價(jià)為3.6元/m3，原生產(chǎn)一噸熱水平均成本23.4元；對改造后的熱泵熱水系統(tǒng)實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，平均生產(chǎn)一噸熱水需電16.2kWh，目前商用電平均單價(jià)為0.8元/kWh，熱泵熱水系統(tǒng)生產(chǎn)一噸熱水平均成本13元。改造后酒店平均生產(chǎn)一噸熱水可以節(jié)省成本10.4元，每天可以節(jié)省成本2080元，每年可以節(jié)省成本75.92萬元，總投資費(fèi)用約320萬元的熱泵熱水系統(tǒng)，約4a就可以將投資成本回收，而改造后的熱泵熱水系統(tǒng)使用的主要設(shè)備壽命為15a,期間運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用都較低，其經(jīng)濟(jì)效益可期。

3.2 熱泵熱水系統(tǒng)環(huán)境效益分析

五星級酒店要求24h供應(yīng)生活熱水和保證泳池?zé)岜玫暮銣?，多?shù)情況下熱源由燃?xì)獾恼羝驘崴仩t提供。燃?xì)忮仩t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(yán)重的熱污染加劇了城市的“熱島效應(yīng)”，另一方面又嚴(yán)重地污染了大氣環(huán)境。因此，在五星級酒店加裝熱泵熱水系統(tǒng)用于制備生活熱水，減少燃?xì)忮仩t為提供生活熱水消耗的燃?xì)饬?，可達(dá)到節(jié)能和保護(hù)環(huán)境的目的。世茂皇家艾美酒店建設(shè)的熱泵熱水系統(tǒng)，年節(jié)省天然氣約47.45萬m3，相當(dāng)于每年可節(jié)省標(biāo)準(zhǔn)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(jié)語

五星級酒店內(nèi)加裝熱泵熱水系統(tǒng)的建設(shè)是一項(xiàng)具有開拓性的工作，雖然酒店熱泵熱水系統(tǒng)的建造一次性投入成本較大，但其節(jié)能率高。隨著天然氣價(jià)格的逐步升高和電價(jià)的穩(wěn)定尤其是谷電運(yùn)行的優(yōu)勢，熱泵熱水系統(tǒng)將能極大地促進(jìn)五星級酒店及高層建筑的節(jié)能減排。