磁懸浮離心式冷水機(jī)組在某五星級(jí)酒店的應(yīng)用

隋亮亮

(杭州市建筑設(shè)計(jì)研究院有限公司,浙江 杭州 310008)

1 酒店項(xiàng)目能耗狀況

數(shù)據(jù)顯示我國(guó)酒店業(yè)的能耗指標(biāo)為13.3%左右,比國(guó)際酒店業(yè)的先進(jìn)水平高出5個(gè)百分點(diǎn),而在酒店能耗中空調(diào)的能耗平均約占酒店總能耗的40%～50%,而五星級(jí)酒店的能耗通常更高約在45%～55%,屬于耗能大戶。因此酒店的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能尤為重要,從細(xì)節(jié)入手,在空調(diào)冷熱源源頭節(jié)能尤為重要,提升能源利用率,減低能耗,既節(jié)約成本,又達(dá)到環(huán)保的目的[1]。

2 項(xiàng)目空調(diào)冷源的應(yīng)用

2.1 項(xiàng)目情況簡(jiǎn)介

項(xiàng)目位于浙江省南部某市,酒店為37層超高層酒店建筑,高度151.50 m,其中地上3層裙房主樓34層均為酒店客房。另有一棟人才公寓28層,高度99.10 m,地下2層。項(xiàng)目總建筑面積185 601.67 m(其中地上建筑面積:132 407.98 m2,地下建筑面積53 193.69 m2,酒店地上建筑面積10 045 m2)，見圖1。

2.2 磁懸浮離心式冷水機(jī)組介紹

磁懸浮離心式冷水機(jī)組是一種利用先進(jìn)的磁懸浮技術(shù)的空調(diào)系統(tǒng),其高效的節(jié)能率、卓越的負(fù)載性能和超長(zhǎng)的使用壽命,尤其適合于大型能耗建筑下的中央空調(diào)系統(tǒng)。

與傳統(tǒng)的離心式冷水機(jī)組相比,磁懸浮冷水機(jī)組具有以下優(yōu)點(diǎn)[2]:

1)節(jié)能高效,運(yùn)行費(fèi)用低:機(jī)組采用磁懸浮壓縮機(jī)技術(shù)、直流變頻控制技術(shù)、無油潤(rùn)滑等先進(jìn)技術(shù),產(chǎn)品能效比有了很大提高,機(jī)組在部分負(fù)荷運(yùn)行條件下,峰值效率COP高達(dá)11～13,以一般空調(diào)系統(tǒng)全年運(yùn)行統(tǒng)計(jì),比常規(guī)冷水機(jī)組節(jié)電率高達(dá)40%～50%。

2)穩(wěn)定耐用,維保費(fèi)用低:磁懸浮機(jī)組無油運(yùn)轉(zhuǎn)技術(shù)實(shí)現(xiàn)完全無摩擦,消除了機(jī)械摩擦損失,比常規(guī)軸承更持久耐用,與傳統(tǒng)的離心式軸承的摩擦損失相比,磁懸浮軸承的摩擦損失僅為前者的2%左右,磁懸浮空調(diào)使用壽命可長(zhǎng)達(dá)30 a。因機(jī)組完全無油,減少了油路系統(tǒng)、油泵等零件的故障,可靠性提高30%～50%,極大減少了檢修的費(fèi)用。無需每年清洗主機(jī),只需要做蒸發(fā)、冷凝器水垢處理清洗,蒸發(fā)冷凝器一次清洗費(fèi)用較低,且可節(jié)省維護(hù)時(shí)間,避免因制冷需求高峰清洗機(jī)組造成無法使用(見圖2)。

3)寬域運(yùn)行:磁懸浮變頻壓縮機(jī)采用多技術(shù)聯(lián)合調(diào)節(jié),保證效率最優(yōu)的情況下,拓寬機(jī)組運(yùn)行范圍,可實(shí)現(xiàn)單壓縮機(jī)制冷負(fù)荷低至10%以下,并保證機(jī)組在冷卻水溫12 ℃時(shí)正常運(yùn)行。

4)噪聲低、振動(dòng)低、啟動(dòng)電流小:運(yùn)動(dòng)部件在磁懸浮作用下完全懸浮,運(yùn)行噪聲與振動(dòng)低,因磁懸浮機(jī)組沒有機(jī)械摩擦,具有氣墊阻隔震動(dòng),機(jī)組產(chǎn)生的噪聲和振動(dòng)極低,壓縮機(jī)噪聲不大于70 dB(A)。啟動(dòng)電流低,常規(guī)制冷機(jī)組的壓縮機(jī)在啟動(dòng)的瞬間會(huì)產(chǎn)生高沖擊電流,一般達(dá)到400 A～600 A,波及電網(wǎng)的穩(wěn)定,而磁懸浮機(jī)組的啟動(dòng)過程利用壓縮機(jī)變頻啟動(dòng)的方式,使啟動(dòng)電流低至只有2 A,對(duì)電網(wǎng)沖擊低。

5)綠色環(huán)保:環(huán)保型冷媒R134a,對(duì)臭氧層0傷害,符合綠色環(huán)保的要求。

6)效率穩(wěn)定:常規(guī)大型離心式機(jī)組系統(tǒng)即使每年清洗,由于潤(rùn)滑油殘留及累積,能效損失至高將達(dá)25%,運(yùn)行年限越長(zhǎng)效率降低將越明顯。磁懸浮機(jī)組因無油運(yùn)行,不會(huì)存在潤(rùn)滑油殘留的問題,所以隨著運(yùn)行年限增加也不會(huì)存在潤(rùn)滑油造成效率損失的問題。

磁懸浮離心式冷水機(jī)組主要缺點(diǎn)為價(jià)格較高。以本項(xiàng)目為例,本項(xiàng)目中1 758 kW磁懸浮離心式冷水機(jī)組價(jià)格約為95萬元每臺(tái),同樣制冷量的定頻離心式冷水機(jī)組價(jià)格約為60萬元每臺(tái),相差35萬元,磁懸浮離心式冷水機(jī)組價(jià)格是定頻離心式冷水機(jī)組的1.58倍,價(jià)格偏高。但是總的來說,在節(jié)能環(huán)保、技術(shù)創(chuàng)新成為大勢(shì)所趨的時(shí)代背景下,磁懸浮離心冷水機(jī)組在環(huán)保性、節(jié)能性、保養(yǎng)性等方面具有較大的優(yōu)勢(shì)(見圖3)。

2.3 磁懸浮離心式冷水機(jī)組在某五星級(jí)酒店中的應(yīng)用

該五星級(jí)酒店位于浙江省南部某市,酒店為37層超高層酒店建筑。五星級(jí)酒店項(xiàng)目夏季空調(diào)總尖峰負(fù)荷為9 896 kW,空調(diào)建筑面積冷指標(biāo)110 W/m2。項(xiàng)目為超高層項(xiàng)目,空調(diào)水系統(tǒng)根據(jù)項(xiàng)目的使用功能分為地下室裙房、主樓低區(qū)客房、主樓高區(qū)客房三個(gè)區(qū)域分別供冷。項(xiàng)目空調(diào)冷源根據(jù)項(xiàng)目總空調(diào)冷負(fù)荷并考慮酒店空調(diào)負(fù)荷富裕量采用3 516 kW(1 000冷噸)定頻水冷離心式冷水機(jī)組2臺(tái),1 758 kW(500冷噸)磁懸浮變頻離心式冷水機(jī)組2臺(tái)。定頻水冷離心機(jī)組和磁懸浮變頻離心式冷水機(jī)組均設(shè)置在地下一層的制冷機(jī)房?jī)?nèi),并在制冷機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置一臺(tái)換熱量3 000 kW的板式換熱機(jī)組,利用該板式換熱機(jī)組在過渡季節(jié)階段不開啟冷水機(jī)組,僅靠冷卻塔降溫冷凍水,提供冷卻塔免費(fèi)供冷。具體布置詳見圖4。

項(xiàng)目空調(diào)水系統(tǒng)采用二管制,異程為主,各分支均設(shè)置動(dòng)態(tài)平衡閥,保證空調(diào)水系統(tǒng)總能在比較合理的平衡狀態(tài)下運(yùn)行。因項(xiàng)目為超高層,總建筑高度為154.2 m,因此空調(diào)水系統(tǒng)分為3個(gè)區(qū)域,地下室和裙房為低區(qū)一區(qū),4層～19層為低區(qū)二區(qū),20層～37層為高區(qū)?？紤]到設(shè)備采購(gòu)的經(jīng)濟(jì)性,降低低區(qū)的水溫,以便在高區(qū)換熱后水溫不過高,所有的空調(diào)箱、風(fēng)機(jī)盤管等空調(diào)末端均可以采用國(guó)標(biāo)產(chǎn)品。因此低區(qū)冷水供回水溫度為6 ℃/11 ℃;熱水供回水溫度為60 ℃/50 ℃;低區(qū)設(shè)置流量:665 m3/h的單級(jí)雙吸離心式水泵3臺(tái),兩用一備與2臺(tái)1 000冷噸定頻離心式冷水機(jī)組對(duì)應(yīng)使用;流量:332 m3/h的單級(jí)雙吸離心式水泵3臺(tái),兩用一備與2臺(tái)500冷噸磁懸浮離心式冷水機(jī)組對(duì)應(yīng)使用。冷水機(jī)組制備冷凍水后,通過分水器,分別直接供應(yīng)地下室、裙房以及4層～19層客房區(qū)域。并有一路供回水管路通過豎向管井通至25層的避難層內(nèi)的換熱機(jī)房?jī)?nèi),換熱機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)置3組板式換熱機(jī)組,每組供冷量1 200 kW,利用制冷機(jī)房提供的供回水溫度6 ℃/11 ℃一次側(cè)冷凍水與二次側(cè)冷凍水進(jìn)行換熱后通給20層～37層客房,二次側(cè)供回水溫度7.5 ℃/12.5 ℃。每組板式換熱機(jī)組內(nèi)配置循環(huán)水泵采用流量230 m3/h的單級(jí)單吸離心式水泵2臺(tái),水泵一用一備(見圖5)。

整個(gè)項(xiàng)目設(shè)置高效節(jié)能空調(diào)運(yùn)行控制系統(tǒng),通過集中控制系統(tǒng),將機(jī)房?jī)?nèi)的冷水機(jī)組、板式換熱機(jī)組、水泵、冷卻塔風(fēng)機(jī)、各個(gè)末端空調(diào)箱、風(fēng)機(jī)盤管等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制,機(jī)組運(yùn)行采用自動(dòng)數(shù)據(jù)采集,根據(jù)末端運(yùn)行狀態(tài),空調(diào)冷水需求量調(diào)整離心式冷水機(jī)組,磁懸浮離心式冷水機(jī)組的開啟數(shù)量,調(diào)整機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài),特別是利用磁懸浮離心式冷水機(jī)組在部分負(fù)荷下的超高能效比,保證磁懸浮離心式冷水機(jī)組在其最高效區(qū)域運(yùn)行,以達(dá)到既保證空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行效果又有效的節(jié)約了空調(diào)機(jī)組的運(yùn)行能耗。從而保證整個(gè)酒店的空調(diào)系統(tǒng)高效運(yùn)行,達(dá)到節(jié)能環(huán)保的要求,為國(guó)家的雙碳目標(biāo)作出一份貢獻(xiàn)。

2.4 磁懸浮離心式冷水機(jī)組與普通離心機(jī)組的經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析

根據(jù)ARI(美國(guó)制冷學(xué)會(huì))發(fā)布的空調(diào)負(fù)荷全年分別統(tǒng)計(jì)可知空調(diào)系統(tǒng)冷源的設(shè)計(jì)值,是在最不利的條件時(shí)保證多數(shù)空調(diào)運(yùn)行狀態(tài)所計(jì)算的空調(diào)負(fù)荷量,而工程項(xiàng)目在時(shí)間使用中受變化的氣溫、人流量、使用率等因素影響[3],根據(jù)浙江省節(jié)能評(píng)估導(dǎo)則所提供的酒店空調(diào)使用頻數(shù)可知,酒店絕大多數(shù)的運(yùn)行時(shí)間均在30%～70%之間。因此本項(xiàng)目考慮到單純使用磁懸浮離心式冷水機(jī)組初投資較高,因此在設(shè)計(jì)方案上采用磁懸浮離心式冷水機(jī)組和定頻離心式冷水機(jī)組相結(jié)合的方式,大幅降低了初投資,在運(yùn)行上采取磁懸浮離心式冷水機(jī)組高效端優(yōu)先原則可以最大限度的發(fā)揮磁懸浮離心式冷水機(jī)組的節(jié)能優(yōu)勢(shì),縮短投資回收期。

2.4.1 磁懸浮離心式冷水機(jī)組與普通離心機(jī)組的能耗對(duì)比

考慮項(xiàng)目情況將本項(xiàng)目空調(diào)機(jī)組能耗情況與采用常規(guī)普通定頻離心機(jī)組相對(duì)比,通過機(jī)組的開啟策略以及利用浙江省節(jié)能評(píng)估導(dǎo)則中相應(yīng)的負(fù)荷頻數(shù),機(jī)組能耗計(jì)算公式等資料,對(duì)兩種空調(diào)機(jī)組配置能耗進(jìn)行計(jì)算對(duì)比。

本項(xiàng)目采用2臺(tái)3 516 kW定頻離心式冷水機(jī)組和2臺(tái) 1 758 kW磁懸浮離心式冷水機(jī)組為方案一。

常規(guī)配置的2臺(tái)3 516 kW定頻離心式冷水機(jī)組和2臺(tái) 1 758 kW離心式冷水機(jī)組為方案二。

兩種方案中均采用同樣的控制策略,具體控制策略詳見表1～表3。

表1 不同負(fù)荷率下定頻離心機(jī)組啟動(dòng)策略

表2 不同負(fù)荷率下磁懸浮離心機(jī)組啟動(dòng)策略

表3 不同負(fù)荷率下普通定頻離心機(jī)組啟動(dòng)策略

項(xiàng)目根據(jù)浙江省《民用建筑項(xiàng)目節(jié)能評(píng)估技術(shù)導(dǎo)則》[4]中相關(guān)規(guī)定的冷水機(jī)組用電能耗計(jì)算公式進(jìn)行計(jì)算:

(1)

其中,QC為冷源年用電量,kWh;TC為冷源年運(yùn)行時(shí)間,h;n為負(fù)荷率統(tǒng)計(jì)分段數(shù);εi為第i段負(fù)荷率內(nèi)的時(shí)間所占比例;m為主機(jī)臺(tái)數(shù);Di,j為第i段負(fù)荷率內(nèi)第j臺(tái)主機(jī)是否開啟,若開啟則取1,關(guān)閉則取0;Lj為第j臺(tái)主機(jī)的額定制冷量,kW;ζi,j為第i段負(fù)荷率內(nèi)第j臺(tái)主機(jī)的負(fù)載率,當(dāng)設(shè)計(jì)文件沒有明確不同負(fù)荷下主機(jī)運(yùn)行策略時(shí),按所有啟動(dòng)主機(jī)的負(fù)載率相等計(jì)算,即：

(2)

其中，CLQi為第i段負(fù)荷率的冷負(fù)荷,kW;COPi,j為第i段負(fù)荷率內(nèi)第j臺(tái)主機(jī)的負(fù)載率對(duì)應(yīng)的COP值。

項(xiàng)目中各個(gè)機(jī)組的COP均根據(jù)項(xiàng)目所采用的品牌所提供的相關(guān)產(chǎn)品的COP值進(jìn)行計(jì)算。在不同負(fù)荷下機(jī)組的COP值見表4。

將所有的資料代入到式(1)中,可以通過計(jì)算得的方案一和方案二對(duì)比兩個(gè)方案的全年能耗詳見表5,表6。

表4 不同負(fù)荷率下制冷機(jī)組COP

表5 方案一制冷機(jī)組年用能估算

表6 方案二制冷機(jī)組年用能估算

從表5，表6的對(duì)比可知，采用2臺(tái)磁懸浮離心式冷水機(jī)組比采用2臺(tái)定頻離心式冷水機(jī)組在整個(gè)酒店的制冷季運(yùn)行時(shí)可以極大的節(jié)能,一個(gè)制冷季可以節(jié)約空調(diào)耗電量為1 655 881.01-1 332 124.56=323 756.45 kWh。

2.4.2 磁懸浮離心式冷水機(jī)組與普通離心機(jī)組的經(jīng)濟(jì)對(duì)比

項(xiàng)目最終采購(gòu)的1 000冷噸定頻式離心機(jī)組加500冷噸 磁懸浮離心式冷水機(jī)組的采購(gòu)價(jià)格情況與同品牌如采用普通定頻離心式冷水機(jī)組設(shè)備價(jià)格對(duì)比見表7。

表7 機(jī)組價(jià)格對(duì)比分析表

從表7可知單臺(tái)制冷量1 758 kW磁懸浮離心式冷水機(jī)組比制冷量1 758 kW定頻離心式冷水機(jī)組價(jià)格貴35萬元,價(jià)格是普通機(jī)組的1.58倍,因此磁懸浮離心式冷水機(jī)組缺點(diǎn)主要是價(jià)格較貴,但根據(jù)2.4.1中表5，表6的空調(diào)冷源一個(gè)制冷季的耗電量計(jì)算可以看到磁懸浮離心式冷水機(jī)組的能耗節(jié)約有巨大的潛力。

由表8可知本項(xiàng)目采用2臺(tái)3 516 kW定頻離心式冷水機(jī)組和2臺(tái)1 758 kW磁懸浮離心式冷水機(jī)組比2臺(tái)3 516 kW定頻離心式冷水機(jī)組和2臺(tái)1 758 kW定頻離心式冷水機(jī)組每年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)約約34萬元,業(yè)主可以在2年內(nèi)收回成本。成本收回后機(jī)組使用較常規(guī)機(jī)組均較為節(jié)能,在整個(gè)設(shè)備的使用壽命周期內(nèi)可以為更多的節(jié)約項(xiàng)目空調(diào)冷源能耗。

表8 機(jī)組經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析表

3 結(jié)語

通過位于浙江省南部某市新建超高層五星級(jí)酒店磁懸浮離心式冷水機(jī)組的應(yīng)用情況來看,磁懸浮離心式冷水機(jī)組具有較為突出的高效節(jié)能效果,為酒店用電帶來了巨大的節(jié)能成本,不僅降低了酒店的運(yùn)營(yíng)成本、提高了營(yíng)業(yè)利潤(rùn),還可以促使酒店行業(yè)向節(jié)能減排縱深發(fā)展,為雙碳目標(biāo)的達(dá)成做出貢獻(xiàn)。磁懸浮離心式冷水機(jī)組可以在更多的酒店項(xiàng)目中推廣使用。