北方某五星級酒店中央空調冬季采暖節能改造系統方案

北方某五星級酒店中央空調冬季采暖節能改造系統方案

【摘要】本項目為北方某五星級酒店中央空調冬季采暖節能改造方案,要求改造舊的燃煤鍋爐采暖系統,改造后2種供熱源互為備用,完美結合,完全保證供暖系統的有效率及安全運行。
【關鍵字】熱泵采暖、綜合能源系統、節能改造、選型
一、工程概況
該工程是酒店中央空調冬季采暖系統節能改造工程,酒店總建筑面積約6萬平方米,按照甲方提供的原設計院空調系統圖紙,部分寫字樓沒有使用中央空調系統,大樓總采暖面積為21920㎡。經現場勘查,屋頂具備足夠的空氣源熱泵安裝的安裝條件。與此同時,項目施工現場水源充足、樓面水壓正常,用水處電源容量具備空氣能熱泵采暖機組系統的需求。
二、采暖系統節能改造方案


2.1 改造思路
整個大樓總共21920平方米的采暖面積全部進行改造,由于甲方已經購買了燃氣鍋爐,為了有效利用資源,結合項目所在地,全年低溫氣溫10℃以上比較多,在氣溫10℃以下比較少;為了節約初投資,所以設計在環境氣溫10℃以上利用熱泵全部滿足采暖需求。環境氣溫10℃以下,啟動燃氣鍋爐輔助加熱。
2.2 設備選型
當室外環境溫度為10℃,濕度70%的時候,濕球溫度為7℃,熱泵制熱修正系數為K=0.73
但是年出現極端低溫天氣(7℃)的時間比較短,一般一年也就1個月左右,全年采暖期為4個月左右,冬季大部分的氣溫都在5℃(熱泵的制熱修正系數為0.85)以上,為了減少初投資,熱泵采暖以滿足5℃以上,5℃以下啟動一臺燃氣鍋爐作為輔助熱源;還有因為1-5樓娛樂及餐廳白天營業時間比較少,9-24樓的客房白天采暖開機率也比較少,只有部分辦公寫字樓使用;而晚上寫字樓基本不辦公,只有娛樂及客房部分需要采暖;所以為了有效利用熱源,降低初投資,而又能夠保證系統的穩定性,同時使用率70%可以滿足采暖要求。所以選型如下表:

序號

采暖負荷(KWH)

修正系數

單臺制熱量(KWh)

型號

數量

1

2192.05×70%=1534.45

0.85

160

ZKFRS-160II

11

2.3 設備選型中需關注化霜能力

在北方地區以熱泵作為采暖熱源時,設備選型需要建立在過硬的產品技術基礎之上。在極端環境溫度下的能效表現以及除霜技術,是保證產品能夠正常運行,取得良好采暖效果的前提。

在這方面,中宇熱泵的單機能效比COP值高達4.2,最高達到4.76,比國內外所有同類產品高出15%-25%。居國際領先水平。而在空氣源熱泵進軍北方采暖市場最難解決的問題之一——除霜技術方面,中宇熱泵采用的是智能化換向四通閥進行除霜,除霜控制采用中宇獨有的三維除霜技術,通過對除霜工況的匹配,可根據空氣的相對濕度,對冷凝溫度、蒸發溫度及壓縮壓力重新設定使除霜時間大大縮短及降低除霜功耗。

中宇智能除霜方法,智能除霜控制系統根據空氣的溫度、濕度自動檢測及分析空氣側換熱器是否結霜,如結霜則啟動除霜裝置,保證在短時間內除霜,保證機組的正常運轉和制熱。系統采用自動識別“溫度-時間”的控制方法,比一般定時除霜方法更為先進。控制方法如下:當翅片管換熱器(蒸發器)表面溫度下降到設定值t1時,同時又超過設定的除霜周期時,時間繼電器開始記時,同時進入除霜模式,進入除霜模式首先是四通換向閥動作,然后室外風機停轉,壓縮機的高溫排氣進入翅片盤管,使盤管表面上的霜融化。當換熱器表面溫度上升到設定值t2或除霜執行時間達到設定的最長除霜時間,即停止除霜。機組又恢復制熱工況。

中宇智能化霜原理示意圖如下:

中宇機組本身電控帶有自動化霜功能,采用最成熟、最可靠的四通換向閥換向化霜方法,即當機組進入化霜狀態時,四通換向閥換向,壓縮機排出的高溫高壓制冷劑氣體通過結霜的翅片換熱器,可迅速將換熱器上的霜融化。中宇獨有的三維除霜技術,為方案的成功執行奠定了過硬的產品、技術基礎。

2.4節能效果分析

采暖期按照4個月計算,其中5℃以上按照3個月計算,進水溫度為15℃; 0-5℃按照15天計算; 0- -3℃按照15天計算。

熱泵運行費用=熱泵每小時的輸入功率(KW)×額定工況采暖機組每日運行時間(按日均采暖時間20小時)×電費(元/度)×額定工況計算日歷天×開機率,計算得出:

5℃以上采暖熱泵運行費用:410.718kw×20h×1元/kw.h×90×80%=515639.65(元)

5-0℃采暖熱泵運行費用:402.336kw×20h×1元/kw.h×15×80%=96560.64(元)

0- -3℃采暖工況運行費用:393.954kw×20h×1元/kw.h×15×80%=94548.96(元)

采暖燃氣輔助運行費用=采暖需要燃氣鍋爐輔助熱量(KW)×每立方天然氣熱值(KW/m3)×燃氣鍋爐燃燒效率×每立方天然氣實際熱值(KW/m3)×每立方天然氣價格(元/m3)×0-5℃工況每日運行時間(小時)×開機率,計算得出:

5-10℃采暖燃氣輔助運行費用:161.65×11.16×0.85×9.49×4.80×20×15×80%=19631.12(元)

5-0℃采暖燃氣輔助運行費用:337.65×11.16×0.85×9.49×4.80×20×15×80%=41004.93(元)

0- -3℃采暖燃氣輔助運行費用:566.45×11.16×0.85×9.49×4.80×20×15×80%=68773.69(元)

綜上,可得出熱泵+燃氣鍋爐總系統的年運行費用為836158.99元

而使用燃氣鍋爐熱水系統年運行費用=鍋爐年運行費用(元)+運行管理費用(元)

鍋爐年運行費用(元):1534.45×11.16×85%×161.72×20×4.8=1490402.26

原采暖燃氣鍋爐需專業管理人員3人,每人每年需付30000元工資,則全年運行管理費用為3×30000=90000(元)

得出,全年總運行費用(元)1580402.26

2.5不同能源年運行費用對比

項?????? 目

年運行費用(元)

百分率

熱泵采暖系統年運行費用

¥836,158.99

100.00%

燃氣采暖系統年運行費用

¥1,580,402.26

189.01%

因此,熱泵采暖系統年節約運行費用達74.42萬元。

三、總結分析

通過以上方案的工程投資、運行費用對比分析,我們可以看出,使用的熱泵越多,節能的效果越明顯,在環境溫度5℃以上使用熱泵采暖最為節能。

但是通過我公司對酒店空調系統現場的審核發現,熱泵采暖的設備不能夠安裝于樓頂,因為沒有其他管井可以容納DN377×8的2條主水管道,在外墻安裝安全問題不可解決并影響建筑物美觀。只能選擇安裝在地下室內原燃煤鍋爐的地方。

由于原來的燃油鍋爐房面積不夠多達20臺的空氣源熱泵設備進行全面改造,所以只能選擇10臺左右的熱泵進行部分改造,需在熱泵供熱不足時啟動燃氣鍋爐作為輔助熱源,可以由管道采暖溫度自動控制燃油機組的啟動或者停止。

環境溫度10℃或以上,全部替換原鍋爐進行采暖,采暖面積21290㎡,初投資322.89萬元,年節省費用74.42萬元,投入產出比達0.2305,可獲得較高的投資收益率。

通過以上數據對比我們可以看出,使用熱泵采暖的面積越大,時間越長,節能效果越明顯;而從投資及節能比率方面我們也可以看出,使用熱泵采暖越接近熱泵的標準工況,比率越高(比率高意味著投資及收益率高),所以建議使用熱泵+燃氣鍋爐作為輔助熱源的綜合能源系統是最佳方案。

備注:設計及方案施工依據

采暖通風與空氣調節設計規范(GB50019-2003)

民用建筑熱工設計規范(GB50176-93)

民用建筑暖通空調設計技術措施(第二版)

建筑設計防火規范(GB50016—2001)

高層民用建筑設計防火規范(GB50045—95)

建筑給排水及采暖工程施工質量驗收規范(GB50242-2002)

建設單位的要求

 

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