南京某酒店空调采暖生活热水热源三用系统探讨及其技术经济比较

南京某酒店空调南京某酒店空调 采暖采暖 生活热水热源生活热水热源 三用系统探讨及其技术经济比较三用系统探讨及其技术经济比较 南京大学建筑规划设计研究院 林康立 摘要摘要 本文针对某大厦酒店空调 采暖 生活热水热源的三用系统工程实例 可能实施的 4 个方案的仔细 分析研究和全年的能源消耗及特定的电 燃气或燃油价格下的费用的比较 认为想象中夏季用带热回收的 风冷热泵冷热水机组 其他三季的生活热水靠电加热 空调热水靠电辅助加热 即本文中的方案 2 的办 法 不一定比采用传统的两套独立的热泵冷热水系统和热泵热水系统来得好 而如果能够利用低温水源为 冷热源的水源热泵热源三用系统则比较经济实用 同时指出 对于三用系统的技术经济性 必须在可靠的 水 电 燃料价格的前提下 进行全年的能耗比较 也只有在空调 采暖 生活热水 3 个部分加起来的投 入 产出比 总能效比 最高为最优方案 自然也应考虑主机设备的来源是否方便和一次投资及其回收年 限的影响 本文仅在特定条件下进行分析比较的初步结论 有一定局限性 而其真正目的是提供方法和思 路 并 要求对于空调 采暖 生活热水热源三用系统的方案 必须进行认真的技术经济比较 以推进应用热泵技 术节能的发展 关键词关键词 热泵 三用系统 技术经济比较 1 1 概述概述 1 1 位于南京闹市区的某大厦 是南京的标志性高层建筑之一 原有的中央空调系统是采用水环 水源热 泵机组为冷 热源的分离式水源热泵冷热水系统 其末端设备为位于各区域的自带制冷压缩机的水源热泵 机组 该机组从整个大厦的水环中吸收热量来制热 或向水环排放热量来制冷 并向所服务的区域或房间 送热风 采暖 或送冷风 空调降温 1 2 本改造项目将 47 52 楼分为三个独立的空调使用区域 即 1 2 1 办公层区域 47 层 空调使用面积约 500 中央空调负荷为 100KW 1 2 2 酒店区域 48 50 层 空调使用面积约 1500 中央空调负荷为 300KW 生活热水日用量为 20 25 吨 60 折合 55 的热水量为 23 吨 自来水温取为 15 1 2 3 餐饮区域 51 52 区域 空调使用面积约 1000 中央空调负荷为 250KW 该三个区域的空调要求脱离原来的水环热泵系统 直接采用空气源热泵带热回收系统或者电锅炉 冷却塔系统 且都应能独立控制 独立核算电费 1 3 甲方提出的空调 热水运行要求为 1 3 1 空调系统设定夏季系统运行 4 5 个月 每天运行 12 小时 设定为 5 16 9 30 共 138 天 1656 小时 室外平均气温 25 1 1 3 2 空调系统春秋季系统不运行 春秋季共 4 个月 设定为 3 16 5 15 以及 10 1 11 30 共 122 天 1464 小时 室外平均气温 14 06 1 3 3 空调系统设定冬季系统运行 3 5 个月 每天运行 12 小时 设定为 12 1 次年 3 15 共 105 天 1260 小时 室外平均气温 4 1 1 3 4 生活热水全年全日制供应 365 天 8760 小时 本文仅对酒店部分的空调 采暖 生活热水热源三用系统的可行方案进行分析研究 本文仅对酒店部分的空调 采暖 生活热水热源三用系统的可行方案进行分析研究 2 2 设计数据设计数据 2 1 建设地点 南京市 北纬 32o00 东经 118o48 2 2 年平均温度 15 4 2 3 冬季空调室外计算干球温度 6 夏季空调室外计算干球温度 35 湿球温度 28 3 2 4 设定夏季热水系统运行 4 5 个月 全日间歇运行 机组工作控制在 12 小时 设定为 5 16 9 30 共 138 天 室外平均气温 25 1 自来水温度 24 2 5 设定冬季热水系统运行 3 5 个月 全日间歇运行 日机组加热运行小时控制在 12 小时左右 设定为 12 1 次年 3 15 共 90 天 已扣除低气温 15 天 室外平均气温 4 1 自来水温度 7 2 6 春秋季不需要空调 热水机组依然运行 春秋季起止日期设定为 3 16 5 15 以及 10 1 11 30 共 122 天 室外平均气温 14 06 自来水温度 15 5 2 7 设定冬季热水系统运行 3 5 个月 全日间歇运行 日机组加热运行小时控制在 12 小时左右 设定为 12 1 次年 3 15 共 90 天 已扣除低气温 15 天 室外平均气温 4 1 自来水温度 7 2 8 设定冬季低气温 6 的天数有 15 天 自来水温度按 5 计 2 9 室内参数 客房 夏季 26 2 冬季 18 2 3 3 空调负荷和热水负荷 见表空调负荷和热水负荷 见表 3 13 1 表 3 1 空调与热水负荷 名称单位夏季 138 天 春秋季 122 天 冬季 90 天 低气温 15 天 工况空调机组制冷 热回收 制热水空调机组制热 制热水 电制热 空调机组制热 制热水 电制热 平均气温 25 114 064 1 6 自来水温度 2415 575 空调冷负荷 KW300 空调热负荷 KW 262 5300 日热水总用热量 KW hr873111213511408 最大小时制热功率 KW309394479499 日用热水量升 23000 最大小时供热水量升 8146 4 4 设计方案设计方案 本文仅对 48 50 层酒店部分的空调 热水三用系统进行探讨 酒店室内空调系统采用风机盘管为末端 的双管制同程式冷热水系统 不单独设新风系统 冷热源设备布置于 50 层以上某一层的室外平台上或屋 顶上 生活热水通过立管由上向下供水 循环热回水管通过立管下部连接后 再向上返回蓄热水箱 根据甲方的要求和大楼空调现状条件 可供选择的冷热源方案有 4 个 4 14 1 方案一方案一 采用传统的风冷热泵冷热水机组加上空气源热泵热水机组为空调冷热水和生活热水的冷热源 该方案采用传统的风冷热泵冷热水机组加上空气源热泵热水机组为空调冷热水和生活热水的冷热源 该方案 的流程图可见图的流程图可见图 4 14 1 其设备选择的型号和数量见表 其设备选择的型号和数量见表 5 15 1 图 4 1 利用风冷热泵冷热水机组和空气源热泵热水机组联合的三用系统 4 24 2 方案二方案二 采用具有热回收功能的风冷热泵冷热水机组加电锅炉 或水箱电加热器 为冷热源 采用具有热回收功能的风冷热泵冷热水机组加电锅炉 或水箱电加热器 为冷热源 夏季夏季 4 54 5 个月 具有热回收功能的机组制冷 部分热回收制取生活热水 个月 具有热回收功能的机组制冷 部分热回收制取生活热水 春秋季春秋季 4 4 个月 空调机组停止 用电锅炉制热水 个月 空调机组停止 用电锅炉制热水 冬季冬季 3 53 5 个月 空调机组主要制空调用个月 空调机组主要制空调用 45 45 热水 有时可利用空调制热多余的热来热回收制生活热水 热水 有时可利用空调制热多余的热来热回收制生活热水 生活热水热量大部分依靠电加热 空调热回收机组选用生活热水热量大部分依靠电加热 空调热回收机组选用 R134aR134a 为工质 该系统的流程图见图为工质 该系统的流程图见图 4 24 2 其设备 其设备 选择的型号和数量见表选择的型号和数量见表 5 15 1 图 4 2 部分热回收风冷热泵冷热水机组和电加热的三用系统 图 4 3 利用能量提升机组的制冷 供热及生活热水联合系统 4 34 3 方案三方案三 采用具有热回收功能的四管制双回路热泵冷热水机组 能量提升机组 加水箱辅助电加热器为冷采用具有热回收功能的四管制双回路热泵冷热水机组 能量提升机组 加水箱辅助电加热器为冷 热源 热源 夏季夏季 4 54 5 个月 具有热回收功能的能量提升机组回路个月 具有热回收功能的能量提升机组回路 1 1 全部制冷 从蒸发器出冷水 回路全部制冷 从蒸发器出冷水 回路 2 2 制冷兼制冷兼 制热 制冷优先 从蒸发器出冷水 从热回收器出热水 制热 制冷优先 从蒸发器出冷水 从热回收器出热水 春秋季春秋季 4 4 个月 回路个月 回路 1 1 停止 回路停止 回路 2 2 全部制热 从热回收器出热水 全部制热 从热回收器出热水 冬季冬季 3 53 5 个月 包括低气温的个月 包括低气温的 1515 天 天 能量提升机组回路 能量提升机组回路 1 1 主要制空调用主要制空调用 45 45 热水 从热回收器出热热水 从热回收器出热 水 水 空调制热量不足时 采用空调辅助电加热器 回路 空调制热量不足时 采用空调辅助电加热器 回路 2 2 全部用来制热水 不足时 通过水箱内电加热全部用来制热水 不足时 通过水箱内电加热 器辅助加热 能量提升机组选用器辅助加热 能量提升机组选用 R134aR134a 为工质 该系统的流程图见图为工质 该系统的流程图见图 4 34 3 图 4 4 利用水源热泵的制冷 供热及生活热水联合系统 4 44 4 方案四方案四 采用具有热回收功能的水源热泵冷热水机组加水箱辅助电加热器为冷热源 水源利用整个大楼的采用具有热回收功能的水源热泵冷热水机组加水箱辅助电加热器为冷热源 水源利用整个大楼的 水环系统 电费可独立计算 水环的使用费用按水量分配 水环系统 电费可独立计算 水环的使用费用按水量分配 夏季夏季 4 54 5 个月 用具有热回收功能的水源热泵机组全部制冷 从蒸发器出冷水 从冷凝器个月 用具有热回收功能的水源热泵机组全部制冷 从蒸发器出冷水 从冷凝器 1 1 部分热部分热 回收出热水 冷凝器回收出热水 冷凝器 2 2 仍用水环水排热 仍用水环水排热 春秋季春秋季 4 4 个月 机组减负荷制热水 从冷凝器个月 机组减负荷制热水 从冷凝器 1 1 出热水 蒸发器吸收水环水的热量 出热水 蒸发器吸收水环水的热量 空调水部分停 空调水部分停 用 用 冬季冬季 3 53 5 个月 包括低气温的个月 包括低气温的 1515 天 天 具有热回收功能的水源热泵机组冷凝器 具有热回收功能的水源热泵机组冷凝器 2 2 主要制空调用主要制空调用 45 45 热热 水 从热回收器出热水 水 从热回收器出热水 空调制热量不足时 采用空调辅助电加热器 冷凝器 空调制热量不足时 采用空调辅助电加热器 冷凝器 1 1 全部用来制热水 不足全部用来制热水 不足 时 通过水箱内电加热器辅助加热 具有热回收功能的水源热泵机组选用时 通过水箱内电加热器辅助加热 具有热回收功能的水源热泵机组选用 R22R22 为工质 该系统的流程图见为工质 该系统的流程图见 图图 4 44 4 5 5 主要设备主要设备 各方案的冷热源部分主要设备的规格 型号和数量的对照见下表 表表 5 15 1 各方案主要设备一览表各方案主要设备一览表 项目名称方案一方案二方案三方案四 方案简介 冷热源 采用传统的风冷热泵 冷热水机组加上空气 源热泵热水机组为空 调冷热水和生活热水 的冷热源 采用具有热回收功能 的风冷热泵冷热水机 组加电锅炉 或水箱 电加热器 为冷热源 采用具有热回收功能 的四管制双回路热泵 冷热水机组 能量提 升机组 加水箱辅助 电加热器为冷热源 采用具有热回收功能的水 源热泵冷热水机组加水箱 辅助电加热器为冷热源 水源利用整个大楼的水环 系统 名称 型号 及 数量 工 质 空调用风冷热泵冷热 水机组 FS U 300R 型 1 台 R22 热泵热水机组 HAM100 3 台 R134a 风冷热泵冷热水机组 部分热回收 RECS D 1362 型 标准 型 1 台 R134a 能量提升机组 ERACS Q 1362 型 标 准型 双制冷回路 1 台 R134a 水源热泵冷热水机组 PSRHH 080 型 标准型 1 台 R22 主 机 额定制冷 制热量 千瓦 空调 340 350 热水 28 20 318 2 329315 329313 8 345 6 蓄热水箱9 立方米有效容积的 组合式不锈钢蓄热水 箱 2 台 15 立方米有效容积的 组合式不锈钢蓄热水 箱 1 台 15 立方米有效容积的 组合式不锈钢蓄热水 箱 1 台 15 立方米有效容积的组合 式不锈钢蓄热水箱 1 台 空调热泵 用辅助电 加器 DR 25 1 台 25 千瓦 DR 35 2 台 35 千瓦 DR 55 2 台 110 千瓦 DR 20 1 台 20 千瓦 辅 助 电 加 热 器 热水 水箱内 24 千瓦电加热器 2 组 48 千瓦 24 千瓦电加热器 4 组 96 千瓦 24 千瓦电加热器 4 组 96 千瓦 24 千瓦电加热器 3 组 72 千瓦 空调水系统 膨胀水箱 0 15 立方米 500 500 600 0 15 立方米 500 500 600 0 15 立方米 500 500 600 0 15 立方米 500 500 600 1 个1 个1 个1 个 空调冷热水 循环泵 KQL100 140 11 2 型 立式管道泵 2 台 1 开 1 备 功率 11 千瓦 2 KQL80 150 7 5 2 型立式管道泵 2 台 1 开 1 备 功率 7 5 千瓦 2 KQL80 140 5 5 2 型立 式管道泵 3 台 2 开 1 备或 1 开 2 备 功率 5 5 千瓦 3 KQL80 125 5 5 2 型立式 管道泵 2 台 1 开 1 备 功率 5 5 千瓦 2 热水循环加热泵热水机组自带 功率 0 82 千瓦 KQL65 110 2 2 2 型立 式管道泵 2 台 功率 2 2 千瓦 2 KQL80 140 5 5 2 型立 式管道泵 2 台 功率 5 5 千瓦 2 KQL50 125 1 5 2 型立式 管道泵 2 台 1 开 1 备 功率 1 5 千瓦 2 生活热水供水增 压泵 KQL65 235 1 5 4 型 立式管道泵 2 台 1 5 千瓦 2 KQL65 235 1 5 4 型立 式管道泵 2 台 1 5 千瓦 2 KQL65 235 1 5 4 型立 式管道泵 2 台 1 5 千瓦 2 KQL65 235 1 5 4 型立式 管道泵 2 台 1 5 千瓦 2 生活热水循环热 回水泵 KQL40 110 0 75 2 型 立式管道泵 2 台 0 75 千瓦 2 水环水循环泵KQL40 110 0 75 2 型 立式管道泵 2 台 0 75 千瓦 2 KQL50 125 1 5 2 型立式 管道泵 3 台 2 开 1 备或 1 开 2 备 1 5 千瓦 3 空调用 EHZII 50 4 1 台 30 59 立方米 小时 DN100 EHZII 50 4 1 台 30 59 立方米 小 时 DN100 EHZII 50 4 1 台 30 59 立方米 小 时 DN100 EHZII 50 4 1 台 30 59 立方米 小时 DN100 电子 水处 理器 热水用 EHZII 10 2 1 台 7 15 立方米 小时 DN50 EHZII 10 2 1 台 7 15 立方米 小时 DN50 EHZII 50 4 1 台 30 59 立方米 小时 DN100 EHZII 10 2 1 台 7 15 立方米 小时 DN50 配电柜 强电 弱电 1 个 总配电容量 268 9 千瓦 正常用电功率 147 65 千瓦 1 个 总配电容量 242 2 千瓦 正常用电功率 夏季 100 千瓦 春秋季 99 7 千瓦 冬季 231 千瓦 1 个 总配电容量 321 5 千瓦 正常用电功率 夏季 103 千瓦 春秋季 49 5 千瓦 冬季 213 千瓦 低气温 248 5 千瓦 1 个 总配电容量 193 5 千 瓦 正常用电功率 夏季 69 7 千瓦 春秋季 18 74 千瓦 冬季 158 5 千瓦 低气温 178 5 千瓦 设备总台数 19141516 设备总价格低最低最高次高 6 6 冷热水成本比较冷热水成本比较 仅对仅对 48 5048 50 层酒店部分的空调 热水三用系统进行探讨 空调负荷和热水负荷均依照甲方所提出的数层酒店部分的空调 热水三用系统进行探讨 空调负荷和热水负荷均依照甲方所提出的数 据为准 据为准 以全年平均每吨空调用冷热水和每吨生活热水的电费以及全年能源费用总额进行比较 所有方案的能以全年平均每吨空调用冷热水和每吨生活热水的电费以及全年能源费用总额进行比较 所有方案的能 源消耗和费用计算是分季节 分设备 包括热泵机组和循环水泵 源消耗和费用计算是分季节 分设备 包括热泵机组和循环水泵 分空调 采暖和热水进行计算 并相 分空调 采暖和热水进行计算 并相 加后视其总的能源消耗和费用来比较 其计算过程从略 计算结果见下表 加后视其总的能源消耗和费用来比较 其计算过程从略 计算结果见下表 表表 6 16 1 各方案能耗比较表各方案能耗比较表 项目名称项目名称 类别类别名称名称单位单位 方案方案 1 1方案方案 2 2方案方案 3 3方案方案 4 4备注备注 机组机组度度 水泵水泵度度 24057164032405718590 全年全年 总耗总耗 电电 合计合计度度 夏季机组空调耗电夏季机组空调耗电度度 9827992199 每千瓦制冷耗电每千瓦制冷耗电度度 0 260 22800 19780 1856 制冷能效比制冷能效比 3 84624 38645 0555 3883 每冷吨耗电每冷吨耗电度度 0 91420 80160 6956 0 6526 冬季机组供热耗电冬季机组供热耗电度度 79961 每千瓦制热耗电每千瓦制热耗电度度 0 33620 31860 54490 2369 空空 调调 制热能效比制热能效比 2 97433 13911 83524 2208 夏季 138 天每天 12 小时 总供冷量冷吨 千瓦 冬季 105 天每天 12 小时 总供热量千瓦 机组机组 电加热电加热度度 85366 水泵水泵度度 1044276601341813133 全年全年 总耗总耗 电电 合计合计度度 98784 每吨热水耗电每吨热水耗电度度 13 6435 8211 7716 84 每千瓦制热耗电每千瓦制热耗电度度 0 28710 75390 2477 0 3546 每日供热水 23 吨全年共 8395 吨 全年总需热量 千瓦 热热 水水 总能效比总能效比 3 48291 32654 03762 821 总能耗总能耗度电度电 总输出能量总输出能量度电度电冷热量折合电量 总输入总输入 输出比输出比 3 25053 25052 3042 3043 0593 0593 73093 7309 年运行费用年运行费用元元以 0 80 元 度计 方案优劣综合排序方案优劣综合排序 2 24 43 31 1 7 7 各方案技术经济综合评价各方案技术经济综合评价 方案一 采用传统的热泵设备和两套独立的热泵冷热水系统和热泵热水系统 机组设备技术成熟 管 理方便 互不影响 一次投资较低 而且机组都可以采用 R22 为工质 比较容易取得 但设备台数多 占地大 从耗能和运行费用看 仅高于采用方案四 处于第 2 位 其空调系统的能效比在 3 左右 热水系 统的能效比在 3 5 左右 都在正常的范围 因此 从空调加热水供应综合节能角度来看 空调用风冷热泵空调用风冷热泵 为冷热源 冬季适当加部分电加热 生活热水决不直接