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?？刂品椒ㄈ缦拢寒敵崞軗Q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