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【技术】酒店热水用水规律与热泵热回收系统设计
作者:shenhuaguangneng  来源:本站  发表时间:2010-8-15 16:23:00  点击:10734

酒店热水用水规律与热泵热回收系统设计
近十几年来,我国酒店行业发展以10%左右的速度增长,而北京2008奥运会和上海2010世博会进一步促使酒店建设水平加速和管理水平的进一步提升。据不完全统计,有些旅馆类建筑的能耗费用已占到年运营收入的10%~15%,空调能耗占整个酒店类建筑能耗总量的65%左右,是饭店所有能耗设备中最大的。热水供应次之,而照明用电量排在第三位。图1给出了日本酒店全年能耗构成比例关系。


图1 日本酒店全年能耗构成


    可见酒店类建筑节省能源消耗能显著降低运营成本,而空调节能又是酒店降低能耗的关键。空调制冷机组夏季制冷时冷凝热通常为冷负荷的1.2倍左右,而常规空调系统冷凝热通常以废热形式排放到大气中去,如果把这部分热量回收起来制备生活热水是非常有意义。对于中高档宾馆,对空调及生活热水供应都有较高需求;夏季空调冷负荷指标约为100~150W/m2,查给水排水设计规范按60℃计算生活热水指标为120~160L/(床d);·按240m2/床计算,热水供应需要的热负荷604kJ/(m2d)(夏季热水加热温差按60-24=36℃计算)。夏季空调冷凝排热量为空调冷负荷的1.2倍左右,夏热冬冷地区空调负荷率和时间频数按资料计算,得夏季总冷凝热为6914kJ/(m2d),可见夏季只需要回收冷凝排热量的8.7%左右,即可免费制取生活热水。
    1.空气源热泵冷凝热回收系统原理
    火用是衡量能量做功力大小的统一尺度。能量的火用值越大,表示能量可以转变为有用功的部分越多。火用效率用ηe表示为:ηe=eq/ep(1)式中:q为被利用或收益的火用,ekJ/kg;ep为支付或耗费的火用,kJ/kg。
    而常规空调热泵机组的火用效率为31%左右,主要火用损失在冷凝器,占到总火用的30%左右。因此,为提高常规空调用空气源热泵机组的火用效率,减少火用损失,可采用风冷+水冷的复合冷凝技术,取代传统空气源热泵单一风冷的冷凝方式,使其同时具有空调热泵和热泵热水器的功能,并通过合理匹配,使空调和热水器协调运行,得到集空调和热水器于一体的多功—热回收型热泵系统(heatrecoveryheat能热泵系统——pumpsystem,HRHPs)。
    2.冷凝热回收系统研究尚存在的问题
    一方面,冷凝热随着冷负荷的变化而变化的;另一方面,虽然宾馆类建筑中存在很多用热场所,其运行规律受工作制度、人员生活习惯、年龄结构以及天气等因素制约,但主要由酒店经营制度和人员生活习惯影响而具有“双峰性”规律。夏季冷凝热通常是排放到环境中去,可以利用冷凝废热来免费制取生活热水。而在过渡季节和冬季,冷凝热将逐渐被用于采暖,冬季利用一部分冷凝热来制取生活热水则可能会使采暖供热不足。
    3.酒店生活热水用水规律及热回收潜力分析
    笔者对上海2家星级酒店进行实际调查,得出了这2家酒店的用水规律。其中A宾馆建于1980年的三星酒店,有客房165间,其冷热源形式为电制冷、锅炉采暖及空气源热泵热水器供生活热水。B宾馆为2007年而投入运营的新建四星级酒店,建筑面积12000m2,空调面积10500m2,其冷热源形式为燃气锅炉供热水,水冷式制冷机制冷,有客房174间。


    图2是A宾馆的调查数据。可以得出在18:00~20:00内用水量达到最大,占到日用水量的14.5%,早上6:00~8:00也是一个高峰,达到12%。当天总用水量为156L/床,最大用水量时段每两小时用热水量为23.2L/床。
 
    图3是同一天B宾馆逐时用热水规律图。20:00~22:00达到最大,占日用水量的25%,而6:00~8:00为第二高峰,12%,午夜0:00~4:00几乎没有用水。60℃00占热水用量86L/床,低于A宾馆;最大用水段每两小时和内用水量为21.5L/床,A宾馆的23.2L/床接近。
 

    图4是A宾馆2008年7月2日~10月22日的逐日用热水量,平均入住率为71.8%。该宾馆用水量趋势基本为过渡季节用水量高于夏季用水量,日平均温度低,用热水量大;日平均温度高,用热水量小。从图中可以看出该段时间内日用水量范围大多在110~190L/(床d)之间。
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    图5是B宾馆2008年2月11日~2008年10月6日的逐日用水量变化图。平均入住率为50.3%。剔出明显的粗略误差,可以得出其日用水量范围大致为70~170L/d。在室外气温低时(如冬季),用水量总体要多些;气温较高时(夏季),用水量总体要少些。
下面以B宾馆为对象,使用能耗模拟软件EnergyPlus对其进行全年空调负荷和热水负荷模拟,其中,生活热水schedule是由实际调查得出的热水规律输入软件的,得出结果如图:
 

  
 图8 B宾馆12月13日空调和热水负荷
    从图8看出宾馆一年当中大部分时间(4月15~11月15日左右)需要空调制冷,有时候也需要少量再热负荷,但冷负荷都大于热水负荷,完全可以提供免费热水,且这7个月的制冷期内为获取免费生活热水每天需要回收的冷凝热比例为3.9%~55.7%。其余5个月则同时需要空调采暖和生活热水供应,这时候利用部分冷凝热制取生活热水,且冬季利用来制备生活热水的冷凝热比例为23.2%~29.7%。图9是选取日平均气温中最高的一天。从图中看出空调冷负荷逐时值都远大于热水逐时负荷,天冷凝废热总量的4.4%即可满足生活热水负荷需求。图8是选取日平均气温中最低的一天来分析空调热负荷和热水负荷对应关系。
    4.酒店热泵热回收系统匹配优化探讨
    B宾馆现有热源为2台承压燃气热水锅炉供热水,一用一备,每台供热量为1400kW。冷源采用2台螺杆式冷水机组制冷,每台机组制冷量为700kW。可采用热泵热回收方式。根据模拟的结果得到夏季最大冷负荷为1069kW,而空调冷凝热为冷负荷的1.2倍左右,即冷凝热最大为1283kW,对应当天最大生活热水负荷为74.2kW,只需要回收当天冷凝热总量的4.1%即可满足生活热水负荷需求。冬季由于存在内区需要制冷,所以最大供暖负荷仅为349kW,对应该时刻热水负荷79.5kW,当天则需要利用冷凝热总量的27.4%来满足生活热水需求。夏季即每两小时最大生活热水用量按调查的结果(图4),则每小时按60℃计算的热水流热水用量21.5L/床,量为2.24t/h,蓄热水箱最小容积应按最大小时流量这里取保证4h供热水得热保证3~5h流量来设计,水箱容积应为9t,而冬季生活热水用量比夏季大20%左右,因此,热水箱容积应该大20%,即热水箱容积应该定为10.8t。由于冬季热负荷远小于夏季冷负荷,因此,选用SALSH-200HE型热回收热泵机组1台,首先考虑满足冬季供热需求,其参数如表1:


    另选1台单冷式制冷机组满足夏季其余制冷量需求,其制冷量要求≥503kW (1069-566=503kW)。过渡季节和冬季则不开启。SALSH-200HE型热回收热泵机组热回
收量很大,满足生活热水之后也可以用来供给厨房等处用即热回收量占冷水。采暖供热量为
595-238=356kW,凝热的40%,还可以供厨房等用热水。
    5.结论
    (1)2家酒店逐时用热水量高峰时刻2h内60℃热水最大用量分别为21.5L/床和23.2L/床。
    (2)2家酒店随季节变化的逐日热水用量范围分别为110~190L/(床d)和70~170L/d,家酒店数据差别较·2·大,但都和给排水设计规范的120~160L/(床d)有差别。
    (3)B宾馆全年空调和热水负荷模拟结果表明,以上海为代表的夏热冬冷地区宾馆建筑制冷期长,7达个月,利用空调冷凝废热制取生活热水的潜力大。
    (4)模拟结果表明夏季最大空调负荷条件下只需要回收冷凝热总量的4%即可获得免费生活热水,而7个月的制冷期内为制取免费生活热水冷凝热回收比例应为3.9%~55.7%。冬季最大采暖空调负荷条件下需要回收总冷凝热的27.4%来制备生活热水,而冬季为制取生活热水冷凝热利用比例为23.2%~29.7%