某五星級酒店于2004年7月試營業(yè)，2005年1月23日正式開業(yè)，集度假、會議、商旅、餐飲于一體，占地面積12.8萬m2，建筑面積6.2萬m，綠化面積11.2萬m，主樓高78m。

在酒店十多年的經(jīng)營使用中，酒店的機電系統(tǒng)暴露出不少的問題，這些問題有的影響了客人的體驗，有的造成運行管理不方便，有的維護保養(yǎng)費用較高，有的不夠節(jié)能環(huán)保，有的管道和系統(tǒng)故障不可能在日常維護保養(yǎng)得到處理，這些問題都有待于在機電系統(tǒng)壽命中期進行檢驗、梳理和解決完善；另一方面，隨著時間的推移和技術(shù)的進步，目前酒店的機電系統(tǒng)硬件狀況已經(jīng)逐漸不能適應(yīng)現(xiàn)行規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)等的要求和現(xiàn)時經(jīng)營、節(jié)能的需要，需要做一些前瞻性的預(yù)測和判斷。

根據(jù)酒店工程部提供的2005～2014年的酒店逐月用電、用氣抄表數(shù)據(jù)及空調(diào)系統(tǒng)冷凍泵、冷卻泵、冷卻塔和空調(diào)末端的用電估算數(shù)據(jù)，對酒店2005～2014逐年能耗分析如圖1所示。

將本酒店與本地區(qū)近年建設(shè)的同等檔次酒店上述能耗值進行對比發(fā)現(xiàn)，本酒店的能耗屬于中等偏上，說明本項目有一定的節(jié)能改造潛力。

?根據(jù)酒店工程部提供的天然氣數(shù)據(jù)對2014年酒店的天然氣用量做拆分，結(jié)果如圖2所示。其中生活熱水與采暖鍋爐用量占44%，洗衣房鍋爐用量占38%，其余為廚房用氣。

對酒店而言，生活熱水需要全年24 h供應(yīng)，目前本酒店采用燃?xì)鉄崴仩t來生產(chǎn)全部的生活熱水；另一方面，酒店空調(diào)系統(tǒng)的用量很大，而且由于公共區(qū)域內(nèi)區(qū)的存在，一年四季均存在較大的供冷量。

酒店熱水節(jié)能改造首先需選擇高效節(jié)能的熱源，在南方地區(qū)一般設(shè)置水水熱泵和空氣源熱泵兩種。由于本項目為改造項目，無法找到合適的位置放置空氣源熱泵，且本地區(qū)政府文件也要求“采用集中空調(diào)系統(tǒng)，有穩(wěn)定熱水需求，建筑面積在10000 m2以上的新建(含改建、擴建)公共建筑，應(yīng)當(dāng)配套設(shè)計和建設(shè)空調(diào)廢熱回收利用裝置”。項目所在地空調(diào)制冷時間較長，空調(diào)余熱量足以覆蓋全年約9個月的生活熱水需求，如直接利用冷卻水只是對生活熱水進行預(yù)熱，達(dá)不到生活熱水使用溫度要求，則鍋爐也一直需要開啟。為盡量減少鍋爐開啟時間，建議在酒店中增設(shè)1套熱回收型水-水熱泵機組，將原來需要通過冷卻塔排入大氣的空調(diào)系統(tǒng)冷凝熱用于生產(chǎn)生活熱水，減少熱水鍋爐系統(tǒng)的燃?xì)庥昧?，預(yù)計可帶來較大的節(jié)能效益。

配置足夠容量的熱回收機組后，可以覆蓋全年約9個月的生活熱水需求，即全年有3/4的時間無需通過燃?xì)忮仩t生產(chǎn)生活熱水。從圖2中可以看到，酒店的鍋爐房用氣量占全年用氣總量的44%，其中大部分用量在生活熱水上。根據(jù)熱水耗熱量和采暖耗熱量估算，生活熱水用氣占全年用氣總量的30%，則全年可節(jié)約大約22.5%的用氣量，即11.9萬m3天然氣，折合燃?xì)赓M57萬元。經(jīng)查閱一般廠家資料，熱回收型水-水熱泵機組專門供生活熱水COP一般為4，則機組的年用電量約25萬kW·h，折合電費約25萬元。也就是說初步預(yù)測，使用上述熱回收系統(tǒng)后，酒店全年可節(jié)約能源費用約32萬元（上述數(shù)據(jù)根據(jù)酒店以前多年經(jīng)營狀況平均入住率約60%估算）。

本次改造熱源系統(tǒng)需要投資費用估算見表1。

從表1可知，本次投資預(yù)計可在5年內(nèi)回收成本。為此，本項目建議增設(shè)水-水熱泵提供生活熱水。過度季及冬季回收量不足時，采用洗衣房機房內(nèi)本次改造前已增設(shè)的蒸汽鍋爐供應(yīng)。

業(yè)主根據(jù)我院意見進行綜合對比分析，最終確定酒店生活熱水系統(tǒng)主要進行以下幾項改造：

（1）屋頂蒸汽鍋爐、熱水鍋爐由于年久失修，效率低下，直接取消。為保證供應(yīng)生活熱水及采暖安全，經(jīng)復(fù)核在洗衣房機房本次改造前已增設(shè)的蒸汽鍋爐余量足夠，故作為酒店的備用熱源。這樣，平時約9個月時間不需要開啟鍋爐，只是冬季開啟鍋爐作為生活熱水熱源的補充及采暖熱源。

（2）為更好地節(jié)約能源，根據(jù)本地區(qū)氣候特點，在空調(diào)機房增設(shè)水水熱泵作為生活熱水第一熱源，此機組只作為生活熱水熱源，空調(diào)制冷則保留現(xiàn)有主機不變。

（3）為最大限度利用空調(diào)余熱，提升能源綜合效益，將健康中心生活熱水熱源也改為由水-水熱泵和蒸汽鍋爐提供。

進行雙熱源——水-水熱泵+蒸汽鍋爐設(shè)計，水-水熱泵供熱量是關(guān)鍵，只有合理計算確定其供熱量，才能保證熱源改造后設(shè)備投資運營綜合效益最大。參考現(xiàn)行《建筑給水排水設(shè)計規(guī)范》耗熱量及供熱量公式計算結(jié)果見表2、表3。

注：此計算為冬季時，冷熱水溫度分別為10 ℃、60 ℃；水的比熱為4.187 kJ/（kg·℃）；水的密度為1 kg/L。

熱泵+蒸汽兩種熱源常規(guī)設(shè)計時，大都是熱泵換熱對應(yīng)一組換熱器1、蒸汽換熱對應(yīng)另一組換熱器2，換熱器1與換熱器2串聯(lián)，且只有換熱器2的出水溫度滿足使用水溫要求，換熱器1主要起到預(yù)熱作用。系統(tǒng)示意如圖3所示。

此系統(tǒng)雖然運行較穩(wěn)定，控制簡單，但經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)：此系統(tǒng)水水熱泵只是預(yù)熱，蒸汽鍋爐全年都需要運行，對于節(jié)能改造效果有一定影響；其次，兩組換熱器分別需要按規(guī)范計算的熱水儲量進行儲存，總?cè)莘e較大，增加了初始投資。為了更好地利用空調(diào)余熱盡量少開啟蒸汽鍋爐，也為了減少換熱器總?cè)莘e，對上述傳統(tǒng)雙熱源系統(tǒng)進行優(yōu)化，也參考我院其他一些項目雙熱源系統(tǒng)，最終采用如圖4系統(tǒng)。

從多個項目反饋信息獲悉，此系統(tǒng)在初投資、運行能耗和熱水水溫穩(wěn)定性等方面都要優(yōu)于傳統(tǒng)系統(tǒng)。

一次側(cè)的系統(tǒng)設(shè)計初始，考慮在酒店屋頂熱水箱機房和健康中心機房將現(xiàn)有保溫?zé)崴浞謩e更換為容積式換熱器，水-水熱泵熱源供應(yīng)熱水熱媒管和蒸汽鍋爐供應(yīng)蒸汽熱媒管分別供至此兩處，均與容積式換熱器進行換熱，冷水被加熱后儲存于容積式換熱器中。由酒店換熱器和健康中心換熱器分別供應(yīng)各自生活熱水。后來，經(jīng)過對比分析，健康中心耗熱量較小，相對于酒店耗熱量所占比例很小。為了減小設(shè)備投資，考慮將酒店屋頂容積式換熱器容積增加少許，冷水經(jīng)水-水熱泵熱源和蒸汽鍋爐熱源加熱后儲存于酒店容積式換熱器中，然后接管供應(yīng)酒店生活熱水和健康中心熱水。系統(tǒng)示意見圖5。

本項目同時采用水水熱泵熱源和蒸汽鍋爐熱源，為更好地利用空調(diào)余熱提高系統(tǒng)能效比，閥門切換控制尤為重要。本項目雙熱源系統(tǒng)運行工況如下：

（1）容積式換熱器既可串聯(lián)運行也可并聯(lián)運行；一般串聯(lián)運行，閥門A1、A3、A6、B3、B5、C3、C5、D2、D5、閥2打開，其余閥門關(guān)閉。若需并聯(lián)運行，閥門A1、A2、A6、A7、B1、B2、B6、C1、C2、C6、D1、D2、D6、閥2打開，其余閥門關(guān)閉；且并聯(lián)運行需保證水箱的均衡性。

（2）當(dāng)容積式換熱器A清洗或出現(xiàn)問題不能使用時閥門A6關(guān)閉，A7打開。

（3）通過控制一次側(cè)電動二通閥的開度保證板換二次側(cè)出水溫度保持在設(shè)定值（如59 ℃）。

（4）通過調(diào)節(jié)電動三通閥容積式換熱器側(cè)的出水流量，保證三通閥容積式換熱器側(cè)出水溫度不低于設(shè)定值（如56 ℃）。

（5）出水總管出水溫度低于設(shè)定溫度時（如50 ℃），開啟閥門A4，加熱容積式換熱器A，持續(xù)加熱一段時間后（如20 min）后，出水溫度仍低于設(shè)定溫度（如50 ℃），打開閥門B4，對容積式換熱器B進行加熱。繼續(xù)加熱一段時間后（如20 min），出水溫度若仍低于設(shè)定溫度（如50 ℃），打開閥門C4，對容積式換熱器C進行加熱。出水溫度若仍低于設(shè)定溫度（如50 ℃），打開閥門D4，對容積式換熱器D進行加熱，當(dāng)容積式換熱器內(nèi)水溫高于設(shè)定溫度時（如60 ℃），關(guān)閉各自閥門，停止加熱。

由于健康中心原有熱源均為空氣源熱泵，其中生活熱水用空氣源熱泵設(shè)于地下室機房，采暖用空氣源熱泵設(shè)于屋面?，F(xiàn)更換為統(tǒng)一由酒店供應(yīng)熱源后，所有空氣源熱泵閑置。為了盡量利用現(xiàn)有設(shè)備，采用合理的熱源，考慮通過修改管道連接，利用這些閑置空氣源熱泵。

經(jīng)計算，泳池初次加熱所需耗熱量為150 kW，平時運行耗熱量60 kW?，F(xiàn)有空氣源熱泵，地下機房為健康中心原有5臺27 kW/臺供生活熱水+泳池原有2臺60 kW/臺供泳池?zé)崴諝庠礋岜?，屋面為健康中心原?臺180 kW/臺供采暖用空氣源熱泵。經(jīng)對比，兩處空氣源熱泵即使在冬季極端天氣提供70%供熱量，仍可以滿足泳池耗熱量需求而不必另外設(shè)置電輔助加熱。但屋面單臺機組供熱功率較大，若改為供泳池?zé)崴啾鹊叵率倚蕰驮S多，且平時運行維護費用也較高。故最終選擇地下室空氣源熱泵作為泳池?zé)嵩础?/p>

由于泳池水對普通空氣源熱泵換熱器會有腐蝕，考慮本項目原有泳池用熱泵可以滿足平時運行需求，只是初次加熱時需要用到原有健康中心用熱泵，為了簡化改造管路，在泳池循環(huán)管接通原健康中心生活熱水用熱泵處加設(shè)閥門及放空閥，這樣初次加熱達(dá)到使用溫度后關(guān)閉此閥并放空原健康中心熱泵管路內(nèi)水，以防止長時間腐蝕。泳池循環(huán)熱水系統(tǒng)改造示意見圖6。

本項目為正在改造項目，參考之前已運行類似規(guī)模兩個酒店項目，分別采用兩種系統(tǒng)一年運行能耗數(shù)據(jù)對比見表4所示。

由表4數(shù)據(jù)可知，一年節(jié)約費用約45.6萬元，由于前述項目平均年入住率偏低，故這兩個項目能耗對比可節(jié)省能源費比前述本項目預(yù)計每年可節(jié)省能源費32萬元還要高。這說明此系統(tǒng)實際運行節(jié)省的能耗也相當(dāng)可觀，正好驗證此系統(tǒng)在節(jié)能改造中有廣泛的應(yīng)用前景和空間。

增加水-水熱泵熱源，按雙熱源系統(tǒng)進行設(shè)計在酒店特別是南方地區(qū)供冷時間較長區(qū)域能顯著節(jié)約能源。

本項目中雙熱源系統(tǒng)設(shè)計是我院在多個酒店熱水設(shè)計中和空調(diào)專業(yè)同事一起研發(fā)，在實踐中運行較穩(wěn)定、節(jié)能效果最明顯的一種系統(tǒng)方式，尤其在南方地區(qū)熱水系統(tǒng)改造中有很廣泛的應(yīng)用空間。