郑州某超高层酒店生活热水系统改造案例分析

任天宇

上海东方低碳科技产业股份有限公司

0 引言

目前，热水能耗在建筑能耗中所占的比例日益越加，建筑热水系统节能日益受到大家的重视[1-3]。酒店、医院等建筑均有生活热水需求，且其热水量较大，制取热水所需的能源消耗也较大[4]。目前制取生活热水一般通过燃气锅炉完成，虽然其出水温度稳定且满足建筑内生活热水温度需求（建筑内生活热水温度一般为55 ℃～60 ℃），但其能源利用率小于1[5，6]。

热泵是一种充分利用低品位热能的高效节能装置[7]。热泵的工作原理是以逆循环方式迫使热量从低温物体流向高温物体的机械装置，它仅消耗少量的逆循环净功，即可得到较大的供热量，可以将难以应用的低品位热能有效地利用起来以达到节能目的[8]。以郑州某超高层酒店热水系统改造为典型案例（以下简称“酒店”），为既有公共建筑热水系统节能改造工作提供一定的借鉴。本文所指的空气源热泵热水器的低品位热源为室外空气或洗衣房高温环境，水水热泵的低品位热源为空调冷冻水系统。

1 项目概况

该工程位于郑州市的五星级酒店，酒店于2006年投入使用。酒店总建筑面积约8 万㎡，建筑高度245 m，地上59 层，地下3 层。酒店2019 年平均入住率约86.4%。酒店各楼层功能分布见表1。

表1 酒店各楼层功能性分布表

酒店采用2 台蒸汽锅炉（一用一备）作为热源，锅炉房供气压力为0.8 MPa。酒店锅炉房分三路供汽至塔楼及裙房（洗衣房、酒店低区及高区的采暖，生活热水），还有一路直接供至B1 暖通热交机房（酒店地下部分及裙房的采暖）。酒店热源设备性能参数见表2。

表2 酒店热源设备参数

2 锅炉系统能耗分析

酒店燃气主要用于厨房及蒸汽锅炉，据统计酒店2019 年锅炉燃气耗量为941 662 m3，折合标煤1 223 tce。蒸汽锅炉主要供应洗衣房、生活热水及采暖。对酒店锅炉燃气耗量进行拆分统计，锅炉燃气能源流向见图1。

图1 锅炉燃气能源流向

由图1可知，生活热水耗气量为455 943 m3，占锅炉总耗气量的48.4%。其中，裙房（B3-4F）热水耗气量155 236 m3，泳池加热耗气量73 785 m3，客房中低区（37F-50F）热水耗气量151 281 m3，客房高区（51F-59F）热水耗气量75 640 m3。本次改造的重点为酒店生活热水系统部分。

3 热水系统改造方案

3.1 新增洗衣房热回收热泵系统

改造前，洗衣房热水由蒸汽锅炉供蒸汽至B3容积式热水换热罐提供生活热水，同时夏季洗衣房内工作环境温度偏高。通过改造，在洗衣房新增1台制热量为38 kW的空气源热泵提供洗衣房用生活热水，优化换热罐系统，将换热罐串联使用，分设低温及高温换热罐，有效降低水温波动，增加阀门可随时切换到原系统，方便检修。同时，空气源热泵为洗衣房区域提供冷风，解决洗衣房温度较高的问题。洗衣房热水系统改造示意图见图2，洗衣房热水系统改造主要设备材料见表3。

图2 洗衣房热水系统改造示意图

此次改造，洗衣房热泵系统年节气量11 487 m3，年耗电量20 832 kWh。统计计算见表4。

3.2 裙房区生活热水及泳池加热系统改造

酒店裙房区生活热水原热源由蒸汽锅炉供蒸汽至B3 容积式热水换热罐提供生活热水，泳池加热热源由蒸汽锅炉蒸汽板换热提供，现方案将新增1 台制热量255 kW 的水水热泵提供裙房区生活热水及泳池/按摩池加温需求；同时对原蒸汽冷凝水回收系统进行优化，蒸汽冷凝水通过板换热提供裙房区部分热水热量；水水热泵蒸发侧接冷冻水回水管，提供裙房区冷空调。裙房生活热水及泳池加温系统改造示意图见图3[9]，裙房生活热水及泳池加温系统改造主要设备材料表见表5。

此次改造，裙房及泳池加温系统年节气量174 027 m3，年耗电量176 996 kWh（见表6）。

3.3 水水热泵系统提供客房中区/低区生活热水

酒店中区/低区客房热水的原热源由蒸汽锅炉供蒸汽至36F 容积式热水换热罐提供生活热水，现方案将新增2 台制热量为180 kW 的水水热泵提供客房高区生活热水，优化换热罐系统，将换热罐串联使用，分设低温及高温换热罐，有效降低水温波动，增加阀门可随时切换到原系统，方便检修；水水热泵蒸发侧接客房冷冻水回水管，提供客房区冷空调。水水热泵[10]提供客房中低区热水示意图见图4，水水热泵提供客房中低区热水主要设备材料见表7。

表3 洗衣房热水系统改造主要设备材料表

表4 洗衣房热泵系统计算表

图3 裙房生活热水及泳池加温系统改造示意图

表5 裙房生活热水及泳池加温系统改造主要设备材料表

表6 裙房生活热水及泳池加温系统计算表

表7 水水热泵提供客房中低区热水主要设备材料表

图4 水水热泵提供客房中低区热水示意图

通过此次改造，水水热泵提供客房中低区系统年气量121 025 m3，年耗电量130 782 kWh。详细计算过程见表8。

3.4 风冷热泵系统提供客房高区生活热水

酒店高区客房热水原热源由蒸汽锅炉供蒸汽至56F 容积式热水换热罐提供生活热水，现方案将新增5 台制热量41 kW 空气源热泵提供客房高区生活热水。客房高区热水系统改造示意图见图5，客房高区热水系统改造主要设备材料见表9。

图5 风冷热泵系统提供客房高区生活热水示意图

表8 水水热泵提供客房中低区热水计算表

表9 风冷热泵系统提供客房高区生活热水主要设备材料表

此次改造，风冷热泵系统提供客房高区生活热水节气量60 512 m3，年耗电量103 896 kWh 见表10。

4 节能效果

经过对酒店生活热水系统整体改造后，节能量汇总见表11。

实施上述热水系统改造后，每年增加电力消耗量432 506 kWh，每年节约燃气消耗量367 051 m3，年节约标准煤约347 t。

5 结论

分析了郑州某超高层酒店生活热水系统改造的案例，对生活热水改造系统进行详细的系统设计、参数配置及节能分析计算。超高层建筑用能有其独特的之处，改造工程必须在充分熟悉原有建筑用能系统及设备使用情况的基础上，对建筑进行深入的踏勘、分析，并通过能源流向分析拆分各用能系统能耗，针对存在能源浪费或节能潜力的点提出可行性的节能改造方案。

表10 风冷热泵系统提供客房高区生活热水计算表

表11 热水系统改造节能量汇总

超高层蒸汽输配系统热损失较大，针对此类设计改造建议分区改造设计。考虑热水系统的冷热同源问题，不同热水分区单独进行热水系统设计，避免冷热不同源造成串水现象。针对郑州某超高层酒店热水系统进行分区改造设计后，锅炉系统整体节能率为28.4%。