某高星级酒店双源热泵热水系统改造案例分析

0 引言

当前大型宾馆、饭店、商厦、写字楼消耗的水、电、油、气等能源成本一般占到总经营成本的30%以上，并且能源成本呈逐年上升的趋势

。高端星级酒店所消耗能源的终端使用环节包括空调、电梯、照明、生活热水等系统用能设备，由于高端星级酒店需满足24 h生活热水供应，因此热水系统能耗在星级酒店总能耗中占比较大

。传统酒店内热水热源为燃气热水锅炉，虽其出水温度稳定且满足酒店内生活热水温度需求，但其能源利用率小于1。

因此，教育需要“引”而非“领”，很显然，这种教育方式更优。正如黄侃所赞成的观念：术由师受，学自己成。“引导”这种教育方式能够使被教育者摆脱依赖的心理，从而产生极大的自主权。

随着自然能源系统的利用越来越多，技术也经过了不断的发展进步，热泵技术的发展让自然能源发展越来越成熟，双源热泵系统能够将单一系统的优点完美结合，更好地为用户提供服务。双源热泵热水机组是利用空气和水作为低温热源，通过电能驱动，不断从低温热源中吸收热量并释放到高温热水中的热泵设备

。双源热泵机组既拥有了水源热泵的能源利用率高，又拥有了空气源热泵的适用范围广的双重优点。在夏季时，双源热泵机组既能提供热水，又能提供空调的冷量；在冬季时，机组能自动转换成空气源热泵继续工作。本文以南方某星级酒店双源热泵热水系统改造案例进行分析，通过将典型项目的成功经验应用到全国各地的建筑节能改造项目中，助力“碳中和”目标早日实现。

1 工程概况

本工程为南方某高端星级酒店热水系统节能技改子项，采用合同能源管理的模式进行投资建设。酒店总建筑面积约4万㎡，共有客房350间。酒店各楼层功能分布见表1。

1）酒店夏季供冷采用离心冷水机组+冷却塔系统，冬季供暖由燃气热水锅炉提供。空调采暖系统分为客房和裙房公区，制冷机房及锅炉房均在地下2层。

2）热泵机组选型

3）酒店提供24 h生活热水，热源为燃气热水锅炉。热水系统分为高、中、低三个压力分区，容积式换热设备在B2层换热站房内，每个分区采用2个容积式换热器提供生活热水：低区（B1-5F）为2台容积式换热器，单台储水量为5 m

，换热面积8．8 m

；中区（6-14F）为2台容积式换热器，单台储水量为8 m

，换热面积11．8 m

；高区（15-22F）为2台容积式换热器，单台储水量为6．4 m

，换热面积11．8 m

。

其中高区与中区的热水供水系统中增加了阿姆斯壮恒温混水系统，容积式换热器水温维持在55℃，经过混水器后的末端供水温度为50℃。

本设计在原有热水系统、供冷系统及采暖系统之间增加全热回收双源热泵系统，能够同时满足生活热水、部分供暖及部分供冷的需要。此系统具备五种运行功能，分别为制冷、制冷+热回收、制热、热泵热水器、制热+生活热水，并可在不同功能间切换。本系统与原有各系统均为串联连接，保证新增系统与原有系统能够互相补充使用。夏季及过渡季节可以完全取代原有热水系统，即替代热水锅炉，同时满足部分供冷需要；冬季可以部分替代热水锅炉，同时满足部分供暖需要。

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2 燃气能耗分析

酒店燃气主要用于厨房和锅炉房，锅炉房内配置燃气热水锅炉，主要用于冬季采暖和生活热水。对酒店燃气能耗进行能源流向分析（如图1）。

由图1可知，酒店全年总燃气耗量413 802 m

，其中冬季采暖耗燃气量177 414 m

，生活热水耗燃气量167 404 m

。本次改造范围能耗主要集中在生活热水耗气量和部分冬季采暖耗气量。

3 双源热泵热水系统方案设计

4）本文主要针对酒店生活热水系统、供暖、供冷系统进行节能改造，包含燃气热水锅炉加热生活热水系统、燃气热水锅炉供暖系统和冷水机组供冷系统。

3.1 热泵系统加热容量计算

冬季运行：当无采暖需求时其运行模式与夏季及过渡季节锅炉运行方式相同。

酒店2020年3月1日-2021年12月1日燃气热水锅炉日消耗量记录见图2。从图2中可知：5月初至10月底燃气用量基本一致，分析应为生活热水耗气量；1月至4月、11月至12月燃气用量较多，分析应为生活热水与冬季采暖共同耗气量。

当T1低于48℃时，热泵1满负荷运行，开启热泵2运行加热。当T1高于50℃时，热泵机组1、2停止运行。

根据初步测算，在供暖季非峰值段日均耗气量最大约为400～500 m

，日均耗热量4 000～5 000 kWh，因此以日均耗热量4 500 kWh的设计方案即可满足加热需要。

3.2 热泵系统用水时段和温度分析

酒店客房和非客房区域的热水用水规律及用水品质有很大的区别。非客房区域包括厨房、公共区域等，这些区域热水高峰时段主要集中在上班时段使用，且对水温的要求不高，因此可以适当地降低供水温度，维持40～45℃，但需要满足高峰时的用量。

收集南昌市轨道交通4号线云锦路站点周边区域的交通情况及道路的基本参数，应用TransCAD软件进行交通流分析，选择盖挖法作为云锦路站的施工方法，既能满足施工正常进行，又能减少施工造成的交通影响，具有一定的经济性、合理性.

图3为酒店低区公区2021年2月2日至2月15日热水用量数据图。由图3可见，酒店热水用水高峰基本可分为一个时段为17:00-24:00。由于公区热水要求温度不高，因此全时段设定为40～45℃。

图4为酒店中区客房2021年2月2日至2月15日热水用量数据图。由图4可见，酒店热水用水高峰基本可分为两个时段为7:00-12:00和20:00-次日1:00。因此，可以根据以上时段进行水温控制，高峰时段供水温度设定为45～50℃，低峰时段供水温度设定为40～45℃。

图5为酒店高区客房2021年2月16日至2月28日热水用量数据图。由图5可见，酒店热水用水高峰基本可分两个时段为7:00-12:00和20:00-次日1:00。因此，可以根据以上时段进行水温控制，高峰时段供水温度设定为45～50℃，低峰时段供水温度设定为40～45℃。

根据客房区域使用时段设定供水温度：

其余时段为低峰时段，水温40～45℃。

7:00-12:00，20:00-次日1:00为高峰时段，水温45～50℃；

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3.3 热泵选型计算

1）设计小时加热量

根据年度统计数据计算：以燃气耗气量计算的生活热水日加热量为4 500 kWh，根据热泵设计规范，热泵加热时间取14 h，锅炉的效率取90%，容积式换热器的效率取90%，则小时加热功率

为260 kW。

江苏省泰州引江河管理处高港枢纽位于长江下游北岸泰州市高港区口岸镇西北约3km处，枢纽节制闸和泵站采用闸站结合布置形式。高港枢纽节制闸共5孔，每孔净宽10 m，设计流量为440 m3/s，采用弧形钢闸门；泵站采用堤身式双向箱形流道结构,立轴双层进出水流道，配开敞式轴流泵9台，每台机组设置4扇平面钢闸门，可通过下层流道实现160 m3/s的自流引江。高港枢纽1999年建成时，节制闸和泵站的监控系统采用SUPCON JX-300型DCS集散控制系统，如图1监控系统部分所示，在中央控制室可实现对闸门的操作控制，并可采集闸门开高及上下游水位，实时显示。

根据日测试数据计算：中区客房最大用水量为6 m

/h，高区客房最大用水量为6 m

/h，低区公区的最大用水量为3 m

/h，则最大总用水量为15 m

/h。供水温度取50℃，冷水温度取15℃，则小时加热功率

=cmΔt=610 kW。生活热水水箱为75 m

，水箱可以储热（水箱有效容积为90%），高峰时段取7 h，则生活热水水箱小时供热量为392 kW。则热泵机组的计算配置应为：610 kW-392 kW=218 kW，考虑10%的系数，则最终应为：218 kW×1．1=240 kW。

综合以上计算，热回收型双源热泵配置应为260 kW。

2）酒店冷水系统为：B2F为自来水直供；中区为水箱C，容积65 m

，恒压变频供水，恒压0．9 MPa；高区为水箱D，容积65 m

，恒压变频供水，恒压0．5 MPa；低区为水箱B，容积51 m

，恒压变频供水，恒压1．15 MPa。

3.企业自身管理环境风险。油田企业作为市场经济的主体之一，各种法律风险的出现多与自身制度建设存在缺陷相关。所以加强对自身管理环境的认知并构建相应管理制度体系，对于企业自身应对风险的能力起着至关重要的作用。这种风险主要来自于企业管理者对风险的认知程度和防控应对措施，同时也来自于员工对防控制度的认知和参与程度。

根据热泵小时供热量，主机选取的数量应大于等于2台以上

，即可选出配置双源热泵的具体参数如下：

大家笑着相互敬酒，热闹气氛不亚于一场喜宴。桌子上的菜碗渐渐见底，有的开始舔筷子，有的不耐烦地敲碗，事务长先是小碗换大钵，再后来就安排师傅添加菜肴。这种“循序渐进”的吃法我算是领略了，让事务长找不到拒绝加菜的理由。喝了酒肯定是要休息一下的，或继续下象棋，或回家睡上一觉，或借口下午有事。到下午卸车扛水泥包时，最多不超过十人。

65 kW/台×4台=260 kW，满足设计小时加热量260 kW。因此主设备选取：4台热回收型双源（空气源、水源）热泵机组

，单台制热量65 kW，可满足酒店极端工况下日用热水量。

双源热泵系统的主要设备清单见表2。

3.4 热泵系统控制策略

1）热回收双源热泵与热水锅炉

制取热水顺序：双源热泵—热水锅炉；冬季供暖顺序：双源热泵—锅炉板换供暖串联。

2）锅炉加热系统

夏季及过渡季：锅炉及锅炉一次循环泵处于停机状态，当检测到任何一个容积式换热器内生活热水温度低于40℃时，容积式换热器一次侧电动阀打开，锅炉一次循环泵启动，燃气锅炉启动，为容积式换热器加热，直至水温升至50℃后，待锅炉停止后，锅炉一次循环泵停止运行，容积式换热器一次侧电动阀关闭。以此循环。

本设计以酒店往年（2020-2021年）的运行数据为依据，采用专业设计规范的方法，以对燃气热水锅炉的最优替代为原则，在技术、经济对比的基础上，进行最优设计。

当有采暖需求时：锅炉及一次加热水泵运行，容积式换热器一次侧进口处电动阀设置为低于40℃时打开，高于50℃后关闭。

3）热泵机组及回水管路电动阀、水泵联锁控制

当热泵机组停止运行，与之对应的电动阀及两侧水泵均关闭；当热泵机组开启，与之对应的电动阀及两侧水泵均开启。开启顺序：电动阀—热侧循环水泵—冷侧循环水泵—热泵机组。关闭顺序：热泵机组—冷侧循环水泵—热侧循环水泵—电动阀。

4）水水热泵加/减载、启停控制

以开式水箱温度T1为判别标准，当T1低于50℃时，开启水水热泵1运行加热。当T1高于50℃时，水水热泵机组1停止运行。

根据最优配置的原则，本设计系统应满足大部分用热水需求，11月至次年4月用气量较大，本设计认为5月至10月份用气量为生活热水用气量，并依此作为设计依据。

5）当检测到开式水箱低水位报警时，与之相关的所有系统全部停止运行。

6）当检测到热泵机组冷水侧出水温度低于5℃时，热泵系统（包括热泵机组和循环水泵）全部停止运行。

7）热水水温控制

基于机场与旅游业发展耦合作用的交错、复杂性，同时考虑到二者的关联、时序性，本文采用灰色关联分析的方法，建立灰色关联度模型(公式7)和耦合度模型(公式8)。关联度是对二者评价指标体系中各指标关系密切程度的分析，耦合度是对二者之间相互影响、相互作用的有效度量[32]。

每日14:00-19:00，1:00-7:00两个时段，调整水箱水温为40～45℃；其余时段均调为45～50℃。

改革开放以来,我国的教育事业取得了很大的发展,为了适应社会需要,高等教育逐步从精英教育转变为大众教育。近年来我国高等教育的发展成就说明：一方面,国民素质得到普遍提升;另一方面,高校人才培养尚未完全适应社会发展的需要。在全球经济一体化和产业全球化背景下,自主创新与充分融合已经成为现代企业增强全球竞争力的基础条件,也是建设创新型国家的重要保障。大学生是国家人力资源的重要组成部分,他们的创新意识和实践能力将直接影响国家创新型发展。高校是人才培养的主要场所之一,如何培养创新能力强的复合型人才已经成为社会关心的核心问题之一。

8）生活热水恒压供水控制

基于目前的检验经验并结合现用的视频内窥镜参数情况，建议包壳管视频内窥镜参数应满足以下要求，以利于小径薄壁管材内表面的检测等工作。

j低区热水供水泵，调节供水压力为0．50 MPa，保证末端用水点冷、热水压力平衡，防止串水。

吴组缃按照自己的尺度，不仅不为利，而且不为名。1985年的一天，有个外地学者来拜访吴组缃，那学者编了一本清代学者纪昀的《阅微草堂笔记》选注本，想请吴组缃题签。但吴看后，认为他对纪昀的看法并不妥当，所选的篇目也不理想，因此，不能题这个书名。无奈，那位被拒绝的学者，只能乘兴而来，扫兴而归。

k中区热水供水泵，调节供水压力为0．7～0．9 MPa，保证末端用水点冷、热水压力平衡，防止串水。

l高区热水供水泵，调节供水压力为1．0～1．2 MPa，保证末端用水点冷、热水压力平衡，防止串水。

当一台水泵达到最大频率后转入工频运行，另一台水泵变频启动，两台水泵同时供水。当一台水泵故障时，变频器自动切换到另一台水泵变频启动运行。

9）水箱超高水位报警，关闭补水电动阀，否则打开。超低水位停泵。

2.5.4修剪与摘花序1)移栽当年。植株长至高50厘米左右时，应及时摘心，以促进分枝和缩短节间距，防止徒长。2)移栽后第2年。4～5月份在抽生的萌蘖中，选3～4个生长良好的作茎枝培养，其余的疏除。11～12月份结合采收，将植株茎枝截成50厘米左右的短截。3)移栽3年后。当茎枝长到2米左右及时摘心。结合采收，留4～8个茎枝，并对茎枝留50厘米左右短截，保持植株呈丛状。

因此，在太太乐“鲜味之旅”中，消费者们可以在形象展示厅里，通过多媒体技术来形象地了解太太乐从国家扶贫项目，到建成世界级规模产业的创业过程。而在由太太乐原创的、世界领先的鸡精生产流水线上，消费者会惊讶地发现，他们不仅能透过观光走廊的玻璃窗来亲眼目睹一只只香气四溢的鲜鸡被绞碎后加入到生产工序中，甚至高温干燥、金属检测、自动称量、自动包装等整个生产过程也会在自己面前一一展现。

10）恒压供水泵两台水泵同时出现故障或断电或全部停止运行时，回水电动阀（DG/DZ/DD)关闭。水泵排除故障正常运行后，回水电动阀打开。

11）谷电利用控制：在水箱内增加水位设定，峰电时段（7:00-23:00）降低水箱水位，谷电时段（23:00-次日7:00）升高水箱水位，充分利用谷电制取更多的热水供日间使用。

3.5 热泵系统原理图

根据以上热泵选型计算及设计要求，双源热泵系统设计原理见图6。

4 节能效益分析

根据酒店生活热水和采暖系统能耗，进行双源热泵系统节能效益分析（见表3、表4）。

通过对酒店实施双源热泵系统节能改造，每年新增电力消耗量424 298 kWh，每年节约燃气消耗量220 628 m

，年节约165 tce，改造后锅炉系统综合节能率36．7%。

5 结论

本文分析了南方某星级酒店锅炉系统节能改造案例，基于酒店生活热水能耗全替代、冬季采暖能耗部分替代的原则，对锅炉系统能耗进行了详细的能源流向分析，并设计了一种采用空气源+水源的双源热泵机组的系统，并进行节能效益分析。

双源热泵机组在制冷季主要运行水源模式，机组在提供生活热水的同时产生“免费”的中央空调冷冻水供酒店冷空调使用。在过渡季和冬季运行空气源模式，机组提供生活热水和部分冬季采暖热水负荷。基于双源热泵系统一机两用的优势，该系统具有较高的系统综合效率，既解决了常规水源热泵夏季制冷时热量未回收的问题，也解决了空气源热泵夏季制热时冷量未回收的问题。通过对双源热泵系统节能优化设计分析，改造后酒店锅炉系统综合节能率36．7%，为既有建筑的节能降耗提供了一种高效可行的解决方案。

［1］清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2020［M］.北京:中国建筑工业出版社，2020.

［2］江亿.我国建筑耗能状况及有效的节能途径［J］.暖通空调，2005，35（5）:30-40.

［3］丁云飞.冷热源工程［M］.化学工业出版社，2009：8-11.

［4］宋国军.水源热泵机组水源侧串联运行特性研究［D］.天津大学，2005.

［5］中华人民共和国住房和城乡建设部.GB 50015-2019，建筑给水排水设计标准（2019版）［S］.北京:中国计划出版社，2019.

［6］中国建筑科学研究院.06SS127，热泵热水系统选用与安装［S］.北京:中国计划出版社，2006.