126南京某酒店空调、采暖、生活热水热源三用系统探讨及其技术经济比较
南京某酒店空调、采暖、生活热水热源
三用系统探讨及其技术经济比较
南京大学建筑规划设计研究院林康立
摘要：本文针对某大厦酒店空调、采暖、生活热水热源的三用系统工程实例，可能实施的4个方案的仔细分析研究和全年的能源消耗及特定的电、燃气或燃油价格下的费用的比较，认为想象中夏季用带热回收的风冷热泵冷热水机组、其他三季的生活热水靠电加热，空调热水靠电辅助加热（即本文中的方案2）的办法，不一定比采用传统的两套独立的热泵冷热水系统和热泵热水系统来得好。而如果能够利用低温水源为冷热源的水源热泵热源三用系统则比较经济实用。同时指出，对于三用系统的技术经济性，必须在可靠的水，电，燃料价格的前提下，进行全年的能耗比较，也只有在空调、采暖、生活热水3个部分加起来的投入/产出比（总能效比）最高为最优方案，自然也应考虑主机设备的来源是否方便和一次投资及其回收年限的影响。本文仅在特定条件下进行分析比较的初步结论，有一定局限性，而其真正目的是提供方法和思路，并要求对于空调，采暖，生活热水热源三用系统的方案，必须进行认真的技术经济比较，以推进应用热泵技术节能的发展。
关键词：热泵三用系统技术经济比较
1.概述
1.1 位于南京闹市区的某大厦，是南京的标志性高层建筑之一。原有的中央空调系统是采用水环+水源热泵机组为冷、热源的分离式水源热泵冷热水系统。其末端设备为位于各区域的自带制冷压缩机的水源热泵机组。该机组从整个大厦的水环中吸收热量来制热，或向水环排放热量来制冷，并向所服务的区域或房间送热风（采暖）或送冷风（空调降温）。
1.2 本改造项目将47-52楼分为三个独立的空调使用区域，即：
1.2.1办公层区域（47层），空调使用面积约500㎡；中央空调负荷为100KW。
1.2.2酒店区域（48-50层），空调使用面积约1500㎡；中央空调负荷为300KW；生活热水日用量为20.25吨（60℃），折合55℃的热水量为23吨（自来水温取为15℃）。
1.2.3餐饮区域（51-52区域），空调使用面积约1000㎡；中央空调负荷为250KW。
该三个区域的空调要求脱离原来的水环热泵系统，直接采用空气源热泵带热回收系统或者电锅炉、冷却塔系统，且都应能独立控制，独立核算电费。
1.3 甲方提出的空调，热水运行要求为：
1.3.1空调系统设定夏季系统运行4.5个月，每天运行12小时；设定为5.16-9.30，
共138天，1656小时，室外平均气温25.1℃。
1.3.2 空调系统春秋季系统不运行，春秋季共4个月，设定为3.16-5.15，以及10.1－11.30，共122天，1464小时，室外平均气温14.06℃。
1.3.3空调系统设定冬季系统运行3.5个月，每天运行12小时；设定为1
2.1-次年
3.15，共105天，1260小时，室外平均气温
4.1℃。
1.3.4生活热水全年全日制供应，365天，8760小时。
本文仅对酒店部分的空调，采暖，生活热水热源三用系统的可行方案进行分析研究。
2.设计数据
2.1 建设地点：南京市北纬32o00′东经118o48′
2.2 年平均温度 15.4℃
2.3 冬季空调室外计算干球温度－6℃；夏季空调室外计算干球温度 35℃湿球温度 28.3℃
2.4 设定夏季热水系统运行4.5个月，全日间歇运行，机组工作控制在12小时；设定为5.16-9.30，共138天，室外平均气温25.1℃；自来水温度：24℃
2.5 设定冬季热水系统运行
3.5个月，全日间歇运行，日机组加热运行小时控制在12小时左右；设定为12.1-次年3.15，共90天（已扣除低气温15天），室外平均气温
4.1℃；自来水温度： 7℃
2.6 春秋季不需要空调，热水机组依然运行，春秋季起止日期设定为
3.16-5.15，以及10.1－11.30，共122天，室外平均气温1
4.06℃；自来水温度： 1
5.5℃
2.7 设定冬季热水系统运行
3.5个月，全日间歇运行，日机组加热运行小时控制在12小时左右；设定为12.1-次年3.15，共90天（已扣除低气温15天），室外平均气温
4.1℃；自来水温度： 7℃
2.8 设定冬季低气温-6℃的天数有15天，自来水温度按5℃计。
2.9 室内参数：客房夏季26±2℃冬季 18±2℃
3.空调负荷和热水负荷（见表3.1）
4.设计方案
本文仅对48-50层酒店部分的空调－热水三用系统进行探讨。酒店室内空调系统采用风机盘管为末端的双管制同程式冷热水系统，不单独设新风系统。冷热源设备布置于50层以上某一层的室外平台上或屋顶上，生活热水通过立管由上向下供水，循环热回水管通过立管下部连接后，再向上返回蓄热水箱。
根据甲方的要求和大楼空调现状条件，可供选择的冷热源方案有4个。
4.1方案一
采用传统的风冷热泵冷热水机组加上空气源热泵热水机组为空调冷热水和生活热水的冷热源，该方案的流程图可见图4.1。其设备选择的型号和数量见表5.1。
图4.1 利用风冷热泵冷热水机组和空气源热泵热水机组联合的三用系统
4.2 方案二
采用具有热回收功能的风冷热泵冷热水机组加电锅炉（或水箱电加热器）为冷热源。
夏季4.5个月，具有热回收功能的机组制冷＋部分热回收制取生活热水；
春秋季4个月，空调机组停止，用电锅炉制热水；
冬季3.5个月，空调机组主要制空调用45℃热水，有时可利用空调制热多余的热来热回收制生活热水，生活热水热量大部分依靠电加热。空调热回收机组选用R134a为工质。该系统的流程图见图4.2。其设备选择的型号和数量见表5.1。
图4.2 部分热回收风冷热泵冷热水机组和电加热的三用系统
图4.3 利用能量提升机组的制冷，供热及生活热水联合系统
4.3 方案三
采用具有热回收功能的四管制双回路热泵冷热水机组（能量提升机组）加水箱辅助电加热器为冷热源。
夏季4.5个月，具有热回收功能的能量提升机组回路1全部制冷（从蒸发器出冷水）＋回路2制冷兼制热（制冷优先，从蒸发器出冷水，从热回收器出热水）；
春秋季4个月，回路1停止，回路2全部制热（从热回收器出热水）；
冬季3.5个月（包括低气温的15天），能量提升机组回路1主要制空调用45℃热水（从热回收器出热水），空调制热量不足时，采用空调辅助电加热器；回路2全部用来制热水，不足时，通过水箱内电加热器辅助加热。能量提升机组选用R134a为工质。该系统的流程图见图4.3。
图4.4 利用水源热泵的制冷，供热及生活热水联合系统
4.4方案四
采用具有热回收功能的水源热泵冷热水机组加水箱辅助电加热器为冷热源。水源利用整个大楼的水环系统（电费可独立计算，水环的使用费用按水量分配）
夏季4.5个月，用具有热回收功能的水源热泵机组全部制冷（从蒸发器出冷水）＋从冷凝器1部分热回收出热水，冷凝器2仍用水环水排热。
春秋季4个月，机组减负荷制热水（从冷凝器1出热水，蒸发器吸收水环水的热量），空调水部分停用；
冬季3.5个月（包括低气温的15天），具有热回收功能的水源热泵机组冷凝器2主要制空调用45℃热水（从热回收器出热水），空调制热量不足时，采用空调辅助电加热器；冷凝器1全部用来制热水，不足时，通过水箱内电加热器辅助加热。具有热回收功能的水源热泵机组选用R22为工质。该系统的流程图见图4.4。
5.主要设备
各方案的冷热源部分主要设备的规格，型号和数量的对照见下表
6.冷热水成本比较
仅对48-50层酒店部分的空调－热水三用系统进行探讨。空调负荷和热水负荷均依照甲方所提出的数据为准。
以全年平均每吨空调用冷热水和每吨生活热水的电费以及全年能源费用总额进行比较。所有方案的能源消耗和费用计算是分季节，分设备（包括热泵机组和循环水泵），分空调，采暖和热水进行计算，并相加后视其总的能源消耗和费用来比较，其计算过程从略。计算结果见下表。
表6.1 各方案能耗比较表
7.各方案技术经济综合评价
方案一，采用传统的热泵设备和两套独立的热泵冷热水系统和热泵热水系统，机组设备技术成熟，管理方便，互不影响，一次投资较低，而且机组都可以采用R22为工质，比较容易取得，。但设备台数多，占地大。从耗能和运行费用看，仅高于采用方案四，处于第2位。其空调系统的能效比在3左右，热水系统的能效比在3.5左右，都在正常的范围。因此，从空调加热水供应综合节能角度来看，空调用风冷热泵为冷热源，冬季适当加部分电加热；生活热水决不直接用电锅炉或燃气，燃油锅炉，而用空气源热泵热水机组，不失为一个合理的方案，比想象中夏季用带热回收的风冷热泵冷热水机组，而其他三季的生活热水靠电加热，空调热水靠电辅助加热（即本文中的方案2）的办法来得好。方案二中，采用了热回收的风冷热泵冷热水机组，解决了夏季的热水供应，也提高了夏季空调整个系统的能效比，但对于整个热水系统来看，全年的投入/产出的能效比仅略比1这个数大一些（1.3265），从空调加热水供应综合节能角度来看，应该说是最不好的（其耗电最多）。利用能量提升机组来实施全年的空调，供热和生活热水供应的三用系统，由于能量提升机组具有风冷和水冷的两种设施，可实施一机多种工况的运行（制冷，制热，制冷+热回收，热回收+制冷），冬夏均能同时提供冷水，热水，便于系统的能量匹配和综合利用，从空调的能效比和热水的能效比来看都比较高，缺点是机组的价格高，能生产的厂家少，节能角度看还不如水源热泵系统。本工程实例中，应该说，以利用带热回收的水源热泵冷热水机组为主机的四管制，通过阀们切换的空调，供热，全年生活热水供应三用系统为最优方案。由此推论，如能利用建筑中水，空调回水或土壤源的热泵冷热水和热水系统都具有良好的节能效果。
以本工程实例而论，以方案四为最好；其次是方案1，再其次是方案3，而方案2不是可取的方案。以上论述，仅为个人在特定的条件下的初步结论，如对您有所借鉴，不胜荣幸，如有不当之处，望批评指正。
作者介绍：林康立男 1939年6月生高级工程师/设计总工通信地址：南京白下区富丽山庄01栋1206室邮编 210007 联系电话手机 138********
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