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闽中大酒店热水系统优化设计

2016-09-29 03:35:11.0   |    作者:张智娟(福州市规划设计研究院 福州 350001)   |   浏览:95
摘要:闽中大酒店项目位于尤溪县水东新城A区风景秀丽的尤溪东岸,总建筑面积31124m2,建筑高度83.1m。地下一层,裙房5层,主楼22层。洗衣房设于地下室,主楼为客房,裙房设有桑拿、健身、宴会厅、会议厅等;屋顶设有网球场,室外设有游泳池等运动设施;是一座集休闲、娱乐、饮食为一体的四星级酒店。

  摘要:本文主要介绍了热回收冷水机组与真空相变锅炉在酒店热水与采暖系统中的应用,及供水方式的选择。

  关键词:酒店热水;热回收;真空锅炉

  1 工程概况

  闽中大酒店项目位于尤溪县水东新城A区风景秀丽的尤溪东岸,总建筑面积31124m2,建筑高度83.1m。地下一层,裙房5层,主楼22层。洗衣房设于地下室,主楼为客房,裙房设有桑拿、健身、宴会厅、会议厅等;屋顶设有网球场,室外设有游泳池等运动设施;是一座集休闲、娱乐、饮食为一体的四星级酒店。

  本工程除洗衣房供应蒸汽外,其余功能区用水点均需全日供应热水。蒸汽和热水分别独立自成系统。为了使热水系统在满足使用功能的情况下,同时达到节能环保的目的,项目在热水制备思路及系统方式的优化设计方面作了如下探讨。

  2 热水量及耗热量计算

  分别按冬季、夏季、春秋季三种情况计算。热水温度取60℃;冷水温度:冬季取5℃;夏季该地区冷水温度约为17.0℃~21.9℃,取17℃计算;春秋季冷水温度约为9.0℃~15.6℃取12℃计算。

  设计小时耗热量计算公式:

公式一.jpg


  设计小时热水量计算公式:

公式二.jpg


  式中:Qh-设计小时耗热量(KJ/h);m-用水计算单位数(人或床);qr-热水用水定额(L/人·d 或L/床·d);c-水的比热;tr-热水温度(℃);tl-冷水温度(℃);ρr-热水密度(Kg/L);T-每日使用时间(h);qrh-设计小时热水量(L/h);Kh-小时变化系数。

  以冬季为例,热水量及耗热量计算见表1:

表1热水量及耗热量计算表

表1.jpg

  酒店是具有多种使用功能的综合性建筑,考虑到系统的经济合理性,根据相关规定,其计算小时耗热量可按同一时间内出现用水高峰的主要用水部门的设计小时耗热量加其他用水部门的平均小时耗热量。因此,取客房、桑拿设计小时耗热量叠加其他用水部门的平均小时耗热量。得出:

  冬季小时耗热量Qh冬为4601675.1KJ/h,即1278.2kW;日耗热量为8304.8kW·h/d

  同上式计算得:

  夏季小时耗热量Qh夏为3346672.8KJ/h, 即999.3kW;日耗热量为6492.8kW·h/d

  春秋季小时耗热量Qh过为3765006.9KJ/h,即1115.5kW;日耗热量为7247.8kW·h/d

  3 热源、加热设备的选择及热水贮存

  3.1 热源的选择

  选择适当的热源在经济效益、社会效益方面均有较大的影响。宾馆酒店是能耗大户,热源选择尤为重要。应遵循低能耗、低污染、低排放的原则,实现能源高效利用。

  目前,建筑热水系统中采用的热源主要有化石燃料(煤、石油、天然气)、电力、太阳能、空气能、地热能等。由于燃煤污染严重、热效率低, 煤及灰渣堆放占用大量面积,劳动条件差,

  酒店建筑人员密集,自动化、安全性要求较高,因此,选择热源时应首先排除燃煤,而优先采用太阳能、地热能、空气能等绿色能源。除此之外,油、气、电也是常用燃料,笔者对后三种燃料的燃值价格比和燃料费用以及燃烧排放污染物也做了对比分析(见表2、表3、表4)。

表2.jpg

  从表中数据可以看出,使用电力的燃料费用最高,依次是轻柴油、天然气。在环保方面,天然气与燃油相比,天然气燃烧排放的污染物明显较少,所以天然气也是一种相对低成本的洁净热源。

  从本工程的使用性质来看,星级酒店对热水的使用可靠性、稳定性要求较高,必须随时提供充足的定温热水,因此,热源的可靠性就显得极其重要,而太阳能是依靠吸收太阳的热辐射加热冷水,就必定会受到天气、昼夜等气候条件的影响,其供热稳定性较差,通常需要配备电辅热才能实现可靠供热。

  为了确定合理的热源,笔者对尤溪的气候做了初步分析,并了解了全年各季节天数的分布情况。尤溪属中亚热带季风性湿润气候,年平均气温19.3℃,夏季暖热、冬季湿凉。由空调专业提供的数据可知:一年中冬季采暖天数50天,占全年天数14%;夏季空调天数170天,占全年天数47%;春秋季145天,占全年天数39%。本工程一年中有接近一半的天数在运行空调,因此,在夏季若采用带热回收功能的机组在制冷的同时还能提供一定温度和流量的热水满足酒店使用,这对于热水系统是个节能的方案。

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图1空调季节热水制备原理图

  综上分析:为了满足热水供应的可靠性和达到节能环保的效果,本工程热水加热系统按空调季节和非空调季节分别考虑。空调季节采用带全热回收的冷水机组制备热水(图1);非空调季节采用以天然气为燃料的热水锅炉以间接加热方式满足热水和采暖需要(图2)。

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图2非空调季节热水制备原理图

  3.2热回收机组选型及热水贮存

  热回收机组选型时既要考虑机组运行时均能满足日热水总负荷需求,又要保证机组在较高效率下运行。结合前面耗热量的计算可知,夏季热水小时耗热量为999.3kW;空调专业提供的总制冷量为3046kW。经分析空调日逐时负荷变化后,与空调专业配合,采用三台(两大一小)冷水机组,其中一台小机组为制冷量417kW 带全热回收功能的水冷螺杆式冷热水机组。本工程夏季最高日热水耗热量为64928kW·h,在设计工况下日空调总冷负荷为7790.9kW·h,满足热水需求。

  蓄热水箱的计算,参考文献[1]先求出酒店热水供应的日逐时变化情况,再结合空调专业提供的设计工况下日逐时冷负荷变化情况(见表5),按下式计算蓄热水箱容积:

  

公式三.jpg


  V-蓄热水箱计算容积;b-容积附加系数,取1.5;qk-空调冷凝热逐时负荷(kW·h);

  qr-热水逐时负荷(kW·h);T-持续时间,取1h(其余符号同前)。

表5 空调冷凝热与热水供应的日逐时变化表(单位kW·h)

表5.jpg

  经计算,热水箱容积为39.5m3。因热水逐时变化规律系参照国外研究成果,国内、外生活习惯有一定差异,故蓄热水箱容积考虑富余量,取50m3。空调季节采用热回收机组制备热水,每天可节省天然气约621.3Nm3,每天节约热水加热费用2267.8元。

  3.3锅炉选型

  春秋季节热负荷仅热水系统,热水小时耗热量1115.5kW;冬季热负荷由热水和采暖两部分组成,热水小时耗热量为1278.2kW,采暖小时耗热量为1100kW,总小时耗热量Qh为2378.2kW

  ,则锅炉供热量:

  

公式四.jpg

   (其中η=1.0,T=3h)

    式中:Qg-锅炉设计小时供热量(KJ/h);η-有效贮热容积系数;Vr-总贮热容积(L);T-设计小时耗热量持续时间;(其余符号同前)

  经计算,Qg=1330.2kW。故本工程选用两台真空相变热水锅炉,每台额定发热量为0.7MW,采用L.N.G(即液化天然气)做燃料。参数见表6,7。

  表6.jpg

  真空相变热水锅炉实质为真空换热无压锅炉,采用间接加热方式,一次性注入的热媒水在封闭真空状态下运行,沸点低,汽化潜热换热性能效率高,内置式热水换热器和采暖换热器,同一台炉体上具备热水换热接口和采暖换热接口,使锅炉房更节省占地(见图3);因热媒处于真空状态,其一不存在膨胀、爆炸的危险;其二无腐蚀、结垢,从而增长了锅炉使用寿命。锅炉房、水泵房、空调机房均设于地下室。

  

图3.jpg

图3锅炉房原理图

  4 供水方式选择

  高层建筑热水供应通常采用以下几种方式:

  ①高位水箱:一次提升,分区水箱供水

  ②高位水箱:一次提升,减压阀供水

  ③恒压变频设备:分区供水

  ④恒压变频设备:减压阀供水

  确定热水供应方式时应充分考虑冷热水压平衡和同程回水的要求,结合工程实际情况采用相应供水系统。经过分析:首先,设置屋顶热水箱或者分区水箱无法满足顶部若干层的水压要求,必须另设增压设备;其次,热水经过水箱再次停留,增大了热损失和二次污染的机会;再者,很难有适当的位置设置水箱间,因为酒店建筑的主楼部分平面布局往往很紧凑,屋顶面积较小且通常设计为屋顶花园,这就给设置分区水箱和屋顶水箱带来很大困难。相比之下,第④种恒压变频设备加减压阀的供水方式较有优势。

  在确定采用恒压变频减压阀供水方式时还注意到,由表1知,本工程客房部分最大时热水量为11.42m3/h,而裙房部分因功能复杂,用水量也不小,裙房最大时热水量为10.20m3/h;两者水量几乎对等。因此,提出了两个具体设计方案:

  方案一:整个系统采用一套恒压变频设备,然后采用减压阀逐级减压分区,设备流量22.5L/ s,扬程105m;

  方案二:1~5层裙房和6~22层客房分别采用两套恒压变频设备,低区设备流量14L/s,扬程50m,高区设备流量12.3L/s,扬程105m。

  经过比较,第二方案初期投资比第一方案高出20%,但是,在第一方案中,约占总量50%的裙房用水需提升至105m高度,再经减压阀减去65m,即52%的能量浪费在减压阀上。若长期运行,能量耗费巨大,不符合节能的要求,故本工程采用第二方案作为热水供水的具体方案(见图4),为保证冷热供水压力平衡,冷水系统也采用了该方案。

  

图4.jpg

图4 热水供水系统原理图

  恒压变频设备选型时执行《建规》(2009年版)第3.8.4条的规定,按系统设计秒流量选泵, 调速泵在额定转速的工作点,位于水泵高效区的末端。恒压变频设备保证流量变化时,出水压力恒定。配置气压罐和小流量泵的目的在于,系统流量较小时改由气压罐供水,小泵可向气压罐补压,保证小流量时水压稳定。设计气压罐还可避免水泵的不间断运行,节约能耗。采用变频设备供给热水,系统勿需再设置回水泵,只需在管网末端装设测温点和电磁阀即可,小泵和气压罐已经满足了机械回水的的要求,可使热水系统进一步简化。

  5 小结

  热回收机组与真空锅炉的搭配使用,既保证了高级酒店热负荷的供应,提高了热水系统安全性,又充分利用了废热制备热水,大大节约了制热水成本。应注意的是,选用热回收冷水机组时应与空调专业密切配合,找到热水系统与空调系统的切合点,否则,选型不当容易造成投资浪费或降低热水安全性。总之,在满足酒店舒适性的前提下尽量做到节能。

  参考文献

   [1]王伟等.中高档宾馆节能型免费热水供应系统的探讨[J].节能技术.总第113期.

  [2]黄璞洁等.生活热水和空调系统综合设计的技术经济分析[J].给水排水.2011(5).


关键字:热水,酒店,热源
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