酒店综合节能技术介绍及案例分析

随着我国国民经济持续快速发展，带动了能源消费长期高速增长。目前我国能源供给已呈现出紧张局面。大力推进节约降耗，缓解资源瓶颈制约，实现能源环境和经济社会的可持续发展是我国用能工作的核心。
    能源是保障酒店各种机电设备运行的基础动力。随着我国现代酒店的快速发展，虽然酒店的能源管理水平已得到了很大的提高，酒店的能源消耗量呈逐年下降的趋势，但与发达国家比较，我国酒店业在能源利用效率方面还存在较大差距。针对酒店机电设备的特点，就目前常用的、实践证明比较成熟的节能技术做一简介。对于具体的节能项目进行基础理论分析，求得基础理论的技术支持。以实物工程案例进行分析，对节能方法及其实际应用中的注意要点进行总结。旨在供大家在开展节能工作时参考。
    一、酒店用能基本状况
    目前我国酒店业能源消耗费用平均约占酒店收入的13％左右。
    酒店用能一般比例平均约为：
    空调51％
    照明21％
    机电17％
    其他10％
    从酒店用能一般比例来看，空调用能占酒店用能的一半以上，节能潜力最大。下面先从冷冻基础理论入手。分析空调节能的途径，论证相应的节能方法及实践。
    二、酒店空调节能技术及方法
    （一）冷冻基础理论简述
    1、实际冷冻循环分析：

    冷冻循环过程文字表述：
    由蒸发器（4）出来的状态为1（T1,P1）的气体冷媒；经压缩机绝热压缩以后，变成状态2（T2,P2）。被压缩后的气体冷媒，在冷凝器（2）中，等压冷却冷凝，经状态3（T3,P2）而变化成状态4（T3,P2）的液态冷媒，再经节流阀（3）膨胀到低压（P1），变成状态5（T1,P1）的气液混合物。其中低温（T1）低压（P1）下的液态冷媒，在蒸发器（4）中吸收被冷物质的热量，在P1下气化，变成状态1（T1,P1）的气态冷媒。气态冷媒经管道重新进入压缩机，开始新的循环。这就是冷冻循环的四个过程。
    2、冷冻理论分析空调节能途径（一）
    （1）冷冻系数∑＝Q1∕-W=Q1∕(-Q2)－Q1
    式中   Q1－－冷媒从环境（冷物体T1）吸收的热量，为正值；
    Q2－－冷媒向环境（热物体T2）放出的热量，为负值。
    W－－压缩机对物系（冷媒）所作的功，为负值。


    文字表述： ∑表明外加1个单位的功，冷冻剂从冷物体所能够
吸取能量。它是衡量冷冻循环效率的一个重要指标。


    3、冷冻理论分析空调节能途径（二）
    （2）理想冷冻循环（可逆循环）
数字表达式： ∑可＝Q1∕(-Q2)-Q1＝T1 ∕T2-T1
●式中：T1—冷物体的绝对温度（蒸发温度）
    T2—热物体的绝对温度（冷凝温度）


● 文字表述：对理想冷冻循环来说，因为每一部都是可逆的，故理想冷冻循环的效率可为最大。而且与T1、T2有关，而与冷冻剂无关。


●分析：当蒸发温度T1升高时，冷冻系数升高；T1降低时，则反之。
    当冷凝温度T2降低时，冷冻系数升高；T2升高时，则反之。
    4、冷冻理论分析空调节能途径（三）
    （1）在T－－S 图上求算冷冻能力

由冷冻循环的T-S图分析可得：
●     标准冷冻工况为（1-2-3-4-5-1）其制冷量积分面积Q1；
●     当冷凝温度降低至T2’时，其冷冻工况为（1-2-3-4’-5’-1），其制冷量积分面积为Q1+Q1’；
●     当蒸发温度升高至T1’时，其冷冻工况为（1-2-3-4-5’’-1），其制冷量积分面积为Q1＋Q1’’。
    （2）改变操作工况分析冷冻量的变化案例分析
    （a）冷冻机以氨为冷媒。标准运行工况：
蒸发温度T1＝-15℃
冷凝温度T2=30℃
过冷温度T2’＝25℃
△制冷量100000KCal∕h
    （b）改变运行工况后：
蒸发温度T1＝-10℃
冷凝温度T2=25 ℃
过冷温度T2’＝20℃
△制冷量135000KCal∕h
    （5）冷冻理论分析空调节能途径（四）
☆ 冷冻理论与实践证明
    在蒸发温度一定条件下：
冷凝温度T2升高1℃，空调冷水机组效率降低约4.2％左右。
冷凝温度T2降低1℃，空调冷水机组效率升高约4.0％左右。
    在冷凝温度一定条件下：
蒸发温度T1降低1℃，空调冷水机组效率降低约4.2％左右。
蒸发温度T1升高1℃，空调冷水机组效率升高约4.0％左右。
    （6）冷冻理论分析空调节能途径（五）
☆ 冷冻理论支持节能的途径方向
    A、冷凝温度越低，冷冻系数越大，可减少压缩机的电耗。
    B、蒸发温度越高，冷冻系数越大，可减少压缩机电耗。
    C、蒸发过程中所吸收被冷物体的热量和压缩机做功产生的热量是可以回收利用的。
    根据冷冻理论支持的空调节能的途径，就可有的放矢的设计相应的节能设备和自动化控制系统以及工艺管路等等，以达到节能改造的最佳化。
    （二）酒店综合节能改造基本条件和要求
1）因地制宜，合理的采用符合本酒店店情的节能技术和方法。
2）熟悉系统及设备的运行工况。
3）节能经济效益明显。
4）不影响设施系统及设备的正常运行，不影响对客服务的质量。
5）节能设施要求具备操作简单，容易控制，无安全隐患。
6）基本不影响周边环境。
7）经过调查研究，科学论证工作后决策节能改造项目。
    （三）酒店空调节能技术和方法及其应用介绍
      1、中央空调余热回收技术及其应用
    充分利用热交换原理，将空调的余热（冷凝热）进行回收，生产50～60℃热水，供酒店客房、桑拿、员工浴室等使用。由于回收的空调是冷凝热余热。所以生产热水量是零能耗。同时，由于部分余热回收利用，从而降低了冷凝温度。又使中央空调机组效率提高5～10％。由于技改后主机负荷减少，不仅节省主机的耗电量，同时也减少主机的故障率，延长了主机的使用寿命，是一举多得的优秀节能技术。
    （1）中央空调余热回收技术原理流程示意图  

    （2）深圳东华假日酒店空调余热回收流程示意图（案例分析）
      空调余热回收系统特点：
●实现了两台主机互为备用一组余热回收器系统的管路工艺流程，从而进一步提高了余热回收率。
●余热回收热水系统与原热水系统互联，确保供热水可靠性。
    （3）中央空调余热回收技术应用范围
    广泛应用于活塞式，螺杆式冷水机组。
    热水箱容积推荐按总用水量的30％左右设置。
    设有完善的热水锅炉备用系统。
    设有恒定热水出水温度的自动调节系统。
    （4）关键设备余热回收器面积计算
    传热方程式：Q＝KF△tm
物理意义：在某一个传热状态下，每单位面积，每度温升所传的热量。
式中：K－传热系数【Kcal/m2.h. ℃】
        F－传热面积【m2】
      △tm－对数平均温度差【℃】
    传热系数K：描述了某一传热过程的状态，即传热能力的大小，K值的来源有三个方面：选用生产实践数据；实验测定；理论计算。
    在此推荐：计算空调余热回收面积的传热系数K值为580～720【Kcal/m2.h.℃】
      2、中央空调循环水系统变频节能技术
    （1）中央空调循环水系统变频节能技术
空调运行冷负荷分析：
  目前酒店大多数中央空调循环水系统的冷冻泵和冷却泵转速都是不可调节的，只要空调一运行，无论负荷情况如何、季节如何，冷冻泵和冷却泵都是以额定转速运行，所以能源浪费现象严重。


    （2）节能改造的技术可行性
      采用交流变频器控制水泵运行，是目前中央空调系统节能的有效途径之一。图一和图二给出了阀门调节和变频调速器控制两种运行状态的压力－流量（H--Q）关系及功率－流量（P--Q）关系。

    图一中曲线（1）是水泵图一中曲线1是水泵在额定转速下的H-Q曲线，曲线2是水泵在某一较低速度下的H-Q曲线，曲线3是阀门开启最大时的管路H-Q曲线，曲线4是某一较小阀门开度下的管路H-Q曲线。定转速运转的条件下调节阀门开度，则工况点延曲线1由A移到B；在阀门开度最大的条件下采用变频器调节水泵转速，则工况点沿曲线3由A移到C。显然，B点与C点的流量相同，但B点的压力比C点的压力要高很多，即是说，变频控制水泵调速运转下，节能效果显著。

图二中曲线5为变频器控制水泵调速运转方式下的P-Q曲线，曲线6为阀门调节方式下的P-Q曲线可以看出，在相同的流量下，变频控方式比阀门调节方式能耗小，二者之间可由下式表示：
△P＝【0.4＋0.6Q/Qc－（Q/Qc）3】Pc
其中，Q为实际负荷流量，Qc为额定流量，Pc为额定负载功率，△P为功率节省值。不难算出负载流量下降到其额定流量的70％时，节电率将达到48％。
    （3）除了节省电能外，变频器的应用还会给冷水机组运行带来如下优点：
1)调节水流量，把冷水机组进水和回水温度控制在适当的范围内，保证主机的热交换率，节省主机能耗。
2)管路阀门开启最大，消除阀门上节流局部损失而节省电能。
3)实现电机软启动（最大启动电流小于额定电流），并有欠压、过流、缺相、漏电等保护措施，改善了电机运行条件，提高了运行的可靠性。
4）启动平稳，无冲击负荷，大幅度降低设备损耗， 延长了设备使用寿命，减少了维修费用。
    （4）中央空调循环水系统变频节能控制


    （5）中央空调循环水系统变频节能技术实际应用的基本条件：
1）广泛应用于冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔。较大型冷风柜（空气处理机）以及其他可变负荷的场所。一般节能空间20～50％左右。
2）采用变频闭环控制电机，按需要设定温度，使设备系统储备的热容量和随时间季节变化的热负荷通过转速自动调节，在满足热负荷正常使用的条件下，达到最大限度的节能。
3）需对循环水系统做全面的水力计算
求出管道总阻力
△     P ＝ ∑hf=ho＋hc＋hj
            n
＝ho＋（λ·L/d＋∑C）w2/2g   [mH2O]
          i=1


●式中：ho――流体静压头[mH2O]
    hc――管路的阻力压头[mH2O]
    hj――流体的动压头[mH2O]
计算该系统的水泵扬程的富裕量是多少？从而确认节能空间。
4）选择合适位置，设置最小压力差保护，加强管路降阻管理。
    （5）中央空调循环水系统变频节能改造案例分析
1）     深圳丹枫白露酒店案例分析

    循环系统动力回路控制功能：
    1、三台泵可以在变频调节下自动节能运行。
    2、变频器直接控制两台泵，间接控制一台泵。
    3、变频部分故障后可以工频AC380V∕50Hz条件下运行。
    4、闭环采集冷冻泵、冷却泵水冷却塔参数至智能控制子站处理，并发出指令调节水泵电机转速。
    该节能系统投入运行以来，节电效果明显，年平均节电率38％以上。

在上期酒店综合节能技术介绍及案例分析之一中，用冷冻理论分析了空调节能的途径，并指出了空调节能途径及方向；介绍了酒店空调节能技术和方法及其应用：中央空调余热回收的技术及应用；中央空调水循环系统变频节能技术。本章继续介绍有关空调节能技术和方法及应用：

一、VRV变频直冷式空调节能技术及其应用案例
    目前酒店客房大多数空调为经典的水循环载冷系统中央空调。该空调系统成熟可靠，历史悠久，广泛被各种场合利用。随着人们对节能意识进一步增强，研制了许多节能环保、实用型新一代空调系统，VRV变频直冷式空调就是比较典型的节能产品之一。下面就水循环载冷系统空调和新型VRV变频直冷式空调进行理论上的分析和比较。
    1、水循环载冷空调系统示意图：
　
                         制冷工艺流程示意图
    2、VRV变频直冷式空调系统示意图

                          制冷工艺流程示意图
    3、水循环载冷空调系统与VRV变频直冷式空调系统比较
    根据以上两个制冷工艺流程图分析，不难看出，水循环载冷空调系统设有冷冻水循环系统、冷却水循环系统。主要设备有冷冻水泵、冷却水泵、冷却塔、动力配电柜以及水循环水管路、阀门管件等，系统复杂且占用酒店室内较大的空间和消耗大量资源；VRV变频直冷式空调系统无水循环载冷系统，冷媒直接在风机盘管蒸发吸热进行制冷。冷凝热采用风冷却。系统简单，热交换效率高，直接制冷换热较间接制冷换热的热交换效率高出8%~15%左右。换言之，制冷效率提高8%~15%左右。
      4、999丹枫白露酒店客房采用VRV变频直冷式空调案例分析：
    （1）客房总制冷负荷约2330kW/h
    （2）采用VRV变频直冷式空调运行能耗费用
      分析条件：暂不考虑空调压缩机耗电量。只考虑冷凝风机的能耗和运行维修费用。
经过运行后的实践数据如下：
      冷凝风机年耗电量约360000 KWH(0.9元/ KWH)
      维修费用约25000元/年
运行总费用349000元/年
    （3）采用水循环载冷中央空调系统能耗及费用。
    分析条件：暂不考虑空调压缩机耗电量，只考虑水循环设备能耗和运行维修费用。
根据客房总冷负荷进行设计选型及运行费用计算数据如下：
    水循环设备年耗电量约878000 KWH (0.9元/ KWH)
    耗水量4600M3/年（4.5元/M3）
    水处理费用20000元/年
    维修费用25000元/年
    运行总费用855900元/年
    （4）方案节能比较
    暂考虑两方案空调压缩电功率相等（直接制冷换热比间接制冷换热的热效率高8%~15%，本比较暂忽略不计）。
    年节电量：518000KWH
    年节约费用：506900元
    （5）投资回收年限
    选用VRV直冷式空调系统设备及安装费用较选用经典水循环载冷中央空调系统设备及安装费用多投资1900000元。
    回收年限约3.7年。
    （6）分析结果
    优点：VRV直冷式空调不但节电效果明显，而且不需水循环载冷所用水，节省了水资源。同时，从根本上解决了水冷却塔的噪声和水汽对环境的污染问题以及水处理带来的化学水污染问题。具有运行成本低，自控程度高等诸多优点。
缺点：VRV直冷式空调用于酒店客房需要若干组子系统（室外主机）组成，需要较大的室外安装面积。由于冷媒管接点众多，一旦发生泄露难查找和维修。目前冷媒管道长度限制在90~120m之内。


二、气源热泵三联供技术及其应用
    目前常见的关于各类热泵的产品说明书或技术介绍中，均讲的比较神秘。把一个本来简单的问题讲的很复杂，可能出于越神秘越复杂，其科技含量就越多的缘故吧。下面对于各类热泵来一个通俗的介绍。
    通常把地源热泵、水源热泵、气源热泵统称为有源热泵。无论哪一种热泵，其工作原理都是一样的。区别在于热源的不同叫法而已。
    地源热泵技术是利用地下浅层地热资源（包括土壤、地下水、地表水），以地热源作为热泵夏季制冷的冷却热源，冬季采暖供热的低温热源；同理水源热泵则以建筑附近的江、河、湖、海、水库等为热源；目前实用技术两者均实现了建筑物空调，采暖和生活用水的三联供；而气源热泵是从空气中吸收热量做为热源的，实用技术实现了向建筑物提供采暖和生活用水二联供。无论哪种热泵均为通过输入少量的电能，获得较大的热能，一般可达1：3.5以上。
    综上所述地源热泵和水源热泵优点很突出，但受建筑物的客观条件和建筑物所在的地质条件、自然环境所限制，往往许多地方不适合应用。特别象深圳这样的高密度建筑物群中，较难以实施。因此必须因地制宜，采用一种适合我国南方（亚热带气候）而不受城市建筑物和地质条件的影响的产品，新型气源热泵在原气源热泵的基础上增设一套蒸发器。仍然可做到：空调制冷，采暖制热和生活热水的三联供给。
    1、气源热泵三联供技术。
    主要利用我国南方（深圳、海南、粤南地区）全年平均温度20℃以上。冬季平均气候9~16℃，极温不低于3℃。优越的气候条件给气源热泵开辟了良好前景。
    2、气源热泵三联供技术工艺流程示意图    

    由工艺流程示意图可知，春夏秋空调季节，热泵热源来自于空调负荷，冬季非空调季节，热源来自室外空气，由压缩机做功将吸热蒸发后的气态吸热冷媒压缩成高温高压气态冷媒，在冷凝器中放热加热生活用热水（或采暖用热水）。气态冷媒被冷却、冷凝为液态冷媒，经过节流膨胀至蒸发器蒸发吸热，从而完成一个热循环。
    3、设备的特点：
    设有二套蒸发器系统，一套（即制冷终端设备）为春、夏、秋空调季节使用，一套为冬季非空调季节使用，即从操作上分为两个工况。
    4、气源热泵技术指标
    气源能温度平均9~26℃
    制冷温度：7~9℃
    制热温度：55℃（热水）
    冷媒介质：134a
    制冷、制热效率：＞3.2~3.5
    5、技术特点
    气源热泵技术，特别适用我国南方冬季极限温度≥3℃以上的地区，全年节约能源费用约40%以上。
    以空气作为热泵热源，可谓取之不竭，用之不尽，热源费用等于零，不需打井，埋管，一次投资费低，不受地质状况和建筑物的影响。
    维护保养方便，运行费较地源水源热泵低。
    我国现生产的气源热泵规格比较小，暂无大型化设备。做为大型酒店采暖之用，还有待于开发。目前气源热泵主要用于生产生活用热水的同时，副产空调制冷而广泛采用。
    6、气源热泵在酒店的应用
    推荐空调主机+气源热泵配制，热泵选型可考虑按酒店生活热水的总用量进行选择。
    有些酒店冬季（非空调季节），仍用气源热泵制冷，作为酒店空气除湿之用，也取得了良好的效果。

三、采用CO2浓度控制新风量新技术介绍
    酒店宴会厅、多功能厅、餐厅等公共区域空调负荷较大。当非就餐时，或不举行宴会、不举办各种庆典会议及活动时，室内空调负荷很低。但当一旦启动，往往人员大增，宾客满堂，座无虚席，有时甚至超员20%以上。因此在宴会厅、多功能厅、餐厅的空调冷负荷设计计算时，均要充分考虑满员和超员的冷负荷余量，所以设计的冷负荷均很大。
    该空调方式多采用全新风低风速组合式大风量空调机组供冷。常用送回风方式有两种：
    a）只设送风而不设回风方式；
    b）设有送、回风方式；无论哪种方式，该系统的新风百分比都很大。空调制冷量，一般新风供冷是循环供冷的一倍多。
    如何根据空调的实际负荷变化而合理的调节新风量达到节能的目的，就是本技术介绍的中心内容。采用CO2浓度调节新风量节能方案，如图示：

                      宴会厅及公共场所新风节能方案示意图
    酒店宴会厅、多功能厅、餐厅等公共区域采用CO2浓度调节空调新风量节能技术，主要采用CO2探头，采集空间的CO2浓度，通过传感器至智能分析控制器发出指令，从而控制电动微分调节风阀。以达到调节和控制新风量一直处在最佳节能运行状态。该技术适合设有送、回风空调方式的场合。节能值平均可达20~35%以上。