1 引言 随着经济的日益发展和生活水准的不断提高，空调的应用也越来越普及。空调的应用在满足人们生活需求的同时，也带来了温室效应等负面影响。空调制冷冷水机组在制冷的时候，压缩机排出的高温、高压制冷剂气体在冷凝器中冷凝放热，在常规冷水机组中这部分冷凝热量全部需要通过冷却水系统排至大气中。而酒店的生活热水用量比较大，若能采用热回收机组回收此部分热量用于生活热水的加热，既可节约生活热水的能耗，又可减少因空调而产生热排放，减少对环境造成的热污染。本文对某酒店设计是否采用热回收冷水机组进行经济分析比较。
1 引言
随着经济的日益发展和生活水准的不断提高，空调的应用也越来越普及。空调的应用在满足人们生活需求的同时，也带来了温室效应等负面影响。空调制冷冷水机组在制冷的时候，压缩机排出的高温、高压制冷剂气体在冷凝器中冷凝放热，在常规冷水机组中这部分冷凝热量全部需要通过冷却水系统排至大气中。而酒店的生活热水用量比较大，若能采用热回收机组回收此部分热量用于生活热水的加热，既可节约生活热水的能耗，又可减少因空调而产生热排放，减少对环境造成的热污染。本文对某酒店设计是否采用热回收冷水机组进行经济分析比较。
2 工程概况
本酒店总建筑面积64246m2，空调总冷负荷6964KW，常规设计二台制冷量为2813KW（800USRT）的离心式冷水机组，一台制冷量为1336KW（380USRT）的螺杆式冷水机组。热水由浮动盘管立式容积式换热器换热后提供，换热方式为汽水换热，蒸汽由燃油燃气两用锅炉供应。
3 冷水机组的三种热回收方式
方式一，冷却水热回收方式，其原理方式如图1。这种热回收方式是在空调冷却水的出水管路中增加一个热回收换热器，从冷却水中回收一部分热量用于生活热水的加热，这种方式的缺点是生活热水的出水温度较低，回收的余热量也较少，生活热水还需要通过换热器再加热才能达到生活热水所需要的温度（55℃～60℃），其投资的回收期也较长，优点是热回收冷水机组制冷运行不受影响。
方式二，在冷水机组中增加一个串连的热回收冷凝器，其原理方式如图2。这种方式使生活热水直接与压缩机的高温排气直接换热，因此可以提供较高的出水温度，螺杆式热回收冷水机组的热水出水温度甚至可以达到55℃，同时冷水机组的制冷运行效率不受影响。这种方式的不足之处是热回收量比例较小，一般不到冷水机组制冷负荷的20％。在本项目中，一台1378KW螺杆式冷水机组只能提供约267kw的回收热量（某品牌参数），热回收比例19.3％，不能满足酒店生活热水用量的需求。
方式三，在冷水机组中增加一个并联的热回收冷凝器，其原理方式如图3。这种方式提供的热水出水温度较第一种方式高，其最大的优点是可回收的热量比例高，理论上可以回收冷凝器100％的冷凝热量。缺点是冷水机组的制冷运行效率会下降，热水的出水温度越高，冷水机组的运行COP越低。
由于第三种热回收方式的热回收量大，综合效益高，符合本工程的实际情况，本文重点对第三种方式进行经济分析计算和比较。
4 方案分析
本项目生活热水采用恒压变频调速泵直接供水方式，供水系统分三个区，原热水供水系统原理图如图4。
采用热回收方案如下：本项目拟在一台额定容量为2813kw的离心式冷水机组上增加热回收冷凝器，即上图3的热回收方式，经过热回收冷凝器后的热水出水温度约为40-43℃,仍达不到生活热水供水温度的卫生要求，因此还需要经过容积式换热器加热至60℃方能供至用水末端，所以需要设置一个生活热水箱储存热回收生活热水(40-43℃)。生活热水供水系统分三个区，因此需要增加三套生活热水恒压调速变频供水泵，增加采用热回收装置后的热水供水系统流程图如图5，生活热水储存在中间热水箱经过热回收冷凝器循环加热至43℃后，再通过生活热水变频供水泵分别供至三个不同的用水分区的容积式换热器加热。
图5 冷水机组热回收生活热水供水系统流程图
5 方案经济分析比较
在计算酒店的日平均用水量时，考虑酒店的入住率为60%，计算如下表1：
表1 生活热水日平均用水量
功能区 |
单位热水用量 |
计算规模 |
计算使用率 |
计算热水用水量 (m3/d) |
客房 |
120L/床 |
650 床 |
60％ |
46.8 |
洗衣房 |
5L/Kg |
4200Kg |
60% |
12.6 |
厨房 |
10L/座 |
2500 餐厅座位 |
60％ |
15 |
员工沐浴 |
50L/人 |
587 人 |
30％ |
8.8 |
桑拿、泳池沐浴 |
100L/人 |
100 人 |
100％ |
10 |
日平均用水总量 |
93.2 |
由表1可知，生活热水计算日平均用水量93.2 T/d，设置50 T的不锈钢生活热水箱一个，用于储存43℃热回收生活热水，水箱设置在制冷机房内。同时需要增加三套恒压变频调速热水供水泵，参数如表2所示。采用热回收离心式冷水机组后所需增加的费用见表3，由计算可知，采用热回收离心式冷水机组后共增加投资约59.4万元。
表2 恒压调速变频热水供水泵
供水一区 |
供水二区 |
供水三区 |
|
水泵流量(m3/h) |
10 |
20 |
16 |
水泵扬程(m) |
40 |
40 |
68 |
水泵台数(台) |
3 |
3 |
3 |
水泵总价格（元） |
22000元 |
28000元 |
32000元 |
表3 增加设备投资费用
控制系统 |
热回收冷凝器 |
热水水箱 |
热回收循环泵 |
热水供水泵 |
管道配件及安装费用 |
合计 |
|
增加费用(万元) |
10 |
20 |
9.2 |
2 |
8.2 |
10 |
59.4 |
表4 热回收离心式冷水机组参数
机组运行工况 |
制冷量（kw） |
热回收量（kw） |
输入功率(kw) |
热回收冷凝器水流量 (m3/h) |
制冷运行工况 |
2813 |
0 |
485 |
0 |
热回收运行工况 |
2813 |
2532 |
586 |
221 |
（注：机组参数由某冷水机组厂家提供）
5.1 节省生活热水费用计算
由表1，生活热水日平均用水量93.2m3/d，由热回收离心式冷水机组把热水加热至43℃，每天可节省生活热水热值：
Q=G·ρ·C·ΔT
=93.2 m3·1000kg/m3·4.186kJ/kg℃·(40℃-20℃)=7802704KJ=2167.4kwh
每天可节省天然气：
Q/(η1·η2·10)=2167.4kwh/(0.9·0.9·10kwh)=267.5m3
η1--燃气锅炉热效率 90%；
η2--容积式换热器热效率 90%；
天然气热值10kw·h/m3；
天然气单价3元/m3；
每天可节省生活热水加热费用：267.5 m3×3元/m3=802.5元。
5.2 冷水机组运行能耗增加计算
同时，冷水机组在热回收工况下运行时的输入功率由485kw增加至586kw，见表4，制冷机组的耗电量增加了，理论上加热这部分热水需要使冷水机组在热回收工况下的运行时间：2167.4kw·h/2532kw=0.856小时。
因此制冷机组每天需要增加运行费用：0.856h×(586kw-485kw)×0.85元/kwh=73元。
所以采用热回收装置后，每天可节省费用（802.5-73.5）=29元；
每年可节省费用：729元/天×184天=134136元（每年空调运行计算时间为6个月）。
5.3 增加投资的回收期计算
所增加设备费用的投资回收期为：59.4万元/13.4136万元=4.43年
6 结论
冷水机组采用双冷凝器热回收方式，可以把部分冷凝器散热转移至生活热水，减少了生活热水的热能消耗及热排放，在当今建筑能耗居高不下的情况下，具有显著的节能效益和经济效益，其增加投资的回收期也较短。由表4及计算可知，一台离心式冷水机组（热回收率90%）运行一个小时即可满足酒店一天的生活热水需求，热水用量越大，投资的回收期越短，因此冷水机组热回收系统在热水用量大的场所（如酒店、工厂）其经济和节能效益将更加明显。
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知识点：某酒店热回收中央空调机组应用比较
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