地表水源热泵技术在千岛湖某酒店热水系统中的运用

0 引言

近年来，伴随着社会经济的迅猛发展及人们生活水平的提高，酒店建筑如雨后春笋般在全国各地拔地而起。在浙江千岛湖地区，借助着度假旅游资源开发的春风，各类型的酒店建筑沿湖而建。为了减少环境污染、维持生态资源的可持续利用，水源热泵系统以高效节能、环保清洁能源的特点在该地区的酒店建筑中得到了广泛的运用。下面就利用笔者设计的千岛湖皇冠假日酒店为实际案例，介绍一下水源热泵技术在该酒店热水系统中的运用。

1 工程概况

千岛湖皇冠假日酒店为五星级国际酒店，位于新安江水电站西侧滨湖狭长地块。工程总建筑面积49747.83平方米，其中地上35732.24平方米,地下14015.59平方米。设计地上建筑9层，局部10层，1层设备转换层，地下建筑2层。地上建筑1、2层为门厅、会议、健身娱乐及餐饮用房，3～9层为客房,地下1层主要功能为机动车库、设备用房以及内部办公用房。地下二层为设备用房。

2 水源热泵系统设计

2.1 水源热泵设计要点

2.1.1 水量充足:采用地表水源时，必需有足够的水面和一定深度的水体。

2.1.2 水温适宜：（1）水源水温对cop值有较大影响，不同水源温度在不同出水温度下的cop值及产热量不同，详见图1、图2所示。（2）水源热泵的取水（即进水）温度宜≥9℃，低于此值时，热泵相应的cop值低，即相对耗热量大，且机组的蒸发器内易结露。

2.1.3 水质:水源的水质与热泵机组设备选型、配置有密切关系。因此，在确定选用水源热泵制备生活热水时除应掌握上述的水量、水温资料外，还应掌握水源的水质分析资料。

2.2 地表水源热泵系统设计

地表水源热泵系统的设计是根据暖通专业提供的冬夏负荷及给排水提供的冬季负荷，结合现场湖水水量、水温、水质及实地状况设计的一套比较完善的热泵系统。建筑的空调夏季负荷为5266KW，冬季负荷为3219KW，给排水专业冬季负荷为1593KW。设计共选用热泵主机四台，其中满液式水源热泵机组选用二台；满液式高温全热回收水源热泵机组选用二台。水源热泵机组提供空调采暖、制冷及全年的卫生热水。水源热泵机组冷（热）源水采用千岛湖湖水。机组制冷工况时，蒸发器进出水温度：12/7℃，机组冷凝器进出水温度：18/29℃，机组制热工况时，机组蒸发器进出水温度：10/5℃，冷凝器进出水温度：50/55℃（空调系统），卫生热水机组侧进出水温度：60/65℃，最高出水温度68℃。全热回收机组提供水箱加热，水温由全热回收机组控制。在满负荷的情况下，该水源热泵机组的预计cop值＞3。水源热泵机组设于地下二层冷冻机房，热泵机组系统原理图见图3。

2.3 水源热泵取退水

水源热泵取退水的合理设计是水源热泵正常运行的关键因素之一；根据工程特点和水源特点，本酒店建在千岛湖旁，千岛湖湖水充沛、水温适宜、水质好，因此采用从千岛湖取退水。根据实地对泵站取水点的水样检测，水质主要指标数据见表1。工程采用岸边固定式取水头部，具有构筑简单、造价较低、施工方便的优点。设计采用岸边箱式直接取水，取自湖面以下20米的深层水，以保证取水量、水温及水质的安全可靠。

图1 不同水源水温度下的“机组”cop值

图2 不同水源水温度下的产热量

图3 水源热泵系统原理图

3 水源热泵技术在生活热水中的运用

3.1 热源选择及热量计算

本酒店设置有中央热水供水系统，采用24小时供热，机械循环。根据同地区类似酒店实际运行的参数，水源热泵正常制热出水温度可达60℃，因而设计采用水源热泵热水作为主要热媒制备生活热水。同时为了保证出水温度及过渡季节的热源稳定，设计考虑采用蒸汽锅炉提供的蒸汽作为辅助热源。热水系统设置承压式储水罐，系统冷水直接进入热水储水罐，加热储水罐内的水至55℃以上，再进入容积式水加热器（蒸汽换热）加热至60℃。当水温不低于系统的设计供水温度（如60℃），说明产水量足够，无需辅助加热；当低于该温度，说明产水量供不应求，需要辅助加热。酒店热水系统的热水耗热量计算详见表2、表3。

3.2 储热罐设计

热水系统采用闭式系统，分区与冷水系统一致。分酒店客房高区、酒店低区和酒店公共后勤区三个分区。酒店客房低区与酒店公共后勤区冷水源同源，表3 酒店蒸汽锅炉热水耗热量表但分设供水管路，作为不同的供水分区，确保客房区用热水不受裙房的影响。每个分区设置独立的储水罐。根据《建筑给水排水设计规范》（2009版）第5.4.10条规定，水加热器的储热量V≥90minQh,但由于酒店管理公司要求不得小于150分钟的储热量，故储水罐设计采用储存150分钟的小时耗热量。根据计算得，酒店客房高区设置2台14m3的储水罐；酒店客房低区设置2台3m3的储水罐；酒店公共后勤区设置4台8m3的储水罐。酒店热水机房系统原理图见图4：

3.3 板式换热器及循环水泵

机组一次循环热源侧，高、低区储热罐热交换分别设置板式换热器。一次水循环水泵设置三组，二用一备，流量210m3/h，扬程20m，功率18.5kw。热水系统侧根据酒店分区及用途分别设置供水管及回水泵。

3.4 酒店其它部位对水源热泵热源的利用

为了充分利用热源，酒店其它部位（主要包括图4 某酒店热水机房系统原理图洗衣机房、游泳池及SPA区室外温泉）也均利用了水源热泵热源。SPA区室外温泉平时运行及初次加热、室内泳池的初次加热均采用水源热泵热水作为热媒制备。洗衣机房单独设置换热器罐组，包括2台容积式水加热器（共储热150分钟）。其中一个作为预热罐，采用水源热泵热水作为热媒加热洗衣机房热水至50℃，另一个采用蒸汽锅炉提供蒸汽加热洗衣房热水至60℃。

表1 取水泵站位置水质主要指标

4 小结

通过以上案例分析可以看出，与传统燃油、燃气、燃煤热水锅炉供热的热水系统相比较，水源热泵系统不产生有害气体，对水体也没有污染。可很好的维护我们赖以生存的自然环境。另外，设计中的一次性投资也有相应的降低，而且运行中省去了主要的油、气、煤等燃料费用。经过对实际运行的同类酒店的调查问讯得知，平时运行费用比传统的热水系统大概可以节约15%～20%。综上所述，在一次性自然资源越来越匮乏的今天，水源热泵系统这种可持续性利用资源的技术具有广泛的应用前景。

图4 某酒店热水机房系统原理图

表2 酒店水源热泵热水耗热量表

表3 酒店蒸汽锅炉热水耗热量表