水环式水源热泵在南京和园饭店空调工程的应用

南京市民用建筑设计研究院 芦汉良

南京和园饭店 杨飞

南京春宁空调设备工程公司 张双锁

摘要：本文主要介绍水环式水源热泵在宾馆空调改造工程中的应用，实现了提高空调功能、节能、节支、环保，增加了经济效益和社会效益，可作为同类工程的空调改造时参考

关键词：节能，环保

1 前言

和园饭店源于解放前的南京世界饭店，解放后改为江苏省政府招待所，1991年开始兴建北楼七层6800M2，使和园饭店组成一个由东南西北楼四合院，总面积达15000M2，集客房、餐饮、会议、娱乐、商场和办公为一体的中型星级旅游宾馆，在当时的条件下，选择双效溴化锂冷水机组加燃煤蒸汽锅炉为空调冷热源，末端装置为风机盘管加新风机组。总冷负荷为150万大卡/时，总热负荷为90万大卡/时。

考虑热水供应等用热选择两台4T/时燃煤蒸汽锅炉，冷水机组是一台1000万大卡/时和一台50万大卡的双效溴化锂制冷机。经几年运行，溴化锂制冷机的效率开始逐年下降，到2001年两台制冷机的产冷量仅有原制冷量的50%左右，锅炉炉排已断裂，制冷机自控系统失灵，对饭店的正常营业造成极大影响。

由于设备陈旧老化，为了管理这样庞大的空调系统，维护工作量大，饭店不得不配备38个管理人员不停地进行维修。平均每年要花7万元的维修费。燃料耗量也在逐年增加，平均每年耗煤1500吨，1998年全年燃煤耗量高达1800吨，使饭店不堪重负。

空调水管是采用二管制，冬季空调水管供应热水，水温较高，因此在管道阀门处和风机盘管内很易结垢，不得不每年花2万元对管道系统进行清洗，但还是不能改善系统的水质，水流量减少，严重影响风机盘管的供热量和供冷量，致使室内温度不能满足客人的要求，影响开房率，为适应业务的需要，不得不对空调系统作全面彻底的改造。

2 空调改造方案选择

2.1 改造目的

系统要可靠、节能、减轻劳动力强度，提高建筑使用效益，吸引客户提高开房率，增加收入，提高经济效益，因此改造后的新空调系统应达到下列各项目的：

2.1.1 能实现同时供冷和供热，满足广大客人的需要；

2.1.2 根除水管结垢 实现水管免清洗，减少运行开支；

2.1.3 提高制冷效率，充分利用再生能源，节省能源开支；

2.1.4 减少设备用房面积，使建筑面积发挥更好的经济效益；

2.1.5 提高设备自动化水平，减少设备操作管理人员；

2.1.6 减少污染排放，保护环境；

2.1.7 免除管道结露，避免滴水损坏建筑装修；

2.1.8 设备维修时，不影响饭店正常营业；

2.1.9 冷热源要符合本工程室外环境要求；

2.1.10 投资要省。

2.2 方案选择

2.2.1 冷热源选择

在淘汰双效溴化锂吸收式冷水机组后，究竟选用什么设备来作本工程的冷热源呢?按照制冷效率来讲，离心式冷水机组效率最高，其次为螺杆式冷水机组，再其次是往复式、涡旋式冷水机组等，水冷式冷水机组的制冷效率高过风冷式冷水机组，对于热泵机组来说，水源热泵的制冷效率高过空气源热泵。热泵机组的制热效率高过锅炉和电加热器的制热效率。

2.2.2 空调系统的选择

2.2.2.1 四管制空调系统

一些高档的涉外旅游宾馆大多采用四管制系统，所谓四管制系统就是配备同时供冷供热两套管路，在过渡季有的客人需要供冷，有的客人需要供热，在冬季有的外区需供热，有许多内区的房间需要供冷，确保各个房间各个客人的空调需要。

虽然这个系统能满足客人的需要，但就整个系统来讲，能量浪费极其严重，供冷系统需要排除大量的热能，而供热系统又需要锅炉供应大量的热量，不能把内区的热量移到外区利用。

这就铸就了四管制系统的能量浪费较大，工程复杂，投资大，运行成本也高，热水管内水质容易产生污垢，会使系统的热效率逐年衰减。

2.2.2.2 二管制空调系统

通常情况空调分夏季和冬季二个空调状况。冬季供热夏季供冷，过渡季节只能供热或供冷，不能仝时供热和供冷。因此对某些特殊的客人是满足不了要求的只能随大流。对于有内区和外区之分的建筑，二管制系统更难使二个区都得到舒适的室内环境，如有些内区的会议室卡拉OK室、客房、办公室等到冬季不开空调还嫌热，而外区是不供热不行的。为了满足外区的供热，系统只能按冬季供热状况运行，内区要开空调只能热上加热，无法得到舒适的热环境。本工程原有系统就是二管制空调系统。

2.2.2.3 变工质流量一拖多空调系统

近年来一拖多的中央空调系统应用广泛，但大多数工程都采用不带热回收的风冷一拖多系统，相当于二管制空调系统的功能，只能分夏季供冷冬季供热二个状况，不能仝时供冷和供热。若要仝时供冷和供热必须采用带热回收功能的一拖多空调系统，这种系统完全不用水来作冷媒，也可完全消除结垢的问题，但价格较贵

本工程是24小时不间断运行的企业，在半夜以后冬季室外温度较低，另外还有外机结霜的问题，致使产热量受到严重影响，就出现了客房最需要的热量时，而系统供热量最小的矛盾。

2.2.2.4 水源热泵空调系统

所谓水源热泵空调系统就是从水中提取热量或冷量，通过热泵机组作功，对房间的空气加热或冷却，虽然本系统也是二管制空调系统，但它可以实现仝时供热和供冷，达到四管制系统的功能。

水源可用地下水、河水、湖水、工矿企业的废水、低温热水，由于本工程在闹市区，没有这种水源条件，无法采用。

2.2.2.5 水环式水源热泵空调系统

水环式水源热泵空调系统它是利用循环水作水源，可用冷却塔和锅炉或太阳能热水器作作为系统的冷却和辅助加热设备，为了减少设备噪声，可采用分体式水源热泵机组，将热泵机组的主机装在卫生间吊顶内。噪声可控制在35dB(A)以内，循环水管中的水温在13℃~32℃(即常温水)，管道不会有结露现象，不需保温，也不会有结垢现象。

水源式热泵在冬季可充分利用太阳能热水器作补充热源，南京地区的冬季太阳日照不足，必须配备锅炉来补充加热，经设计单位详细计算，只要1.25T/H燃油蒸汽锅炉，就可满足饭店用热需要。比原来空调系统2台4T/H燃煤蒸汽锅炉大大的减轻了三废排放。

环境保护改善多了，水环式热泵机组进行保养维修时不会影响整个空调系统，饭店可照常营业。

水环式水源热泵仅有锅炉及给水系统要占一点机房面积，其余均不占建筑面积，原系统的冷冻机房、锅炉房、空调机房均可改作营业性建筑，产生更大的经济效益。

水环式水源热泵空调系统制冷制热效率比风冷式热泵要高25%~30%，因此其运行费少。水环式热泵系统在管理上更能节省运行费，首先是水环式热泵系统在无人的房间内可完全停止使用，就可节省该房间的运行费用。由于该机的自动控制水平高在服务台上就可控制，操作方便，控制精确，节能显著，同时又可大大节省操作人员，基本 上可实现无人值守。另外因设备与系统简单，维修工作大为减少，使维修保养费用也大大节省。据国外资料统计水环式水源热泵空调系统比一般二管制的冷水机组+锅炉的空调系统运行节能10%，比风冷热泵系统省28%。在一次投资方面：水环式水源热泵空调系统比四管制的冷水机组+锅炉的空调系统节省22%，比风冷热泵空调系统贵28%。

2.2.2.6 地源热泵空调系统

即利用恒温的土地作热泵的能源。这种系统虽好，但在本工程没有这样的条件，无法采用，故此不加分析。

2.3 空调方案的确定

为了达到本工程空调系统的改造目的，对各种空调系统加以分析比较，详见“空调系统对改造目的的符合性对照表”确定选用水环式水源热泵空调系统作为本工程空调改造的优选方案，所有的改造目的能全部满足。

空调系统对改造目的的符合性对照表

注：本表仅适用于本工程或相仝条件的工程

2.4 改造方法

2.4.1 确定水环式水流热泵机组的品牌，经过调研和访问，确定采用深圳麦克维尔空调公司的水环式水流热泵组，为了满足客房内的噪声标准，选用分体式水源热泵机组，将主机装在客房卫生间吊顶内，并进行隔音处理，辅机(风机盘管)装在原风机盘管的位置上。

2.4.2 施工单位的确定：经过考察确定由具有强大实力的江苏省工业设备安装公司为背景的春宁空调工程公司负责改造施工，部分设计修改由江苏省建筑设计研究院负责。

2.4.3 改造内容：根据设计施工和产品供应商的共同合作确定。

2.4.3.1 拆除二台燃煤蒸汽锅炉和汽水系统，输煤除尘系统。

2.4.3.2 拆除全部风机盘管。

2.4.3.3 拆除蒸汽双效溴化锂吸收式冷水机组二台以及输水系统。

2.4.3.4 保留原有空调系统的冷冻水供回水循环管。

2.4.3.5 保留原有冷却塔。

2.4.3.6 保留原有新风机组。

2.4.3.7 增加风冷热泵冷热水机组(新风机组用)。

2.4.3.8 保留原新风管道(部分修改)。

2.4.3.9 增加320M2的清华阳江太阳能热水器及热水箱和格兰富循环泵。

2.4.3.10 增加150台深圳麦维尔空调公司生产的水环式水源热泵机组。

2.4.3.11 增加一台菲斯曼1.25吨/时的燃油蒸汽锅炉。

2.4.3.12 增加一台40m2空调用的阿法拉伐板式热交换器和一台6M2生活热水用的阿法拉伐板式热交换器。

2.4.3.13 新建一座小锅炉房。

2.4.3.14 增加一套中央自控系统，可远程控制各房间的水源热泵机组、锅炉、水泵、冷却塔设备的启停、记录、显示各设备运行情况，能耗、故障，以及设备安全运行保护，打印各设备的能耗。

2.4.3.15 将原有冷冻机房建成商业用房作饭店硬件配套，改造后水环式水源热泵水系统

示意图如下：

注：

① 夏季制冷状况——利用冷却塔，板换1，水泵1，水泵3，水源热泵机组。

② 冬季制热状况——利用太阳能热水器，太阳能储水箱，水泵4，板换1，水泵1，水泵3，水源热泵机组。

当太阳能不足时，再以锅炉、水泵2、板换2补热。

当太阳能不起作用时，全部采用锅炉补热。

当室外气温在15℃以上时，虽无太阳，可用冷却塔补热。

③ 春秋季制热制冷状况——利用冷却塔，板换1，水泵1，水泵3，水源热泵机组，完全同夏季状况。

2.5 经济效益和社会效益

本工程于2002年4月开始改造施工，至今已过了一个夏季和一个最冷期的考验，使用完全合格，由于空调热水供应效果好，使客人满意不仅客房满员，餐饮、商场、娱乐等部门也是顾客盈门。

原设想只要满足60%开房率即可，没想到2002年全年开房率达到70%以上，许多时间达到100%，客房供不应求，一改原来门庭冷落的局面。

本工程建筑面积6800M2，投资340万元，其中设备费170万元，平均每平方米建筑面积空调造价200元。

2.5.1 节约能耗费用

经过上述改造以后，夏季空调不需要锅炉，过渡季空调由于水环式水源热泵系统可以进行热回收。空调更节能，冬季空调当气温在13℃以上时可用冷却塔供热，当供水温低于13℃时，仅需少部分锅炉辅助供热。全年空调能耗费可节省50%，详见下表(空调耗能及费用比较表)：

2.5.2 减少机房面积

在机房中仅有循环水泵，无冷水机组、冷冻水泵系统，锅炉房面积缩小，可节约350M2建筑面积，用于出租(商场和会议室)，每年可增加饭店收入66万元。

2.5.3 减少管理人员

由于取消了中央冷水机组，采用了较简单的水环式水源热泵，可以减少4个值班操作人员和维修人员，每年人工开支可减少8万元。

2.5.4 水环式水源热泵空调的水是常温水，不会结垢，不需清洗，仅需每年放水排污即可，可 省去每年清洗费2万元。

2.5.5 原来二台4吨/H的锅炉已大大超过所需的供热量，现只要开1.25吨/H，锅炉就可满足全饭店的供热。极大地减少向大气排放的三废物质，有利于城市环境保护。

2.5.6 水源热泵的管理不需保温，免除了管道结露，室内装饰可以免遭凝结水的破坏，保持室内整洁美观的环境。

2.5.7 水环式水源热泵空调系统可以同时供冷和供热，就相当于高级宾馆的四管制空调系统，可满足不同需求的旅客要求，扩大了顾客的服务范围，有利于饭店经营。

2.5.8 水环式水源热泵系统，维修比较方便，维修时不会影响饭店的正常营运，稳定饭店的收入。

3 有待继续改进的几项措施

3.1 选用太阳能热水器时只考虑到60%的开房率，320M2太阳能热水器只能供应生活热水，不能满足空调的需要，拟在2003年再投资，增加太阳能热水器的面积，进一步节省空调能耗。

3.2 拟在2003年投资改造饭店污水处理，将生活热水的废热收集起来，回收能量，为水源热泵所利用，节省水源热泵的辅助加热。

3.3 水源热泵的循环水泵耗能比重较大，在部分负荷时，能量浪费更大，拟采用变频调节，进一步节约运行开支。

4 结语

水环式水源热泵是一种节能空调产品，环保产品，特别适用于旧建筑二管制风机盘管加新风的空调系统改造工程，对具有内区的建筑工程更能显示出其投资省，运行费省，维修方便，效果好，管理简单，还能合理使用建筑面积，获得更丰富的经济效益。

参考资料：

1. 马最良等主编·水环热泵空调系统设计·《现代空调》2001年第3辑

2.蒋能照主编·空调用热泵技术及应用