北方某五星级酒店锅炉采暖改热泵采暖工程方案
摘要：本项目为北方某五星级酒店中央空调冬季采暖节能改造方案，该工程是酒店中央空调冬季采暖系统节能改造工程，酒店总建筑面积约6万平方米，按照甲方提供的原设计院空调系统图纸，部分写字楼没有使用中央空调系统，大楼总采暖面积为21920m2，要求改造旧的燃煤锅炉采暖系统，在原来的基础上使用更节能环保的空气能热泵机组。改造后2种供热源互为备用，完美结合，完全保证供暖系统的有效率及安全运行。
关键词：空气能、采暖、改造、燃煤锅炉
一、工程概况
1、该工程是酒店中央空调冬季采暖系统节能改造工程，酒店总建筑面积约6万平方米，按照甲方提供的原设计院空调系统图纸，部分写字楼没有使用中央空调系统，大楼总采暖面积为21920m2。
2、经现场勘查，屋顶具备足够的空气能热泵安装的安装条件。
3、水源充足、楼面水压正常，用水处电源容量具备空气能热泵采暖机组系统的需求。
二、设计依据
2.1采暖通风与空气调节设计规范(GB50019-2003)
2.2民用建筑热工设计规范(GB50176-93)
2.3民用建筑暖通空调设计技术措施(第二版)
2.4建筑设计防火规范(GB50016—2001)
2.5高层民用建筑设计防火规范(GB50045—95)
2.6建筑给排水及采暖工程施工质量验收规范(GB50242-2002)
2.7建设单位的要求
三、计算参数
3.1 中央空调系统热负荷计算表
单位热负荷采用100 w/m2 ，总负荷计算所得为2192050W
四、采暖系统改造方案
4.1 节能改造方案一
设计思路：整个大楼总共21920平方米的采暖面积全部进行改造，燃气锅炉作为备用热源，只有在空气能热泵进行维修或者检修时候启动使用，其他时间全部用空气能热泵进行采暖。
4.1.1空气能设备的选择
当室外环境温度为-3℃，湿度70%的时候，湿球温度为-5℃，热泵制热修正系数为K=0.5，因为1-5楼娱乐及餐厅白天营业时间比较少，9-24楼的客房白天采暖开机率也比较少，只有部分办公写字楼使用;而晚上写字楼基本不办公，只有娱乐及客房部分需要采暖;所以为了有效利用热源，降低初投资，而又能够保证系统的稳定性，同时使用率70%可以满足采暖要求。所以选型如下表:
4.1.2节能效果分析
采暖期按照4个月计算，其中5℃以上按照3个月计算，进水温度为15℃;0～5℃按照15天计算;0～-3℃按照15天计算。
4.1.3.不同能源年运行费用对比表
热泵采暖系统年节约运行费用为：80.91万元
4.2 节能改造方案二
设计思路：整个大楼总共21920平方米的采暖面积全部进行改造，由于甲方已经购买了燃气锅炉，为了有效利用资源，结合项目所在地，全年低温气温0℃以上比较多，在气温0℃以下比较少;在所以在环境气温0℃以上利用热泵全部满足采暖需求，环境气温0℃以下时，优先采用热泵采暖，采暖水温不足时，启动燃气锅炉，辅助加热。
4.2.1空气能设备的选择
当室外环境温度为0℃，湿度70%的时候，湿球温度为-1.4℃，热泵制热修正系数为K=0.6，但是年出现极端低温天气(0℃)的时间比较短，一般一年也就1个月左右，全年采暖期为4个月左右，冬季大部分的气温都在0℃(热泵的制热修正系数为0.6)以上，为了减少初投资，热泵采暖以满足0℃以上，0℃以下启动燃气锅炉作为辅助热源;
还有因为1-5楼娱乐及餐厅白天营业时间比较少，9-24楼的客房白天采暖开机率也比较少，只有部分办公写字楼使用;而晚上写字楼基本不办公，只有娱乐及客房部分需要采暖;所以为了有效利用热源，降低初投资，而又能够保证系统的稳定性，同时使用率70%可以满足采暖要求。所以选型如下表:
4.2.2节能效果分析
采暖期按照4个月计算，其中5℃以上按照3个月计算，进水温度为15℃;
0～5℃按照15天计算; 0～-3℃按照15天计算。
4.2.3使用空气能热泵采暖系统年运行费用(略)
4.2.4使用燃气锅炉热水系统年运行费用(略)
4.2.5 不同能源年运行费用对比表
热泵采暖系统年节约运行费用为：78.81万元
4.3 节能改造方案三
思路：整个大楼总共21920平方米的采暖面积全部进行改造，由于甲方已经购买了燃气锅炉，为了有效利用资源，结合项目所在地，全年低温气温5℃以上比较多，在气温5℃以下比较少;在所以在环境气温5℃以上利用热泵全部满足采暖需求。环境气温5℃以下启动燃气锅炉辅助加热。
4.3.1空气能设备的选择
当室外环境温度为5℃，湿度70%的时候，湿球温度为3.5℃，热泵制热修正系数为K=0.73，但是年出现极端低温天气(3.5℃)的时间比较短，一般一年也就1个月左右，全年采暖期为4个月左右，冬季大部分的气温都在5℃(热泵的制热修正系数为0.73)以上，为了减少初投资，热泵采暖以满足5℃以上，5℃以下启动一台燃气锅炉作为辅助热源;
还有因为1-5楼娱乐及餐厅白天营业时间比较少，9-24楼的客房白天采暖开机率也比较少，只有部分办公写字楼使用;而晚上写字楼基本不办公，只有娱乐及客房部分需要采暖;所以为了有效利用热源，降低初投资，而又能够保证系统的稳定性，同时使用率70%可以满足采暖要求。所以选型如下表:
4.3.2节能效果分析
采暖期按照4个月计算，其中5℃以上按照3个月计算，进水温度为15℃;0～5℃按照15天计算;0～-3℃按照15天计算。
4.3.3不同能源年运行费用对比表
热泵采暖系统年节约运行费用为：76.72万元
4.4 节能改造方案四
设计思路：整个大楼总共21920平方米的采暖面积全部进行改造，由于甲方已经购买了燃气锅炉，为了有效利用资源，结合项目所在地，全年低温气温10℃以上比较多，在气温10℃以下比较少;为了节约初投资，所以设计在环境气温10℃以上利用热泵全部满足采暖需求。环境气温10℃以下，启动燃气锅炉辅助加热。
4.4.1空气能设备的选择
当室外环境温度为10℃，湿度70%的时候，湿球温度为7℃，热泵制热修正系数为K=0.73，但是年出现极端低温天气(7℃)的时间比较短，一般一年也就1个月左右，全年采暖期为4个月左右，冬季大部分的气温都在5℃(热泵的制热修正系数为0.85)以上，为了减少初投资，热泵采暖以满足5℃以上，5℃以下启动一台燃气锅炉作为辅助热源;
还有因为1-5楼娱乐及餐厅白天营业时间比较少，9-24楼的客房白天采暖开机率也比较少，只有部分办公写字楼使用;而晚上写字楼基本不办公，只有娱乐及客房部分需要采暖;所以为了有效利用热源，降低初投资，而又能够保证系统的稳定性，同时使用率70%可以满足采暖要求。所以选型如下表:
4.4.2节能效果分析
采暖期按照4个月计算，其中5℃以上按照3个月计算，进水温度为15℃;0～5℃按照15天计算;0～-3℃按照15天计算。
4.4.3不同能源年运行费用对比表
热泵采暖系统年节约运行费用为：74.42万元
4.5 节能改造方案五
设计思路：只对大楼9-24层客房部分总共14049m2的面积进行改造，此部分采暖季节考虑0℃以上能够全部采用热泵进行采暖，0～-3℃需要启动燃气锅炉进行采暖，其余1-5楼餐饮、娱乐及办公部分仍然采用锅炉进行采暖。
4.5.1空气能设备的选择
当室外环境温度为5℃，湿度70%的时候，湿球温度为3℃，热泵制热修正系数为K=0.6，但是年出现低温天气(0～5℃)的时间比较短，一般一年也就半个月左右，全年采暖期为4个月左右，冬季大部分的气温都在5℃(热泵的制热修正系数为0.73)以上，为了减少初投资，热泵采暖以满足5℃以上，5℃以下启动燃气锅炉作为辅助热源;
所以为了有效利用热源，降低初投资，而又能够保证系统的稳定性，同时使用率65%可以满足采暖要求。所以选型如下表:
4.5.2节能效果分析
采暖期按照4个月计算，其中5℃以上按照3个月计算，进水温度为15℃;0～5℃按照15天计算;0～-3℃按照15天计算。
4.5.2使用空气能热泵采暖系统年运行费用(略)
4.5.3.使用燃气锅炉热水系统年运行费用(略)
4.5.4不同能源年运行费用对比表
热泵采暖系统年节约运行费用为：50.05万元
4.6 节能改造方案六
设计思路：只对大楼1-5层餐饮及娱乐部分总共6453.40m2的面积进行改造，此部分采暖季节考虑5℃以上能够全部采用热泵进行采暖，-3～5℃需要启动燃气锅炉进行采暖，其余1-5楼办公部分及9-24楼客房部分仍然采用锅炉进行采暖。
4.6.1空气能设备的选择
当室外环境温度为5℃，湿度70%的时候，湿球温度为5℃，热泵制热修正系数为K=0.73，但是年出现低温天气(0～5℃)的时间比较短，一般一年也就半个月左右，全年采暖期为4个月左右，冬季大部分的气温都在5℃(热泵的制热修正系数为0.73)以上，为了减少初投资，热泵采暖以满足5℃以上，5℃以下启动燃气锅炉作为辅助热源;同时使用率70%计算。所以选型如下表:
4.6.2节能效果分析
采暖期按照4个月计算，其中5℃以上按照3个月计算，进水温度为15℃;0～5℃按照15天计算;0～-3℃按照15天计算。
4.6.3不同能源年运行费用对比表
热泵采暖系统年节约运行费用为：25.84万元
4.7 节能改造方案七
思路：只对大楼1-5层写字楼总共1418m2的面积进行改造，此部分采暖季节考虑5℃以上能够全部采用热泵进行采暖，-3～5℃需要启动燃气锅炉进行采暖，其余1-5楼娱乐餐饮及9-24楼客房部分仍然采用锅炉进行采暖。这个思路主要是试验的形式，由于使用面积比较少，节能的意义不大。
4.7.1空气能设备的选择
由于是试验性质，所以采暖以满足最低温要求为准，当室外环境温度为-3℃，湿度70%的时候，湿球温度为-5℃，热泵制热修正系数为K=0.5，由于是办公室部分，所以同时使用率相对比较高，计算以100%为依据。所以选型如下表:
4.7.2节能效果分析
采暖期按照4个月计算，其中5℃以上按照3个月计算，进水温度为15℃;0～5℃按照15天计算;0～-3℃按照15天计算。
4.7.4不同能源年运行费用对比表
热泵采暖系统年节约运行费用为：10.17万元
五、总结分析
通过以上几个方案的工程投资、运行费用对比分析，我们可以看出，使用的热泵越多，节能的效果越明显，在环境温度5℃以上使用热泵采暖最为节能，所以建议采用改造方案一。
但是通过我公司对项目空调系统的审核发现，热泵采暖的设备不能够安装于楼顶，因为没有其他管井可以容纳DN377×8的2条主水管道，在外墙安装安全问题不可解决并影响建筑物美观。只能选择安装在地下室内原燃煤锅炉的地方。
由于原来的燃油锅炉房面积不够多达20台的空气能热泵设备，所以只能选择10台左右的热泵进行部分改造或者全部改造，但需在热泵供热不足时启动燃气锅炉作为辅助热源，可以由管道采暖温度自动控制燃油机组的启动或者停止。
通过以上数据对比我们我可以看出，使用热泵采暖的面积越大，时间越长，节能效果越明显;而从投资及节能比率方面我们也可以看出，使用热泵采暖越接近热泵的标准工况，比率越高(比率高意味着投资及收益率高)，所以建议使用方案3～5中的一个都是最佳方案。