希尔顿酒店空调系统节能群控系统方案.docx
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希尔顿酒店空调系统节能群控系统方案
泰兴市希尔顿酒店冷冻机房
节能优化方案
2017-08-01
摘要1
一、节能优化背景及方向2
二、项目概况4
2.1建筑概况4
2.2建筑冷负荷及生活热水负荷4
2.3原设计冷热源方案5
2.4原设计冷热源设备参数表6
三、酒店生活热水节能解决方案7
3.1热回收可行性分析7
3.2主机设备选型8
3.3主机全年运行策略分析12
3.4生活热水节能效益及投资回收期15
四、顿汉布什冷冻机房节能技术19
4.1冷冻、冷却水泵变频优化技术19
4.2主机冷冻水出水温度重设功能19
4.3宽流量范围冷却塔技术20
4.4冷却塔进湿球温度控制技术21
4.5冷却塔变频技术21
4.6能耗监测分析系统22
五、I-Vision中央空调智能控制系统23
5.1先进的计算机技术24
5.2投资回收期短24
5.3安全可靠24
5.4高效节能24
5.5操作简便24
5.6开放性、易扩展25
5.7突出建筑物的现代化形象25
5.8人性化软件操作界面26
六、酒店冷冻机房全年运行费用估算28
摘要
泰兴市希尔顿五星级酒店项目位于江苏省泰州市，建筑面积68864㎡，酒店主楼24层，高度99.09m，裙房五层，高度23.7m，建筑总冷负荷7800Kw，系统全年24小时运行，属于高能耗建筑，具有较大节能空间；本次是在设计院初步设计方案下对酒店的冷冻站设备及生活热水系统进行优化设计，同时，提出了一套空调系统智能控制方案。
主机采用3台DCLCD650E高效双级离心机+2台WCFX27SR螺杆机（带热回收）方式，使离心机一直处在高效区运行，低负荷时采用螺杆机高效运行防止离心机喘振，同时制取生活热水并获得一部分免费冷量。
生活热水采用热回收型式替代燃气锅炉，每年可综合节省运行费用412821元，0.65年即可回收增加的初投资。
采用自主研发的I-Vision中央空调智能控制系统，并针对该项目应用以下核心技术：
●冷冻、冷却水泵变频优化技术
●冷冻水出水温度重设功能
●冷却塔进湿球温度控制技术
●宽流量范围冷却塔技术
●模块化冷却塔变频技术
●能耗监测分析系统
增加I-Vision群控节能系统后，不但后续维护管理方便，一键开机自动运行，冷冻机房整体综合能效COP预估可达4.67（即冷冻机房所有设备耗电1Kw.h，可为末端提供4.67Kw.h的冷量）。
一、节能优化背景及方向
从上图可看出，我国建筑能耗约占全社会总能耗的30%，更为严重的是，据统计，在我国既有的215亿㎡公共建筑中，节能达标率尚不足10%，而在每年新建的近20亿㎡建筑中，高能耗建筑比例超过90%。
从上图可看出空调作为建筑耗能“大户”，其耗电量占建筑总能耗的47%左右，与建筑物整体节能达标与否有很大关系，所以说，空调系统节能为建筑节能减排工作的重心。
通过对各类空调系统运行数据长期监测及分析，得知空调系统中主要耗能部件（制冷主机、水泵、冷却塔、空调末端等）耗能比例如上所示。
中央空调系统的节能方向：
（1）冷热源：
选用天然冷热源或高能效机组
该项目没有可利用的废热、风能、地热等天然冷源，同时项目所在地商业用电没有实行峰谷电价政策，不利于采用蓄能方式。
因而只能依靠高效换热设备来节省运行费用。
（2）空调系统形式
综合采用热回收技术（机组冷凝热回收、新风热回收）、小流量大温差技术、变风量技术、变水量技术等，提高系统综合能效以节省运行费用。
（3）中央空调系统集中智能控制
中央空调系统有如下特点：
非线性、大滞后性、强耦合性、时变性，仅依靠人为手动操作控制设备启停或者各设备简单的独立控制，节能效果不明显，系统不稳定，空调系统的集中智能控制可节省较大运行费用及人员费用。
二、项目概况
2.1建筑概况
本工程为泰兴市希尔顿五星级酒店新建项目，位于江苏省泰兴市市政府东侧，占地面积26650㎡，建筑面积68864㎡，酒店主楼24层，高度99.09m，裙房五层，高度23.7m，该建筑主要功能为五星级酒店，还包含裙房的宴会大厅、商务酒店、餐厅、健身房及KTV等辅助功能房间，地下一层为车库，机房设置在地下室。
2.2建筑冷负荷及生活热水负荷
夏季（室外空气计算参数空调计算干球温度34℃，空调计算湿球温度28.3℃）；
冬季（室外空气计算参数空调计算干球温度-4.3℃，空调计算湿球温度75℃）；
参照方案设计说明，酒店空调冷负荷估算如下：
项目
建筑面积㎡
空调面积
㎡
夏季冷负荷
Kw
冷负荷指标
W/㎡
泰兴希尔顿酒店
68864
52000
7800（2200RT）
113
参照方案设计说明，酒店生活热水估算如下：
项目
酒店日最高用水量m³/h
公寓日最高用水量m³/h
商业+餐饮日最高用水量m³/h
总计日最高用水量m³/h
酒店
128
9
60
197
2.3原设计冷热源方案
冷源：
设四台制冷量约为1934kW（550RT）离心式冷水机组+4组冷却塔；
热源：
采用天燃气热水锅炉；
生活热水热源：
采用天燃气热水锅炉
供回水温度：
冷水机组冷冻水供/回水温度6℃/12℃，冷却水供、回水温度均为32℃/37℃；燃气锅炉空调热水供/回水温度60℃/50℃；
输配系统：
冷却水为定流量系统，冷冻水为一次泵变流量系统；
2.4原设计冷热源设备参数表
原计划选用四台550RT的离心式冷水机组，顿汉布什该机型参数如下：
序号
设备名称及型号
主要技术参数
数量
备注
1
高效双级离心式冷水机组
DCLCD550E
制冷量：
1934Kw，
冷冻水进出水工况：
12/6℃,
冷却水进出水工况：
30/35℃，
冷冻水流量：
277m³/h，
冷却水流量：
389m³/h，
冷冻水压降：
52.5KPa，
冷却水压降：
68.5KPa，
输入功率：
309.8Kw，电压：
380V
4
顿汉布什
2
天燃气真空热水锅炉
制热量：
1163KW，供/回水温度60℃/50℃
提供生活热水及空调热水
4
三、酒店生活热水节能解决方案
空调的应用在满足人们生活需求的同时，排放到大气中的热量带来了温室效应等负面影响，若能利用热回收型冷水机组在制冷过程中制取生活热水，既可以空调，同时还能得到免费的生活热水，该酒店的客房、餐饮、商务酒店等都需要全年24小时提供生活热水，用水量比较大，若采用热回收可节省很大燃气锅炉运行费用，以下为该方案具体描述。
3.1热回收可行性分析
下图是对该酒店的初步估算统计，全年各月份平均每天所需的空调冷量及生活热水热量，从图中可看出，在全年除1月、2月、12月冬季不需要空调外，其它月份（3月-11月）平均每天空调冷量需求远超过生活热水所需的热量，即该酒店全年约有9个月时间可完全依靠空调制冷热回收来制取生活热水。
3.2主机设备选型
冷水机组热回收分全热回收和部分热回收，考虑到部分热回收量少，且温度不能保证，选用全热回收机型，同时由于离心机单台热回收量过大，若为满足热回收（离心机处于低负载状态运行），会离心机运行效率低，最终选用螺杆机（带热回收）+离心机的组合方式，离心机负责酒店的空调负荷，螺杆热回收机组主要负责制取生活热水及建筑物15%负荷以下的空调制冷。
酒店空调最大冷负荷为7800Kw（2200RT），考虑到五星级酒店空调的稳定性，按当一台冷水机组故障情况下，至少满足70%的备用要求，设计选用顿汉布什3台DCLCD650E高效双级离心式冷水机组+2台WCFX27SR高效螺杆式冷水机组（带全热回收），充分利用大冷量时离心机的高性价比，螺杆机全热回收运行时的高效稳定。
（选用两台小型号螺杆机互为备用，还可为泳池等提供热水，同时能够保证一台机组故障时，生活热水仍能按需补充）。
设备选型参数如下所示：
序号
设备名称及型号
主要技术参数
数量
备注
1
高效双级离心式冷水机组
DCLCD650E
制冷量：
2285Kw，
冷冻水进出水工况：
12/6℃,
冷却水进出水工况：
30/35℃，
冷冻水流量：
327m³/h，
冷却水流量：
459m³/h，
冷冻水压降：
42.5KPa，冷却水压降：
66.6KPa，
输入功率：
366.7Kw，电压：
380V
3
顿汉布什
2
高效螺杆冷水机组（带全热回收）
WCFX27SRHNN
制冷模式
制冷量：
624.55Kw，
冷冻水进出水工况：
12/6℃,
冷却水进出水工况：
30/35℃，
冷冻水流量：
89.3m³/h，
冷却水流量：
126.4m³/h，
冷冻水压降：
35.9KPa，
冷却水压降：
50KPa，
输入功率：
105.2Kw，电压：
380V
制冷+全热回收模式：
制冷量：
550Kw，制热量：
715.5Kw，
冷冻水进出水工况：
12/6℃,
冷却水进出水工况：
45/50℃，
冷冻水流量：
78.8m³/h，
冷却水流量：
125.2m³/h，
冷冻水压降：
39.4KPa，冷却水压降：
67.6KPa，
输入功率：
164.5Kw，电压：
380V
2
顿汉布什
顿汉布什高效双级离心机
作为专业的中央空调设备制造商，美国顿汉布什公司在上世纪中期就设计制造了自己的离心式压缩机及离心式制冷机组，历经半个多世纪的技术积累，顿汉布什的离心机产品已经形成了极其完善的产品线，涵盖了单级压缩机组、多级压缩机组、磁悬浮机组、高速直连机组、变频机组等多种产品，在全世界范围内拥有广泛而大量的用户群体。
顿汉布什双级压缩离心机组，运行平稳、高效节能、相比于单级压缩具有更大的提升力，国标工况下：
满载时COP：
6.47，远超国家一级能效标准6.3。
顿汉布什高效螺杆冷水机组（带热回收）
采用DUNHAM-BUSH第七代立式全封闭螺杆压缩机，是当代世界先进技术的结晶，不仅符合AHRI标准，更代表了螺杆压缩机的最高水准，拥有48项北美发明专利，全寿命免维护。
顿汉布什冷水机组热回收具有以下优点：
（1）经济节能：
✓无需锅炉，减少占地面积，节省初投资；
✓免费获得热水，节省运行费用；
✓提高机组冷却效率，减少耗电量并延长机组寿命；
✓系统简单，安装方便
（2）高效环保：
✓热回收应用，可减少因废热的排放而形成的热岛效应。
✓减少燃煤、燃油锅炉产生的污染
（3）用途广泛：
✓顿汉布什热回收机组可实现制冷、供暖、生活热水一机三用。
✓多种模式转换，任你选择
3.3主机全年运行策略分析
下图为DB高效离心机DCLCD650E与螺杆机WCFX27SR机组部分负载情况下COP值变化（为准确对比，冷冻水供回水温度按6℃/12℃，冷却供回水温度统一按30/35℃计算，实际使用冷却水温度会低，机组COP值高于图表中数值），从图中可看出离心机在其自身负载率50%以上时，其COP值一直高于螺杆机满负荷运行时的COP值。
下图为酒店建筑空调负荷15%（325RT）以下时，离心机DCLCD650E（机组负载率约50%）与螺杆机WCFX27SR机组COP值比较（为准确对比，冷冻水供回水温度按6℃/12℃，冷却供回水温度统一按30/35℃计算，实际使用冷却水温度会低，机组COP值高于图表中数值），螺杆机COP值一直高于离心机，同时可防止离心机过低负载率时喘振现象发生。
结论：
通过以上分析得出，当建筑空调负荷高于15%（325RT）单台离心机50%的制冷量时，运行离心机制；反之当建筑空调负荷低于15%（325RT）单台离心机50%的制冷量时，运行螺杆机，此方式既利用了离心机的高效区，同时又可防止其低负荷时离心机发生喘振。
在需要热回收时，自动开启螺杆热回收机组，制取生活热水，由于运行制冷热回收时，冷凝温度高，制冷量小，对整个系统的负荷波动影响不大可忽略。
各台机组具体运行模式如下所示：
冷负荷率
冷负荷
1#主机
2#主机
3#主机
4#主机
5#主机
DCLCD650E
DCLCD650E
DCLCD650E
WCFX27SRNN
WCFX27SRNN
%
RT
运行状态
机组负载率
运行状态
机组负载率
运行状态
机组负载率
运行状态
机组负载率
运行状态
机组负载率
100
2200
开
100
开
100
开
100
开
74
开
74
90
1980
开
100
开
100
开
100
X
0
X
0
80
1760
开
90
开
90
开
90
X
0
X
0
70
1540
开
79
开
79
开
79
X
0
X
0
60
1320
开
100
开
100
X
0
X
0
X
0
50
1100
开
85
开
85
X
0
X
0
X
0
40
880
开
68
开
68
X
0
X
0
X
0
30
660
开
100
X
0
X
0
X
0
X
0
20
440
开
68
X
0
X
0
X
0
X
0
10
220
X
0
X
0
X
0
开
65
开
65
3.4生活热水节能效益及投资回收期
为保证生活热水温度品质，经两级换热将10℃自来水加热到60℃，供用户使用，在此只对一级加热（从10℃加热到50℃区间）运行费用进行对比分析（1月、2月、12月供暖季无空调，采用燃气热水锅炉提供生活热水，在此不做分析）。
通过以往经验估算，该酒店生活热水用水量如下图所示：
（1）天燃气热水锅炉运行燃气费用：
天燃气热值按8470Kcal/m³（9.85Kw.h/m³）,泰兴市当地商业天燃气价格3元/m³，天燃气综合燃烧效率80%，运行费用如下所示：
天燃气锅炉燃气使用费
月份
月平均每天所需热水量m³
月平均每天所需热水热量（kW.h）
天燃气热值
Kw.h/m³
天燃气综合燃烧效率
天燃气价格元/m³
月平均每天天燃气使用费元
月合计
3月
112
5209
9.85
0.8
3
1983
61480
4月
112
5209
9.85
0.8
3
1983
59497
5月
128
5953
9.85
0.8
3
2267
70263
6月
120
5581
9.85
0.8
3
2125
63747
7月
112
5209
9.85
0.8
3
1983
61480
8月
104
4837
9.85
0.8
3
1842
57089
9月
96
4465
9.85
0.8
3
1700
50998
10月
136
6326
9.85
0.8
3
2408
74655
11月
112
5209
9.85
0.8
3
1983
59497
全年合计
558706
（2）冷水机组热回收运行耗电费用：
机组能效COP按4.25（考虑传输过程热损耗），商业用电电费0.85元/度，运行费用如下：
热回收耗用电费
月份
月平均每天所需热水量m³
月平均每天所需热水热量（kW.h）
主机运行效率
电价
元/kW.h
月平均每天电费元
月合计
3月
112
5209
4.25
0.85
1042
32298
4月
112
5209
4.25
0.85
1042
31256
5月
128
5953
4.25
0.85
1191
36912
6月
120
5581
4.25
0.85
1116
33488
7月
112
5209
4.25
0.85
1042
32298
8月
104
4837
4.25
0.85
967
29991
9月
96
4465
4.25
0.85
893
26791
10月
136
6326
4.25
0.85
1265
39219
11月
112
5209
4.25
0.85
1042
31256
全年合计
293507
冷水机组在热回收的同时，可为酒店免费空调供冷，其提供的冷量可折算为节省电费如下表所示（主机单制冷能效按离心机全年综合制冷COP取值6.5）：
热回收节省空调耗电费
月份
月平均每天所需热水量m³
月平均每天所需热水热量（kW.h）
热回收机组热冷比
免费提供空调冷量（kW.h）
主机单制冷能效
电价
元/kW.h
月平均每天电费元
月合计
3月
112
5209
1.3
4007
6.5
0.85
524
16244
4月
112
5209
1.3
4007
6.5
0.85
524
15720
5月
128
5953
1.3
4580
6.5
0.85
599
18565
6月
120
5581
1.3
4293
6.5
0.85
561
16843
7月
112
5209
1.3
4007
6.5
0.85
524
16244
8月
104
4837
1.3
3721
6.5
0.85
487
15084
9月
96
4465
1.3
3435
6.5
0.85
449
13475
10月
136
6326
1.3
4866
6.5
0.85
636
19725
11月
112
5209
1.3
4007
6.5
0.85
524
15720
全年合计
147622
（3）初投资比较
原方案采用顿汉布什4台高效双级离心机DCLCD550E，新方案采用顿汉布什3台DCLCD650E高效双级离心式冷水机组+2台WCFX27SR高效螺杆式冷水机组（带全热回收），初投资（此价格为标准价格，仅供参考）比较如下表所示：
原方案初投资
机组型号
机组单价
机组数量
合计元
DCLCD550E
655070
4
2620280
新方案初投资
机组型号
机组单价
机组数量
合计元
DCLCD650E
730220
3
2190660
WCFX27SR
309000
2
618000
主机增加初投资费用为：
2190660+618000-2620280=188380元
其它增加水泵管路及配件费用为80000元
所以，两方案相比初投资总共增加费用为188380+80000=268380元
（4）投资回收期
原方案每年制生活热水锅炉运行费用558706元，优化后每年制生活热水所耗电费293507元，热回收同时节省的空调耗电费用147622元，因不论燃气锅炉还是冷水机组热回收制热，都需要运行热水循环泵，所以水泵能耗可近似抵消，
则每年节省费用为558706-293507+147622=412821元
其初投资总共增加费用为268380元
投资回收期=268380/412821=0.65年
所以，对新建项目初投资增加较小，用不了1年即可回收所有初投资增加费用。
生产1吨热水费用比对
制热水形式
供热效率%
生产1吨热水成本（元）
生产1吨热水节省空调电费（元）
综合生产1吨热水成本（元）
原：
天燃气锅炉
80
17.7
0
17.7
现：
热回收机组
425
9.2
4.68
4.52
四、顿汉布什冷冻机房节能技术
该酒店空调系统可结合以下节能技术提高系统综合能效。
4.1冷冻、冷却水泵变频优化技术
水泵作为输配系统的动力部件，随着制冷主机能效的不断提高，其也逐渐成为了空调系统中的耗能大户，冷冻水及冷却水侧均采用变频水泵。
冷冻水泵在末端变流量时变频，保证末端最不利环路压差所需的流量；
冷却水泵变频保证冷却水供回水温差恒定；
常规系统水泵设计选型过大，导致系统能耗高，避免系统出现大流量小温差现象，浪费电能！
冷却水流量减小可降低水泵能耗，但同时主机能效降低（能耗升高），通过以往改造项目数据分析（如上图），从上图可看出制冷机组增加功耗远小于对应水泵减小的功耗，此系统冷却水泵变频有较大节能空间。
4.2主机冷冻水出水温度重设功能
冷水出水温度提升，相对应的制冷量也相应提高，耗电量下降。
综合主机特性及实际运行经验，冷冻出水温度每提高1℃，主机效率可提高3%~5%。
故在春秋过渡季节时的低负荷工况下，可通过提高主机的出水温度（代替关小阀门），对主机进行冷冻出水温度重设，从而降低能量的消耗，提高主机的COP值。
4.3宽流量范围冷却塔技术
我公司的变流量冷却塔，可有效的解决常规冷却塔变流量时效率低（出水温度高）的缺陷。
（上图）传统冷却塔在水量变化幅度较大时，其布水器布水不均，导致无法充分利用其换热面积，导致冷却水出水温度高；
（上图）我公司改善后的冷却塔可保证在较低流量范围内仍可保证布水器布水均匀，充分利用填料的换热面积，降低冷却水出水温度。
4.4冷却塔进湿球温度控制技术
从上图的曲线可以看出，在春秋过渡季节或者夜间，随着冷却水出水温度降低，制冷机组能效将大幅度提升，为充分发挥此优势，采用冷却塔出水温度逼近实时室外空气湿球温度（其逼近度根据不同地域可设置为3-5℃）。
4.5冷却塔变频技术
对冷却塔风机同时变频及各台冷却塔进出水电动阀门开关进行集中控制，可灵活准确控制冷却塔出水温度逼近湿球温度，时刻保证制冷机组最佳能效，同时冷却塔风机运行存在高效区，风机频率26-42Hz时，风电比最大，冷却塔效率越高。
冷却塔风机变频技术在节能的同时，可减小漂水量，降低噪声！
4.6能耗监测分析系统
早期的既有建筑中缺少空调冷量计量、缺少主要空调设备的独立电量计量、没有数据记录及远传功能，以上缺陷使得维护人员无法了解中央空调系统的实际运行情况，节能更无从谈起。
（1）监测系统
目标：
了解中央空调系统的详细运行状况。
手段：
搜集中央空调系统的实时运行数据，数据远程上传至控制中心的数据库，自制软件界面显示系统运行状态。
（2）分析系统
目标：
评价中央空调系统的节能水平。
手段：
建立以“能效”为核心的节能分析系统，计算瞬时能效和历史平均能效，反映空调系统的节能水平。
五、I-Vision中央空调智能控制系统
目前绝大多数控制系统仍是各设备控制相对独立，节能效果不明显，系统不稳定。
顿汉布什结合多年从事中央空调的节能控制工程的经验和对主机运行特性的研究，推出了第三代群控系统。
I-vision系统基于多变量关联按需及预测主动控制，智能化高、高效节能、稳定可靠在满足末端需求和机组安全稳定运行前提下,依据各设备（主机、水泵及冷却塔等）的最佳性能曲线，提供最优的运行组合。
中央空调系统架构图
系统各设备采用顿汉布什I-Vision
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