某商业大厦中央空调余热回收利用方案及效益分析摘要: 通过对某商业大厦项目热水需求量和耗热量以及中央空调系统冷负荷和回收冷凝热的计算，探讨了中央空调主机冷凝热制备热水的能力。
中央空调冷凝热回收系统+热泵热水机组制备热水，其节能效果明显。
关键词中央空调冷凝热热量回收节能效益分析1. 引言一般来说，星级宾馆、酒店, 医院等公共建筑都设有中央空调系统和24小时热水供应,在供冷的同时，还要利用各种燃料或电加热锅炉、热水炉、蒸汽炉、太阳能等制备热水，消耗大量的能源。
冷水机组在运行时要通过冷却水系统排出大量的冷凝热,在制冷工况下运行,冷凝热可达制冷量的1.15～1.3倍。
若把制冷循环中制冷工质冷凝放热过程放出的热量利用起来制备热水，在可制备50～60℃的热水，足以满足客房洗浴、厨房洗涤和工艺用热水等用途。
回收这部分冷凝热制备生活热水,变废为宝，既能节约能源又能缓解室外环境的热污染问题。
2. 中央空调冷凝热回收利用原理及系统图中央空调冷凝热制备生活热水是利用热回收型冷水机组在制冷运行过程中排出的高温冷煤蒸汽在热回收冷凝器与生活热水箱的循环水热交换，即直接将满足热水用量的自来水送入热回收换热器，利用压缩机的排气显热和部分冷凝潜热对热水进行第一步加热，剩余热量或由水冷冷凝器带走，从冷却塔排出或通过风冷冷凝器将热量排出。
随着热回收换热器的进水温度的升高，冷凝潜热的回收量有所减少，然后主要利用冷凝显热继续将初步加热的热水进一步加热为55℃左右的高温热水储存在储水箱内以供使用。
如果蓄水箱内的水已满，并且达到设定的水温，此时停止加热高温热水，热量全部由水冷或风冷冷凝器带走。
如果从冷水机组回收的热量不能满足需要，可以通过与热泵热水机组相结合，得到所需要的热水。
冷凝热热回收系统的工作原理见图1。
3.项目概况某商业大厦，建筑高度为89.8米，25层，建筑面积为37000平方米；10～25层为高级写字楼，设计采用分体空调；9层及9层以下采用中央空调，面积合计12000平方米，其中4～9层为酒店客房，合计为144间（48间标准双人房，96间单人房，合计192个床位），面积约6600平方米；1～3楼为商业用途（包含餐厅），面积约5500平方米。
本文结合该商业大厦酒店区域空调冷凝热与生活热水消耗计算，分析和探讨几种热水制备方式，论述中央空调冷凝热回收系统+热泵热水机组的经济效益、环境效益、社会效益。
4. 热水系统设计4.1热水温度的确定水温的标准应以55℃为标准，温度高了会对机组的运行产生不利影响；水温低了就要加大储水水箱的容积，造成初投资的浪费，本设计以55℃为基准。
4.2热水用水定额的确定查阅《建筑给水排水设计规范》（GB50015-2003）得到数据序号建筑物名称单位最高日生活用水定额（L）使用时数(h) 小时变化系数Kh1 宾馆客房每床位每日 250～400 24 2.5～2.02 旅客员工每人每日80～100 24 2.5～2.03 餐饮业中餐酒楼每顾客每次 40～60 10～12 1.5～1.2选用数据如下：宾馆客房（旅客）最高日用热水定额（每床位/每日）为320L，使用时间为24小时，小时变化系数为2.5；宾馆客房（员工）最高日用热水定额（每人/每日）为80L，使用时间为12小时，小时变化系数为2.5；餐厅为400席位，选用热水定额为20L。
小时变化系数Kh=1.5。
4.3最高设计小时耗热量和设计小时热水量的计算因为该建筑具有多个不同使用部门热水部门的综合性建筑，各部门热水由同一系统供应，根据规范，设计小时耗热量为同一时间内出现用水高峰的设计小时耗热量加上其它用水部门的平均小时耗热量。
计算公式：（1）热水系统设计小时耗热量Qh—设计小时耗热量（W）m —用水计算单位（人数或床位数）Qr：—热水用水定额C —水的比热4187（J/kg·℃）tr—热水温度，tr=55℃tl—冷水温度，tl=20℃（夏季），tl=10℃（冬季）。
ρr—热水密度（Kg/L）Kh —小时变化系统，取2.5（2）设计小时热水流量计算公式qRH—设计小时耗热量（L/h）Qh—设计小时耗热量（W）tr—热水温度，tr=55℃tl—冷水温度，tl=20℃（夏季），tl=10℃（冬季）。
热水系统每天的设计小时最大耗热量（夏季）项目小时变化系数用水计算单位热水用水定额水的比热热水温度冷水温度热水密度热量符号m Qr C tr tl ρr Qh单位L J/kg•℃℃℃Kg/L W旅客 2.5 192 320 4187 55 20 0.98 255314员工 2.5 20 80 4187 55 20 0.98 6648.801餐厅 1.2 400 40 4187 55 20 0.98 31914.24合计293877即293.8KW热水系统每天的设计小时最大耗热量（冬季）项目小时变化系数用水计算单位数热水用水定额水的比热热水温度冷水温度热水密度热量符号m Qr C tr tl ρr Qh单位L J/kg•℃℃℃Kg/L W旅客 2.5 192 320 4187 55 10 0.98 328260.8员工 2.5 20 80 4187 55 10 0.98 8548.458餐厅 1.2 400 40 4187 55 10 0.98 41032.6合计377841.9即377.8KW热水系统设计小时最大热水量设计小时耗热量热水温度冷水温度热水密度设计小时热水量Qh tr tl ρr qRHW ℃℃Kg/L L/h夏季293877 55 20 0.98 7367.02冬季377841.9 55 10 0.98 7367.02说明：夏季和冬季的设计小时热水量是一样的。
4.4每天最高总用水量q=24×qRH/Kh=24×7.367/2.5=70.7每天最大热水耗热量（夏季）Q夏天=24×QH/Kh=24×293.8/2.5=2820.48 KW每天最大热水耗热量（冬季）Q夏天=24×QH/Kh=24×377.8/2.5=3626.88 KW4.5蓄热水箱的容积计算因热回收空调加热的热水不属于即时性加热（利于节能），而是属于储热式加热，生活热水箱按规范取1.5倍的小时热水量并考虑一定的有效容积，所以V=7361.02（L/h）×1.5=11.04 ，取14的容积。
选用14吨的不锈钢保温水箱。
5.空调方案5.1负荷计算根据估算法，对本大楼夏季空调冷负荷采用95W/㎡指标，总冷负荷为1140Kw。
（结合以往工程经验比设计手册上的估算值取低）。
5.2冷源方案参考开利产品样本，1台冷源方案采用螺杆式水-水热泵机组30HXC-130A-HP2（制冷量448KW，制热量498KW）+2台螺杆式冷水机组30HXC200B（制冷量696KW），另外加采用1台涡旋风冷冷水（热泵）机组（制热量为160KW，热回收流量为27.7 /h）作为辅助热源。
方案说明如下：（1）在制冷季节4～10月，空调冷负荷变化幅度为30%～100%，也就空调机组开机负荷为342KW～1140KW ，冷凝热随着冷负荷的变化而变化的。
首先运行螺杆式水-水热泵机组，在空调负荷为总负荷30%时，也就冷负荷为342KW，冷凝热为376KW，热交换率为90%，则可以每小时提供制备热水的有效热量为338.5KW。
满足夏季热水系统每天的设计小时最大耗热量293.8KW的要求。
带热回收冷水机组在冬季作为备用。
（2）热泵热水机组在冬季运行，夏季作为备用热水系统。
按3个小时持续供热制备热水计算，热交换率为，3×27.7吨/小时×=83.1 吨（））。
满足每天最高用水量70.7 。
的要求。
（3）2台螺杆式冷水机组30HXC200B（制冷量696KW）互为备用。
（4）根据酒店模拟运行结果分析，酒店客房和餐饮在19：00 ～22：00为用水高峰期，用水高峰为3个小时。
在18：00～20：00本酒店的空调负荷也达到最大值。
本冷源方案均可以满足各工况下空调冷负荷和热水最大用量的要求。
7效益分析7.1经济效益分析中央空调冷凝热回收系统+热泵机组的COP可以达到3.6，考虑到各种因素，取综合利用率为330%。
经与其他热水设备各种方式总耗热量及运行费用的比较，见效益分析表制热方式价格理论热值综合利用率夏季热水成本(元/吨) 夏天(4-10月)热水费用(元）综合比较，冷回收机组虽然初投资比同参数机组贵20%～25%，但是采用冷回收机组+热泵热水机组制备热水，有明显的经济效益。
7.2环境效益分析酒店一般采用锅炉制备生活热水，燃料多为柴油(少数是燃煤)，由于实施空调余热回收后在夏季和秋初使用中央空调期间不需使用锅炉，不再燃烧柴油和煤，从而减少因燃油和燃煤排放的二氧化硫、氮氧化物、烟尘、一氧化碳等大气污染物和温室气体二氧化碳及废热，从而提升环境质量并减少污染治理费用，降低城市热岛效应，而且由于使用空调余热回收以后，中央空调的冷却塔风机运转时间减少、强度降低，从而降低了冷却塔风机噪声并减少水分散发( 节约冷却水) 。
7.3社会效益分析空调余热回收利用，变废为宝，不仅减少能源费用开支和污染物排放，也减少了对能源的需求，缓解了能源短缺的压力，促进资源节约型、环境友好型社会的建设。
由于污染物的减排，可以提升环境空气质量，有利于人们身体健康，减少环境污染纠纷，促进社会稳定与和谐社会的构建。
8.结论采用空调系统冷水机组热回收和热泵热水机组相结合的技术，具有显著的节能效果，以其明显的经济效益、环境效益、社会效益有广泛的应用前景。
[参考文献][1] 陆耀庆, 《实用供暖空调设计手册》[2]《公共建筑节能设计标准》GB 50189-2005[3] 陈在康、丁力行，《空调过程设计与建筑节能》，中国地理出版社，2004注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。