酒店建筑空調和熱水優化設計思考

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北京某酒店，建筑面積3.56萬m2，周邊有常年供應采暖熱水的熱力管線，采暖方式為市政熱力，生活熱水由一次網經半容積式換熱器提供，夏季空調采用電制冷方式。每年市政熱力要進行為期10天左右的檢修，檢修期間停止供應市政熱水，但酒店要求全年24小時不間斷供應熱水，需要解決熱力檢修期間的熱水供應問題。為滿足正常使用要求，提出了風冷熱泵或水冷冷機+電熱水器兩種的系統解決方案，夏季利用風冷熱泵空調制冷，檢修期間熱泵制取生活熱水；或者夏季利用水冷冷機空調，安裝多臺并聯電熱水器，解決檢修期間的生活熱水供應問題。

1負荷計算

冷負荷計算結果為空調負荷4063kW，折合到面積指標為123W/m2。對夏季的的冷負荷進行整理，統計不同冷負荷段的出現小時數和出現頻率，詳見圖1。可以看出，15%負荷率以下時間占36.6%，20%至70%負荷占61.2%，75%至100%負荷占2.2%，中低負荷的運行小時數的比例在90%以上，因此冷機臺數和容量方案將以匹配中和低負荷為主要目的。本項目生活熱水負荷為1731kW，最高日熱水量為236.86m3（60℃），平均日用水量為189.5m3（60℃），其中包括客房部分為1483kW，廚房部分熱水負荷為248kW。日平均用水量為189.5噸，檢修期10天總熱量需求110194kWh。

2夏季空調系統方案綜合比較

考慮初投資、年運行費、配電容量、維護、維修費用、占用機房面積情、主機壽命、對用熱需求的支持、制冷性能與氣候的關系等多個因素，兩種制冷方案的綜合比價如表1和表2。

3檢修期生活熱水系統方案比較

市政熱力每年檢修期為10天，時間為春秋季節，此期間酒店不需要制冷，空調冷機處于空閑狀態。考慮工程的進度問題，本項目不采用燃氣制取生活水，避免燃氣相關建設手續。采用風冷熱泵制熱工況制取生活熱水，不能與市政熱力共用管路，相應水泵流量增加30%，水泵設備選型投資略有增加。將其中一臺單冷風冷機組換成風冷熱泵機組，配電容量不需要增加，機房空間不需要增加，風冷熱泵比單冷風冷機組多投入20%，本方案初投資增加了48萬元。電費按照1元/kWh計算，每年檢修期生活熱水運行費用為3.67萬元。調研了北京同類賓館項目，針對備用期生活熱水問題，大多推薦采用小型并聯式電熱水器[1~2]，熱水器功率為100kW以下，不屬于特種設備，不需向技術監督部門報裝、檢驗，可以安裝任意合適的位置。本工程面積建設費用按照3000元/m2考慮，配電費用為600元/kW，電熱水器設備初投資210萬元，本方案初投資共計258萬元。電加熱熱水器初投資增加258萬元，比風冷熱泵方案多投入210萬元；電加熱熱水器年運行費用為11.6萬元，比風冷熱泵方案年運行費增加7.93萬元，兩種檢修期生活熱水的方案比較如表3。

4系統方案綜合比較與結論

4.1綜合經濟投入比較

綜合考慮初投資投入、運行費用、運行難度、系統衰減率、舒適性等多方面因素，推薦采用水冷中央空調系統結合電加熱熱水器制取生活熱水方案（市政熱水10天檢修期）。將中央空調與生活熱水系統綜合分析，利用全生命周期費效比概念，進行權衡分析。由于兩種方案的初投資、設備壽命以及運行費不一致，為了更為公正合理地進行經濟性分析，采用全壽命期內的費效比分析，即在全壽命期內滿足相同需求的情況下，制取相同數量的空調冷量和生活熱水所需要的費用，包括初投資（考慮電力增容、機房占地等）、運行費、維護保養。如表4所示，水冷機組與電熱水器的方案的壽命周期內費效比為1266.4元/GJ，風冷熱泵為1417.1元/GJ，在滿足相同的服務質量下，每提供一份能量后者比前者多投入12%。風冷機組方案每年的綜合投入為211萬元，水冷機組方案每年的綜合投入為189萬元，后者節省22萬元。建筑壽命內風冷機組方案總投入為10562萬元，水冷機組方案總投入為9439萬元，后者節約1123萬元。

4.2綜合運行效果比較

對風冷和水冷中央空調兩種方案進行分析，在實際運行過程中兩種方案均存在運行不當的問題。相對而言，可以得出如下結論：

1）表面看上，風冷機組集成度高，系統簡單，水冷冷水機組運行維護比風冷熱泵復雜。而目前物業管理人員水平一般，對于自控集成度較高的風冷機組，不懂得或者“不敢”去操作優化，平時僅啟停機組，遇到問題便需要廠家來解決，反而帶來了運行保養費用的升高。而水冷機組集成度低，物業管理人員可以根據天氣狀況控制冷卻塔開啟臺數，根據濕度調節冷機冷水出口水溫，這些自發的簡單的操作，便可以實現了顯著的節能效益[3~5]。

2）水冷冷水機組實際運行性能比風冷熱泵高，從實測效果來看，風冷機組的實際運行性能衰減較快，同一個項目同一時段測試發現水冷機組實際制冷效率是風冷機組的2倍；上海某辦公樓在節能改造過程中，將部分風冷機組更換為水冷機組。

3）從氣候特征來看，風冷機組更適合在南方地區采用，夏季炎熱潮濕的時段較長，而北方尤其是北京地區，夏季“桑拿天”延續時間短，夏季大部分時間處于溫度較高、但是空氣較為干燥的狀況，更適合水冷冷水機組的節能運行。

4）從項目規模來看，風冷機組適合小規模項目，風冷機組發展初期多以模塊渦旋機組為主，噪音低，近年來出現容量較大的螺桿風冷熱泵機組，應用在中等規模的項目上，額定制冷效率為3左右。水冷螺桿式機組與離心式冷機發展趨于成熟，很難找到效率更高的替代品，制冷效率至少在4.1以上。

5）從適用范圍來看，風冷機組更適合在改造項目中采用，沒有多余的機房空間、安裝空間以及吊裝孔等來安置水冷機組，從而選用風冷機組放在屋頂上。

6）由于風冷熱泵與水冷冷水機組均是中央空調的冷源，其輸配系統（冷凍水泵）和室內末端（風機盤管和新風機組）的調節方式相同，對建筑使用者而言，不存在舒適度的差異，換而言之，兩種系統服務質量相同。