海口朗廷酒店建筑節(jié)能分析

上海中環(huán)投資開發(fā)（集團(tuán)）有限公司 上海 200070

0 引言

酒店消耗的最主要能源是電力，約占總能耗的60%～80%，達(dá)120～200 kW·h/m2，高于發(fā)達(dá)國(guó)家的平均水平25%左右，是國(guó)內(nèi)城市住宅用電的10 倍以上[1,2]。電力消耗的主體是中央空調(diào)系統(tǒng)，達(dá)年總用電量的50%～60%[3]，照明系統(tǒng)次之，占25%～30%。此外生活熱水的能耗也占總能耗的15%左右?？梢娍照{(diào)、照明、生活熱水這三者累加約占酒店總能耗的90%以上，對(duì)建筑節(jié)能影響巨大， 因此有必要在這3 個(gè)方面進(jìn)行重點(diǎn)優(yōu)化。

1 項(xiàng)目簡(jiǎn)介

朗廷（The Langham）酒店起源于英國(guó)，定位為奢華白金五星級(jí)酒店，是少數(shù)幾個(gè)專業(yè)從事高端酒店運(yùn)營(yíng)的品牌之一。海口朗廷酒店（圖1）位于?？谑袊?guó)貿(mào)中心區(qū)，是海南省重點(diǎn)項(xiàng)目，建成后將成為海口市標(biāo)志性建筑。

圖1 海口朗廷酒店外觀

酒店設(shè)于超高層辦公商業(yè)綜合樓——中環(huán)國(guó)際廣場(chǎng)內(nèi)，地上39層，地下3層，1～4層為裙樓，5～39層為主樓，總建筑面積95 363.72 m2，建筑高度153.40 m。其中酒店建筑面積40 199.02 m2，分設(shè)于1、4～5及24～39層。

海南省位于夏熱冬暖地區(qū)的南區(qū)，屬亞熱帶和熱帶濕潤(rùn)季風(fēng)氣候，年平均氣溫22～26 °C。獨(dú)特的氣候特征使得建筑節(jié)能出現(xiàn)了兩難的情況：比如盡管沒有冬季供暖需求，但制冷期卻長(zhǎng)達(dá)10 個(gè)月以上；日照充分，可以利用自然光降低人工照明能耗，但圍護(hù)結(jié)構(gòu)遮陽(yáng)及熱工性能卻要求很高。因此項(xiàng)目在分析地區(qū)氣候特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，結(jié)合酒店建筑的特征，采用了一系列有針對(duì)性的建筑節(jié)能措施。

2 建筑及維護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能

2.1 建筑朝向及平面遮陽(yáng)控制

海南地區(qū)夏熱冬暖，冬季不需要供暖，對(duì)建筑體型系數(shù)及建筑朝向要求不高。然而該地區(qū)日照非常強(qiáng)烈，若朝向及體型系數(shù)控制不當(dāng)，則可能會(huì)大大增加空調(diào)熱負(fù)荷。因而本項(xiàng)目在建筑設(shè)計(jì)過程中結(jié)合周邊道路景觀特征，將建筑平面（塔樓）設(shè)計(jì)成類似三角形的形狀（圖2），體型系數(shù)僅為0.12，北向角度達(dá)到54°。在塔樓的平面布局中，電梯井、陽(yáng)臺(tái)、疏散樓梯等一些無空調(diào)負(fù)荷的空間盡量布置在南側(cè)，客房等有空調(diào)負(fù)荷的南向空間則通過低達(dá)0.16的窗墻比來控制日照負(fù)荷。東西兩側(cè)客房空間則充分利用南立面天然的自遮陽(yáng)效果，適當(dāng)提高了窗墻比，以獲得更好的自然采光降低人工照明需求。

2.2 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能

圍護(hù)結(jié)構(gòu)是自然氣候與室內(nèi)建筑環(huán)境的天然分界線，其保溫隔熱性能直接關(guān)系到建筑節(jié)能效果的優(yōu)劣。項(xiàng)目外墻主要為厚200～900 mm不等的鋼筋混凝土墻及厚180 mm蒸壓灰砂磚，通過厚50～100 mm的玻璃巖棉保溫板與之組成復(fù)合保溫墻體，最終將外墻平均傳熱系數(shù)控制在0.49 W/（m2·K）。項(xiàng)目幕墻及外窗則使用斷橋隔熱型鋁合金框及6中透光Low-E+12空氣+6透明玻璃的構(gòu)造，傳熱系數(shù)為3.2 W/（m2·K），綜合遮陽(yáng)系數(shù)為0.34左右。綠化植被在建筑節(jié)能方面也發(fā)揮著重要作用，有研究表明覆蓋了植被的建筑頂部表面溫度比瀝青低7 K，比混凝土低4.4 K[1]。項(xiàng)目在地下室頂部設(shè)置了一個(gè)約3 500 m2的水景花園，有效降低了地下室酒店后勤區(qū)的熱負(fù)荷；在4 層裙樓頂設(shè)置了約2 000 m2屋頂花園，有效降低了4 層酒店空間內(nèi)的能耗，5 層酒店空間也因喬木和涼亭的遮陽(yáng)效應(yīng)而受益良多。地下室及裙樓頂?shù)钠骄鶄鳠嵯禂?shù)控制在了0.57 W/（m2·K）以內(nèi)，遠(yuǎn)低于規(guī)范要求的K≤ 0.9 W/（m2·K）。綜合看來項(xiàng)目圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能優(yōu)異，為酒店的節(jié)能打下了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

圖2 客房標(biāo)準(zhǔn)層平面

3 中央空調(diào)智能控制節(jié)能

項(xiàng)目冷負(fù)荷為4 000 kW（103 W/m2），設(shè)螺桿式帶熱回收裝置冷水機(jī)組3 臺(tái)，每臺(tái)400 RT。酒店低區(qū)由一次泵變頻系統(tǒng)直供，通過集分水器供給不同功能區(qū)；高區(qū)于23 層避難層設(shè)換熱機(jī)組分壓，并設(shè)二次變頻泵直供。客房、餐廳包房等采用三速風(fēng)機(jī)盤管加預(yù)處理新風(fēng)系統(tǒng)，大堂、宴會(huì)廳、多功能廳等采用全空氣系統(tǒng)。項(xiàng)目中央空調(diào)節(jié)能除了設(shè)備本身變頻技術(shù)的大量應(yīng)用外，BAS（建筑設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)）和智能客房控制系統(tǒng)也發(fā)揮了重要作用，運(yùn)行得當(dāng)甚至可以將中央空調(diào)總能耗降低30%以上[4]。

BAS系統(tǒng)（圖3）除了預(yù)留冷凍機(jī)房設(shè)備群控等接口外，最主要任務(wù)是通過DDC控制箱控制設(shè)備的啟停、目標(biāo)溫度值的設(shè)定及新風(fēng)量的變化。系統(tǒng)通過各個(gè)設(shè)備上的傳感器如溫感等將信號(hào)反饋至DDC控制箱，控制箱通過總線集中器再將信號(hào)反饋至中央處理器，中央處理器對(duì)反饋數(shù)據(jù)進(jìn)行處理并發(fā)出指令，最終通過電動(dòng)閥等設(shè)備進(jìn)行水速、風(fēng)速調(diào)節(jié)，保證系統(tǒng)運(yùn)行于最佳狀態(tài)。各種控制中節(jié)能潛力最大的是新風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)負(fù)荷有時(shí)會(huì)占總負(fù)荷的40%以上[5]，BAS系統(tǒng)利用中央服務(wù)器內(nèi)嵌的程序及室外探測(cè)器反饋的數(shù)據(jù)，在室外氣溫較高時(shí)盡可能減少新風(fēng)量，在過渡季節(jié)則盡可能使用新風(fēng)甚至全新風(fēng)來解決室內(nèi)熱負(fù)荷，減少能耗。

圖3 BAS系統(tǒng)原理

智能客房控制系統(tǒng)在中央空調(diào)節(jié)能方面的應(yīng)用主要體現(xiàn)在風(fēng)機(jī)盤管上，系統(tǒng)通過智能門鎖及紅外探測(cè)器提供的信號(hào)綜合判斷客人是否離開，據(jù)此將風(fēng)機(jī)盤管調(diào)整至合適的狀態(tài)，可以很好的解決空調(diào)空轉(zhuǎn)問題，有效降低了能耗。

4 智能照明節(jié)能

高星級(jí)酒店往往需要布置大量精美的燈具，取得美觀效果的同時(shí)也消耗了大量的電力，而合理的控制技術(shù)可以大大減少不必要的照明。項(xiàng)目采取了智能控制與傳統(tǒng)就地控制相結(jié)合的方式，對(duì)公共區(qū)域、室外泛光照明、客房等空間采用智能照明系統(tǒng)，對(duì)辦公室、設(shè)備房、廚房、地下室等缺乏變化且有相關(guān)值班人員的區(qū)域則采取傳統(tǒng)的就地控制方式。在酒店大堂等公共空間，項(xiàng)目采用了基于總線型的控制系統(tǒng)，通過智能調(diào)光模塊、智能控制面板、照度感應(yīng)器將所有燈具納入系統(tǒng)，并接入BA系統(tǒng)平臺(tái)，以預(yù)先編程控制方式為主，搭配出多種燈光組合，根據(jù)不同空間的特性和不同時(shí)間段的照明需求，通過時(shí)鐘控制實(shí)現(xiàn)區(qū)域照明的自動(dòng)運(yùn)行。在客房?jī)?nèi)，項(xiàng)目則采用了智能多線控制方式，通過RCU控制箱中的燈光控制模塊，預(yù)先設(shè)定溫馨、普通、明亮、關(guān)閉這4 個(gè)控制組合，對(duì)各個(gè)燈具進(jìn)行綜合控制，并仍然保留每個(gè)燈具如燈帶、筒燈、吊燈、夜燈、閱讀燈等各自獨(dú)立的控制開關(guān)，方便客人自主選擇。

5 生活熱水節(jié)能

生活熱水的能耗約占酒店總能耗的15%左右，受制于地區(qū)間的氣候差異，大多數(shù)酒店建筑仍采用燃油或燃?xì)忮仩t等傳統(tǒng)方式進(jìn)行熱水供應(yīng)。然而在海南省生活熱水恰恰是最具節(jié)能潛力的一個(gè)方面，項(xiàng)目?jī)H使用冷凝水熱回收及太陽(yáng)能這2 項(xiàng)技術(shù)就幾乎覆蓋了生活熱水的能源需求。

5.1 冷凝水熱回收[6-8]

冷水機(jī)組通過壓縮機(jī)、蒸發(fā)器、冷凝器之間不斷的卡諾循環(huán)將室內(nèi)的氣溫降低，同時(shí)也將大量的熱量排出，如果不加以利用，不但浪費(fèi)了這部分熱量，而且也會(huì)對(duì)冷卻塔的周邊環(huán)境造成熱污染。項(xiàng)目利用海南制冷周期長(zhǎng)（達(dá)10～11個(gè)月）的特點(diǎn)，選擇了冷凝水熱回收技術(shù)來滿足酒店低區(qū)生活熱水的制熱。

酒店B3層～1層、4～5層集中了后勤區(qū)及餐廳等空間，這些區(qū)域的日用水量為104.94 m3，最大時(shí)用水量為13.5 m3，最大時(shí)耗熱量為706.4 kW，約占空調(diào)總制冷量的17.66%。為減少對(duì)冷水機(jī)組COP的影響，項(xiàng)目采用了冷凝熱部分回收的系統(tǒng)形式（圖4）。熱水回收溫度為55 °C，直接用于后勤生活熱水系統(tǒng)，回收熱不足時(shí)使用熱水鍋爐通過容積式換熱器加熱。同時(shí)為避免中央空調(diào)在低負(fù)荷狀態(tài)下冷水機(jī)組無法輪換運(yùn)行，酒店的3 臺(tái)冷水機(jī)組全部具備了熱回收功能。此外還選用了2 臺(tái)12 m3的熱水蓄水罐，為最大時(shí)用水量的1.8 倍，能夠儲(chǔ)存足夠的熱水以減少鍋爐的啟動(dòng)。得益于這些措施，在?？陂L(zhǎng)達(dá)10個(gè)月以上的制冷期間，酒店幾乎不需要啟動(dòng)低區(qū)熱水鍋爐，大大降低了熱水能耗。

圖4 冷水機(jī)組熱回收原理

5.2 太陽(yáng)能熱水

海口年平均太陽(yáng)輻照量達(dá)到12.912 MJ/（m2·d），全年約260 個(gè)晴天，日照條件優(yōu)異。項(xiàng)目便選擇利用太陽(yáng)能來解決高區(qū)生活熱水需求。酒店24～39層日用水量為110 m3，最大時(shí)用水量為13.3 m3，最大時(shí)耗熱量為695.25 kW。屋頂可布置太陽(yáng)能集熱器約450 m2，按市政供水20°C計(jì)算，制熱至60°C，每小時(shí)可以制熱32 t水，約為最大用水量的2.4 倍。綜合考慮太陽(yáng)能制熱能力、系統(tǒng)水力平衡及客房全天候的熱水需求，項(xiàng)目將24～39層分成了3 個(gè)區(qū)——24～28層、29～33層、34～39層，前2 個(gè)區(qū)以太陽(yáng)能供熱為主鍋爐為輔，另外1 個(gè)區(qū)使用全鍋爐供熱。項(xiàng)目選擇了基于真空管集熱器的“集中集熱-集中貯熱太陽(yáng)能熱水系統(tǒng)”（圖5）。集熱器在屋面集中放置，在設(shè)備間配置內(nèi)置換熱器的貯水罐，通過循環(huán)泵不斷將熱媒中的能量輸送至貯水罐進(jìn)行換熱，當(dāng)太陽(yáng)光照不足時(shí)，啟用熱水鍋爐輔助加熱，滿足客房24 h使用的需求。

6 結(jié)語(yǔ)

?？诶释⒕频甑慕ㄖ?jié)能充分考慮了海南本地的氣候特征，通過精心設(shè)計(jì)的建筑朝向平面布局及優(yōu)異的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能，有效降低了日照對(duì)空調(diào)能耗的影響；采取了冷凝水熱回收與太陽(yáng)能熱水相結(jié)合的方式大大減少了生活熱水能耗；并使用了先進(jìn)的智能控制技術(shù)管理空調(diào)及照明系統(tǒng)，有效降低了酒店的電力能耗。從理論上講這些建筑節(jié)能技術(shù)也許是合理的，然而這些技術(shù)往往會(huì)導(dǎo)致復(fù)雜的控制系統(tǒng)，最終的節(jié)能效果尚需實(shí)踐來檢驗(yàn)。