某五星級酒店空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計與運行的案例研究

南　林，孫文彤，姚　健，劉　靜

（1.上海新發(fā)展大酒店有限公司，上海200000；2.中船第九設(shè)計研究院工程有限公司，上海200063）

某五星級酒店空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計與運行的案例研究

南林1，孫文彤2，姚健2，劉靜2

（1.上海新發(fā)展大酒店有限公司，上海200000；2.中船第九設(shè)計研究院工程有限公司，上海200063）

由于酒店建筑能耗受其入住率、服務(wù)水平、運行維護(hù)等因素影響較大，其與其它公共建筑有很大的差別，且其能耗水平高于其它公共建筑中能耗，探討酒店建筑節(jié)能措施的與運用對于公共建筑節(jié)能有重要意義。本文以上海地區(qū)某酒店建筑為例，針對該五星級酒店的空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制，從設(shè)計、建筑運行能耗、節(jié)能手段的運行情況三個階段的相關(guān)實踐出發(fā)，總結(jié)了一些有意義的節(jié)能實踐的方法。

五星級酒店；空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能設(shè)計；實際運行能耗

0　引言

近年來，隨著生活水平的提高，新建了許多的五星級酒店，五星級酒店對室內(nèi)環(huán)境的舒適度要求高，其能耗也大。根據(jù)統(tǒng)計在五星級酒店的總耗能中空調(diào)能耗最大，約占40%～50%，其節(jié)能的空間也最大。而空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能的實現(xiàn)需要在其規(guī)劃、設(shè)計、建造、運行使用過程中，全面執(zhí)行建筑節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)和施工驗收規(guī)范，采用低能耗的設(shè)備、提高運行效率，在不降低賓館舒適度標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)下，合理利用可再生能源，降低能源消耗。

1　建筑概況

我們以上海某酒店為例，該酒店地處上海市某商務(wù)地區(qū)，建筑面積約70000m2，地下四層，地上28層。功能包括客房、餐飲、會議、娛樂及后勤等，酒店共500套客房，2010年建成，目前已開業(yè)運營5a。筆者參與了酒店的設(shè)計、建設(shè)過程項目管理、運營管理的全過程。本文主要從設(shè)計、項目管理、運行管理三個方面總結(jié)了空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能控制的實踐經(jīng)驗及方法。

圖1　建筑外觀

2　空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計過程中的節(jié)能技術(shù)運用

結(jié)合該項目實際情況，在空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計環(huán)節(jié)，主要從免費冷卻、廚房空調(diào)、客房空調(diào)溫度控制三個方面進(jìn)行了空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能方案設(shè)計。

2.1免費冷源

免費冷卻（free-cooling），是指利用室外低溫空氣直接或間接冷卻空氣，代替冷凍機(jī)組供冷，以達(dá)到節(jié)能的目的。實際工程中，一般的免費冷源有兩種形式：可變新風(fēng)比、冷卻塔免費供冷。［1］

2.1.1新風(fēng)免費冷卻技術(shù)

可變新風(fēng)比是指在夏季按照衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)要求供給室內(nèi)新風(fēng)；過渡季或者冬季，室內(nèi)還有供冷需求時，適當(dāng)提高室內(nèi)的新風(fēng)量供給，利用室內(nèi)外焓差去除室內(nèi)冷負(fù)荷。根據(jù)室外溫度（TW）及焓值（iW）的變化，新風(fēng)供給策略見表1。

表1　可變新風(fēng)比控制策略原理

以項目中的樣板酒店報告廳為例，報告廳面積為750m2，采用全空調(diào)系統(tǒng)，總設(shè)計送風(fēng)量為48000m3/h，夏季冷負(fù)荷400kW，單位冷負(fù)荷533W/m2，送風(fēng)溫度12.4℃。報告廳位于四層內(nèi)區(qū)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)負(fù)荷影響小，而其室內(nèi)發(fā)熱量大（照明、設(shè)備、人員等內(nèi)熱穩(wěn)定負(fù)荷可達(dá)150W/m2），新風(fēng)冷負(fù)荷大（達(dá)300W/m2），具備使用新風(fēng)免費冷卻的條件。參考ASHRAE90.1中新風(fēng)冷卻器的使用條件和計算方法，結(jié)合美國西北太平洋國家實驗室提出的分析理論和相關(guān)氣候變量選取，當(dāng)室外溫度在13～21℃時［2］，采用新風(fēng)制冷，結(jié)合酒店報告廳的使用習(xí)慣（使用時間段類同與商場建筑）和上海地區(qū)典型氣象數(shù)據(jù)，參考表2上海市酒店建筑的新風(fēng)冷卻溫頻表，可得全年可使用新風(fēng)免費冷卻的小時數(shù)為1212h［2］。就本例的報告廳而言，一年的節(jié)省冷量達(dá)136.35MWh。

表2　上海市酒店報告廳建筑的新風(fēng)冷卻溫頻

新風(fēng)免費冷卻技術(shù)的應(yīng)用所要額外增加的投資，主要在于設(shè)計階段風(fēng)管系統(tǒng)考慮按可變新風(fēng)考慮，同時增設(shè)一定的排風(fēng)機(jī)、排風(fēng)管（部分與回風(fēng)管共用）、增大新風(fēng)口。相比其顯著的節(jié)能效益，這些額外成本幾乎可以忽略。按照前文所述的使用策略，具體控制原理圖如圖2所示。

2.1.2冷卻塔免費供冷技術(shù)

冷卻塔免費供冷是指當(dāng)室外溫度更低時，如果將室外新風(fēng)直接引入，不利于室內(nèi)熱舒適性，此時建議采用冷卻塔免費供冷系統(tǒng)。

免費冷卻水系統(tǒng)即在室外濕球溫度較低時，利用冷卻塔提供低溫冷卻水，通過板交與空調(diào)冷凍水進(jìn)行熱交換，對系統(tǒng)提供冷量。

冷卻塔主要是采用對流和蒸發(fā)散熱，使冷卻水溫下降。

當(dāng)水溫接近濕球溫度時，散熱很慢，因此，從技術(shù)經(jīng)濟(jì)出發(fā)，冷卻后的水溫需要比空氣的濕球溫度高幾度，這稱為冷幅。一般取3～6℃。冷卻塔在相同的冷幅下，當(dāng)室外空氣溫度降低時，其冷卻能力亦有所下降，如需要保證相同的冷卻能力則需要更大的冷幅。例如過渡季冷卻水溫8/11℃，如需要保證相同的散熱冷卻能力，冷幅需要達(dá)到10～12℃。濕球溫度應(yīng)為-1.0℃。顯然，在過渡季需要保證相同冷卻能力的室外濕球溫度太低，免費冷卻塔的利用率太低。因此，在過渡季，需要減小冷幅，放大冷卻塔的冷卻能力。由于酒店的冷卻塔是按夏季工況選擇，而免費冷源設(shè)計時其室內(nèi)冷負(fù)荷遠(yuǎn)小于夏季工況，因此可以采用夏季的冷卻塔與板換搭配，來滿足免費冷源的要求。

圖2　空氣處理機(jī)控制原理圖

在樣板酒店設(shè)計中采用了2臺940RT+1臺320RT的冷水機(jī)組，免費冷源需要提供200RT的冷負(fù)荷。免費冷卻水設(shè)計時增加了1臺板換，利用320RT冷水機(jī)組對應(yīng)的冷凍水泵、冷凍水泵提供冷凍水9/13℃、冷卻水8/11℃，在室外溫度5～15℃（室外濕球溫度＞1℃）采用940RT冷水機(jī)組對應(yīng)的冷卻塔提供冷源。當(dāng)室外濕球溫度降至-1℃，可采用320RT冷水機(jī)組對應(yīng)的冷卻塔提供冷負(fù)荷。

200RT的冷負(fù)荷采用免費冷卻水系統(tǒng)可節(jié)約耗電量150kW。具體原理圖如圖3所示。

2.2廚房空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的節(jié)能

在豪華酒店中，往往設(shè)置了各種不同形式的餐廳，如中餐、日餐、三餐、職工餐廳等等，以滿足不同人群的使用要求。根據(jù)酒店管理公司的要求，廚房內(nèi)夏季要求室溫小于26℃，為了保證廚房的工作環(huán)境，需要在廚房內(nèi)配置相應(yīng)的空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)。廚房的空調(diào)通風(fēng)累計的耗電量占整個空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)的30%（不含水系統(tǒng)-冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔等），如采用直流新風(fēng)系統(tǒng)，其耗冷量可達(dá)1000W/m2，其能耗較大。因此在滿足酒店使用要求的情況下，合理的空調(diào)通風(fēng)設(shè)計可以節(jié)約大量的能耗。具體措施如下：

圖3　冷卻塔免費供冷系統(tǒng)配置圖

首先，根據(jù)廚房的功能，合理的布置排風(fēng)機(jī)、空調(diào)器。以一層的三餐廳為例，按不同的功能，設(shè)置了多臺排風(fēng)機(jī)。在開放式的廚房灶臺上設(shè)置了帶UV凈化的獨立的排油煙系統(tǒng)；洗碗間單獨設(shè)置了排風(fēng)系統(tǒng)；在精加工、粗加工、準(zhǔn)備區(qū)、備餐區(qū)設(shè)了全室通風(fēng)，同時兼作冷庫24h的值班通風(fēng)。為改善廚房的工作環(huán)境，設(shè)置了空調(diào)系統(tǒng)，在廚房辦公室設(shè)風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)、工作區(qū)設(shè)全新風(fēng)系統(tǒng)、為保證排油煙系統(tǒng)排風(fēng)順利，在廚房灶臺排風(fēng)罩入口處設(shè)了機(jī)械補(bǔ)風(fēng)。廚房灶臺油煙排風(fēng)、洗碗間排風(fēng)可根據(jù)需要僅在設(shè)備工作時才開啟，其對應(yīng)的空調(diào)送風(fēng)亦可再根據(jù)排風(fēng)系統(tǒng)的變化而調(diào)整。見附圖。

其次，采用了變頻空調(diào)、通風(fēng)系統(tǒng)。通過流體的相似定律，一臺風(fēng)機(jī)在相同的大氣壓力，輸送相同的流體（ρ相同），在轉(zhuǎn)速n1、n2的狀況下，其流量（G）、壓力（P）、功率（N）存在以下關(guān)系：

式中G1，G2—風(fēng)機(jī)所輸送的風(fēng)量，m3/h；

n1，n2—風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)速，r/min；

P1，P2—風(fēng)機(jī)所產(chǎn)生的風(fēng)壓，Pa；

N1，N2—風(fēng)機(jī)的功率，kW。

通過以上公式可以看出，電機(jī)功率與轉(zhuǎn)速成3次方關(guān)系。當(dāng)一臺額定功率5.5kW的排風(fēng)機(jī)在40HZ頻率工作時，其電機(jī)功率僅為3.0kW，相當(dāng)于60%的能耗，可節(jié)約能量40%以上。而排風(fēng)量的降低，其新風(fēng)處理的風(fēng)量亦可降低。

再次，根據(jù)廚房空調(diào)服務(wù)的區(qū)域不同，提供不同的處理溫度。如廚房空調(diào)提供送風(fēng)溫度為16～18℃，而灶臺機(jī)械補(bǔ)風(fēng)（排風(fēng)量的8%～10%）其處理的溫度夏季為28～30℃（酒店管理公司規(guī)定廚房內(nèi)不允許空調(diào)季節(jié)送入未經(jīng)冷、熱處理的新風(fēng)）。這樣，機(jī)械補(bǔ)風(fēng)僅需處理3～6℃，節(jié)約了新風(fēng)能源；同理，在冬季灶臺機(jī)械補(bǔ)風(fēng)提供的送風(fēng)溫度為12～13℃，低于室溫，高于室內(nèi)露點溫度，以防結(jié)露。

圖4　新風(fēng)處理機(jī)與廚房通風(fēng)設(shè)備機(jī)控制原理

酒店實際運行情況是：三餐廳廚房排風(fēng)機(jī)在40～45Hz工作，中餐廳廚房排風(fēng)機(jī)在35～40Hz工作，室內(nèi)保證5～10Pa的負(fù)壓。

客房是酒店最重要的部分，五星級酒店客房空調(diào)就是要提供給客人舒適宜人的環(huán)境。根據(jù)酒店管理公司的要求，客房的設(shè)計參數(shù)夏天22℃、冬天21℃［3］?？头恳话悴捎蔑L(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的空調(diào)系統(tǒng)，在客房內(nèi)設(shè)有風(fēng)機(jī)盤管恒溫器，其具有開關(guān)、冷暖、高、三速風(fēng)速控制、溫度調(diào)節(jié)等功能?？腿丝烧{(diào)節(jié)恒溫器達(dá)到個人所需的溫度要求。當(dāng)客人離開房間，不是停止空調(diào)系統(tǒng)，這樣會使房間溫度變化太大，以至于客人回到房間后需要一個很長的時間才能感到舒適；而是將溫度調(diào)整到合理的水平，這樣的控制措施可以保證客人回房后的舒適度，并最大限度降低能耗。因此在設(shè)計時增加了非使用模式的控制。

3　實際運營階段空調(diào)能耗情況

酒店自2011年運營以來，酒店管理部門對空調(diào)部分的能耗情況進(jìn)行了分類實時的記錄，有賴于設(shè)計階段的通盤考慮及運營階段的不短完善控制運營策略，空調(diào)負(fù)荷呈逐年減小的趨勢，如圖5所示。

圖中數(shù)據(jù)清楚的表明，隨著設(shè)備的不斷磨合，設(shè)備管理人員運營水平的不斷提高，空調(diào)相關(guān)能耗在逐年的降低。

4　實際運營階段節(jié)能技術(shù)使用情況

文獻(xiàn)［4］對上海市某酒店空調(diào)系統(tǒng)用電分項比例進(jìn)析，得到空調(diào)主機(jī)能耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它設(shè)備且占總空調(diào)能耗的44.2%，新風(fēng)機(jī)組次之占16.1%，冷凍泵和冷卻泵分別占12.2%和10.2%，風(fēng)柜占9.2%，冷卻塔能耗最低僅占空調(diào)總能耗的1.2%。同時參考其他地區(qū)酒店空調(diào)能好的分析，可以看出，酒店中空調(diào)系統(tǒng)能耗所占總能耗比重較大，其中主機(jī)能耗最大。對該酒店空調(diào)各項能耗進(jìn)行了分析，如圖6～圖8所示。

圖5　酒店運營期空調(diào)相關(guān)能耗變化情況（單位：kWh）

可以看出，與相關(guān)的研究結(jié)果相同，在該酒店空調(diào)的各組成部分中，冷水機(jī)組能耗占比最大，占到了空調(diào)總能耗的一半以上，故其節(jié)能潛力最大。此時，采取過渡季免費冷卻的方法可以有效地減少空調(diào)主機(jī)的能耗。該節(jié)能措施使用后空調(diào)各組成部分能耗使用情況變化如圖9所示。

圖6　2010年空調(diào)相關(guān)能耗占比

圖7　2011年空調(diào)相關(guān)能耗占比

圖8　2014年空調(diào)相關(guān)能耗占比

圖9　各年空調(diào)相關(guān)能耗變化

由圖9可以看出，隨著免費冷卻等節(jié)能措施以及人員管理手段的日漸成熟，空調(diào)各項能耗整體來說是有所降低的。而其中冷卻風(fēng)機(jī)耗有所增加，是因為采取了過渡季免費冷卻的措施，增加了冷卻塔的使用時間，從而使冷卻風(fēng)機(jī)耗電量有小幅增加。而其中鍋爐耗電量的增加則與酒店的入住率以及酒店餐廳廚房等營業(yè)額的增加息息相關(guān)。

5　結(jié)語

五星級酒店空調(diào)系統(tǒng)的節(jié)能需要從空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計、項目管理、運行管理等多方面綜合考慮。首先是空調(diào)設(shè)計中充分運用節(jié)能技術(shù)，給運行管理創(chuàng)造節(jié)能運參考文獻(xiàn)：

行的條件；其次，在項目管理中注重節(jié)能措施的落實，最后，在運行管理中根據(jù)實際工況，在保證環(huán)境舒適度的前提下，提供最佳的經(jīng)濟(jì)運行模式。

［1］陸耀慶.實用供熱空調(diào)設(shè)計手冊［M］.2版.北京：中國建筑工業(yè)出版社，2008.

［2］李魁山，等.不同類型建筑新風(fēng)免費冷卻時間的研究［J］.暖通空調(diào)，2012，42（3）.

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［5］劉芳，周孝清，陳偉青，等.廣州市酒店建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗現(xiàn)狀調(diào)查分析［J］.制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2003，29（121）：78.

修回日期：2015-06-29

華電電力科學(xué)研究院介紹

華電電力科學(xué)研究院（簡稱“華電電科院”）成立于1956年。2003年電力體制改革時歸屬于中國華電集團(tuán)公司，是國有全資的科研機(jī)構(gòu)。

歷經(jīng)幾代人50多年的積累、創(chuàng)新和發(fā)展，在發(fā)電領(lǐng)域取得了驕人成績，形成了“發(fā)電技術(shù)監(jiān)督管理與服務(wù)、發(fā)電技術(shù)研究與應(yīng)用、電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)與檢測、水利水電裝備研究與制造成套”四大業(yè)務(wù)板塊。

華電電科院建有“空調(diào)蓄能與建筑節(jié)能重點實驗室”，正在籌建國家能源局“國家能源分布式能源技術(shù)研發(fā)（實驗）中心”。華電集團(tuán)的“動力技術(shù)研究中心、煤炭質(zhì)檢計量中心”、“國家電力水電施工設(shè)備、電力金屬結(jié)構(gòu)檢測中心”掛靠我院。我院先后建立了博士后科研工作站、院士工作站、浙江大學(xué)研究生教育實踐基地等，并與浙江大學(xué)聯(lián)合培養(yǎng)碩士研究生。

華電電科院擁有兩家全資子公司和五家參股公司，是院體系開展產(chǎn)業(yè)化的平臺，主要開展技術(shù)成果的產(chǎn)業(yè)化和推廣應(yīng)用、節(jié)能降耗項目的合同能源管理等業(yè)務(wù)。

華電電科院堅持以科學(xué)發(fā)展觀為指導(dǎo)，以創(chuàng)造可持續(xù)價值發(fā)展為引領(lǐng)，以科技創(chuàng)新、服務(wù)華電為戰(zhàn)略定位、堅持以人為本、科技創(chuàng)新，秉承“自強(qiáng)求變、厚德求進(jìn)”的企業(yè)精神和“誠信、求真、和諧、創(chuàng)新”的核心價值觀，為發(fā)電企業(yè)的安全穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)高效、節(jié)能環(huán)保運行提供可持續(xù)的技術(shù)服務(wù)和創(chuàng)新支持，努力為電力行業(yè)的科學(xué)發(fā)展及技術(shù)進(jìn)步做出貢獻(xiàn)。

Case Study of Energy Saving Eesign and Operation of the Air-conditioning System in a Five-star Botel

NAN Lin1，SUN Wen-tong2，YAO Jian2，LIU Jing2
（Shanghai new Le Grand Large Hotel Co.，Ltd，Shanghai 200000，China；China Shipbuilding NDRI Engineering Co.，Ltd，Shanghai 200063，China）

As the energy consumption of a hotel building is influenced by its occupancy rate，service level，operation and maintenance and other factors，it is different from other public buildings.At the same time，hotel building energy consumption level is higher than the energy consumption of other public buildings.It has great significance to discuss the energy saving measures of hotels.In this paper，a five-star hotel building in Shanghai is taken as an example.And there are three parts in this paper：energy conservation design，building energy consumption，the operation of energy-saving means. According to its energy consumption control of air conditioning system，some significant methods of energy saving practice can be summarized.

five star hotel；energy saving design of air-conditioning system；actual operation energy consumption

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.021

TU83

B

2095-3429（2015）04-0080-05

2015-04-27

南林（1973-），男，學(xué)士學(xué)位，工程師。