合肥市某酒店空調(diào)系統(tǒng)能耗分析與節(jié)能改造

張璐 ，祝健

（合肥工業(yè)大學(xué)土木與水利工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

0 前言

隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和人們生活水平的提高，人們對室內(nèi)環(huán)境舒適度的追求也越來越高。酒店作為服務(wù)行業(yè)，為營造更好的室內(nèi)環(huán)境，其能耗也在不斷增加。據(jù)有關(guān)調(diào)查，我國大部分酒店能耗費(fèi)用已達(dá)營業(yè)額的8%～15%，而國際上一些節(jié)能酒店僅有6%～8%[1]。由此可見，我國酒店空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能具有很大的潛力。

國內(nèi)一些學(xué)者對酒店全年建筑能耗統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)空調(diào)系統(tǒng)能耗占建筑總能耗的主體[2-4]。因此，降低空調(diào)系統(tǒng)能耗是實(shí)現(xiàn)酒店節(jié)能的關(guān)鍵。文獻(xiàn)[5]通過對深圳市酒店類建筑空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)研，發(fā)現(xiàn)深圳市大部分酒店未設(shè)置自動(dòng)控制系統(tǒng)。文獻(xiàn)[6]為減小酒店空調(diào)負(fù)荷，提出了變頻技術(shù)、新風(fēng)節(jié)能、熱回收技術(shù)等節(jié)能措施。文獻(xiàn)[7]中分析了酒店建筑設(shè)計(jì)的8個(gè)因素與負(fù)荷之間的關(guān)系，為如何減小酒店負(fù)荷及節(jié)能改造提供了依據(jù)。本文以合肥某酒店為例，對該酒店全年的能源使用情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，指出酒店能耗存在的問題。依據(jù)對該酒店空調(diào)系統(tǒng)的測試結(jié)果，提出相應(yīng)的節(jié)能措施。

1 酒店及其空調(diào)系統(tǒng)概況

該酒店位于合肥市肥西縣，建筑面積2.8×104m2。酒店擁有220間酒店客房，8間面積不等的會(huì)議室，以及可容納400人的宴會(huì)廳。酒店建筑地下1層，地上20層。該酒店于2011年完工，圍護(hù)結(jié)構(gòu)滿足公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。

酒店空調(diào)冷源選用2臺(tái)制冷量為1 758 kW的離心式冷水機(jī)組，其功率為315.4 kW，冷卻塔選用2臺(tái)循環(huán)水量為450 m3/h的圓形逆流式冷卻塔，其功率為15 kW；熱源選用2臺(tái)產(chǎn)熱量為1 600 kW的燃?xì)鉄崴仩t集中供熱，其功率為5.5 kW。

酒店不同用途房間采用空調(diào)系統(tǒng)不同，對于面積較小且用途變化較小的房間，如客房采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)，對于面積較大區(qū)域，如酒店宴會(huì)廳則采用全空氣系統(tǒng)。空調(diào)水系統(tǒng)采用水平同程式，末端均為兩管制。冷水機(jī)組和鍋爐依據(jù)酒店用冷需求確定開啟數(shù)量，對應(yīng)的冷卻塔及水泵與其匹配運(yùn)行，其中水泵為兩用一備?？照{(diào)系統(tǒng)相關(guān)水泵主要參數(shù)見表1所列。

空調(diào)系統(tǒng)相關(guān)水泵主要參數(shù) 表1

2 酒店能耗分析

2.1 建筑能耗分析

酒店2015年、2016年各月總耗電量、鍋爐耗燃?xì)饬糠謩e如圖1、圖2所示。根據(jù)圖1可以看出，4～6月份耗電量較接近且均高于3月份，因?yàn)榫频昱R近三河古鎮(zhèn)，這幾個(gè)月為旅游旺季，酒店入住率較高；7～9月份室外溫度的升高及室內(nèi)熱、濕負(fù)荷的增大，酒店開始集中供冷，該段時(shí)間內(nèi)酒店耗電量上升，8月份達(dá)到最大；10月因受國慶長假的影響，酒店入住率較高，照明、其他設(shè)備用電量增加，耗電量相對較高；11月份，隨著室外氣溫下降，該月耗電量也進(jìn)一步降低，但耗氣量增加。1～3月份和11～12月份，酒店開始供暖，熱水鍋爐消耗的燃?xì)饬縿≡?見圖2全年各月耗氣量圖。2015年4～6月份及8～9月份酒店耗氣量較小，期間鍋爐僅需提供酒店所需的生活熱水，耗氣量較為平穩(wěn)，7月份和10月份受入住率影響，酒店生活熱水需求量大，其耗燃?xì)饬坑兴仙?/p>

圖1 各月耗電量

對比圖1和圖2可知，1～3月份和12月份為供熱的高峰期，酒店的用電量相比3月份和11月份有所增加，卻低于7～9月份空調(diào)系統(tǒng)耗電量，說明酒店建筑總電耗中空調(diào)系統(tǒng)電耗占主要部分。

圖2 各月耗氣量

該酒店建筑用能以電能及天然氣為主，電能主要用于空調(diào)設(shè)備、動(dòng)力、照明及其他用電設(shè)備，而天然氣主要用于冬季采暖、生活熱水和炊事。將天燃?xì)庹鬯銥榈刃щ姡ㄌ烊粴馊?.148 kW·h/m3），得出該酒店2015年單位建筑面積能耗為 229.4 kW·h/(m2·a），2016年單位建筑面積能耗為210.6 kW·h/(m2·a）。住建部節(jié)能中心與天津大學(xué)環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院[8]對重慶市14家酒店進(jìn)行調(diào)研，得出重慶市酒店類建筑單位建筑面積折算總能耗 63～235 kW·h/(m2·a）之間，平均值為118 kW·h/(m2·a）；上海市建筑科學(xué)研究院有限公司與同濟(jì)大學(xué)綠色建筑與新能源研究中心[9]對上海大型公共建筑進(jìn)行能耗統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)賓館酒店建筑單位面積能耗在 147.8～347.9 kW·h/(m2·a）之間,平均值為 169.3 kW·h/(m2·a）。與以上調(diào)研數(shù)據(jù)相比，同處夏熱冬冷熱工區(qū)域的該酒店能耗數(shù)據(jù)明顯偏高。

2.2 空調(diào)系統(tǒng)能耗分析

根據(jù)酒店全年用能數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，該酒店空調(diào)用電量占總用電量的50%，其中酒店冷水機(jī)組用電量所占比例最大，酒店空調(diào)相關(guān)設(shè)備用電量占比如圖3所示。從圖中可以看出，冷水機(jī)組、末端、冷卻水泵、冷凍水泵及冷卻塔用電量分別占空調(diào)系統(tǒng)總用電量的54%、21%、10%、8%、2%。

圖3 空調(diào)系統(tǒng)各項(xiàng)用電量占比

3 空調(diào)系統(tǒng)測試

經(jīng)現(xiàn)場調(diào)研，酒店冷水機(jī)組平時(shí)僅開啟1臺(tái)，夏季極端天氣時(shí)開啟2臺(tái)。為了能夠?qū)频昕照{(diào)系統(tǒng)所存在的問題有更清晰地認(rèn)識，筆者對該空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行測試。選擇在2017年7月對空調(diào)水系統(tǒng)進(jìn)行測試，測試結(jié)果如圖4所示。

圖4 空調(diào)供回水溫差

從圖4可以看出，冷凍水供回水溫差平均2～3℃，溫差最大值不超過4℃；冷卻水系統(tǒng)回水溫差平均值約為2℃，溫差最大值不超過4℃。酒店空調(diào)水系統(tǒng)存在典型的“小溫差、大流量”現(xiàn)象。測試數(shù)據(jù)顯示冷卻水泵的揚(yáng)程僅為25 m,實(shí)際運(yùn)行效率為49%，設(shè)計(jì)時(shí)選用的冷卻泵揚(yáng)程為32 m，揚(yáng)程偏差較大。

4 酒店節(jié)能改造措施

4.1 冷熱源及輸配

系統(tǒng)經(jīng)現(xiàn)場實(shí)測發(fā)現(xiàn)，冷熱源現(xiàn)狀已與原運(yùn)行策略發(fā)生偏離。此次改造首先針對水力失調(diào)問題，空調(diào)水系統(tǒng)增設(shè)平衡閥及電動(dòng)控制閥。針對冷卻水泵選型偏大問題，依據(jù)測試結(jié)果更換冷卻水泵，其流量370 m3/h，功率55 kW，并對冷凍水泵及熱水泵增設(shè)變頻器。

4.2 自動(dòng)控制系統(tǒng)

酒店的空調(diào)負(fù)荷受季節(jié)及入住率的影響大，負(fù)荷波動(dòng)大。冷水機(jī)組及水泵采取群控模式，當(dāng)空調(diào)負(fù)荷發(fā)生變化時(shí)，根據(jù)實(shí)際負(fù)荷控制機(jī)組及水泵開啟的數(shù)量。在系統(tǒng)供回水干管上設(shè)置溫度傳感器，水泵出口處設(shè)置流量計(jì)，最不利環(huán)路末端設(shè)置壓力傳感器，通過這些裝置分別用以檢測系統(tǒng)的實(shí)際負(fù)荷、水流量及壓力。此外，還需設(shè)定系統(tǒng)正常工作時(shí)的溫差，給定系統(tǒng)允許的溫差范圍，可以在自制終端調(diào)節(jié)系統(tǒng)運(yùn)行所需的溫差。設(shè)置的自控系統(tǒng)可避免運(yùn)行管理人員憑經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行手動(dòng)調(diào)節(jié)帶來的弊端，使酒店空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行管理更加方便、合理。

5 效益分析

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

5.1.1 初投資

系統(tǒng)自控、變頻改造及控制平臺(tái)建設(shè)增加35萬元，輸配系統(tǒng)改造增加3萬元，系統(tǒng)節(jié)能優(yōu)化及調(diào)試增加15萬元，空調(diào)系統(tǒng)檢測維護(hù)增加5萬元，其它費(fèi)用2萬元，總計(jì)增加60萬元。酒店改造配置清單見表2所列。

酒店改造配置清單 表2

5.1.2 冷熱源及輸配系統(tǒng)

酒店區(qū)域冬、夏季空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行分別按每年120d、135d計(jì)算，每天開機(jī)時(shí)間均為24h。因此，冬季運(yùn)行時(shí)間：1×120×24=2880 h/a，夏季運(yùn)行時(shí)間1×135×24=3240 h/a。電采用分時(shí)計(jì)量方式：峰時(shí)平均1.2858元 /kW·h，谷時(shí)平均 0.5287元/kW·h，平時(shí)平均0.8512元/kW·h，所列表中均以平均電價(jià)0.8512元/kW·h計(jì)算，天然氣單價(jià)取3.3元/m3。輸配系統(tǒng)改造前后經(jīng)濟(jì)分析見表3所列。

輸配系統(tǒng)改造前后經(jīng)濟(jì)分析 表3

從表中可知，改造后節(jié)電量11 kW/h，節(jié)約天然氣3.1 m3/h；水系統(tǒng)優(yōu)化后每年總節(jié)能16.8萬元。冷熱源系統(tǒng)運(yùn)行策略優(yōu)化后輸配系統(tǒng)節(jié)能約為10%。改造后冷熱源部分每年共節(jié)約8.4萬元。

5.2 經(jīng)濟(jì)性評價(jià)

經(jīng)濟(jì)性評價(jià)方法一般分為靜態(tài)評價(jià)和動(dòng)態(tài)評價(jià)方法。在對項(xiàng)目進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性評價(jià)過程中，動(dòng)態(tài)評價(jià)方法考慮了時(shí)間對資金的影響，提高了項(xiàng)目投資回收期的精確性和決策的正確性。

投資回收期的計(jì)算公式為：

其中，Pt’為動(dòng)態(tài)投資回收期；（CI-CO）t為第 t年的凈現(xiàn)金流量；I為標(biāo)準(zhǔn)收益率，本項(xiàng)目取12%；T為時(shí)間。

求解方程（1）所得Pt’即為動(dòng)態(tài)投資回收期。

由于方程（1）求解過程較為復(fù)雜，在實(shí)際工程應(yīng)用中存在一定的難度。因此，可采用近似的方法來求解動(dòng)態(tài)投資回收期，其計(jì)算公式為：

經(jīng)統(tǒng)計(jì)，酒店改造初投資共計(jì)60萬元，本項(xiàng)目計(jì)劃投資回收期不超過4年，其項(xiàng)目投資現(xiàn)金流量見表4所列。

表4

根據(jù)公式（2）求得，動(dòng)態(tài)投資回收期為2.75年。該項(xiàng)目動(dòng)態(tài)投資回收期小于計(jì)劃投資回收期，此項(xiàng)目可行。

6 結(jié)語

通過對該酒店空調(diào)系統(tǒng)全年運(yùn)行能耗的分析，發(fā)現(xiàn)該酒店單位建筑面積能耗偏高。對酒店空調(diào)統(tǒng)進(jìn)行測試，發(fā)現(xiàn)冷熱源運(yùn)行策略發(fā)生偏離、水力失調(diào)嚴(yán)重、缺少自動(dòng)控制等問題，依此提出相應(yīng)的改造措施。經(jīng)分析，這些措施是可行的，且在經(jīng)濟(jì)效益上是明顯的。這些建議可為酒店空調(diào)系統(tǒng)節(jié)能改造提供參考。