合肥地區(qū)酒店建筑冷熱源方案分析

辛玉廣

(安徽省建筑設(shè)計(jì)研究總院股份有限公司, 安徽合肥 230061)

合肥近幾年城市發(fā)展日新月異，一座座五星級(jí)酒店拔地而起，而酒店在民用建筑對(duì)舒適性、安全性等要求較高，暖通系統(tǒng)較為復(fù)雜，同時(shí)功能布置相對(duì)穩(wěn)定，根據(jù)合肥地區(qū)氣候特點(diǎn)，可以得出較為經(jīng)濟(jì)高效的、具有普遍性的冷熱源配置方案。

1 酒店的冷熱需求

酒店可分為客房區(qū)域和服務(wù)區(qū)域。不同功能區(qū)域舒適性，各個(gè)區(qū)域室內(nèi)的溫度、濕度、運(yùn)行規(guī)律，大不相同，同時(shí)隨著室外氣候的變化而變化。另外酒店需要提供24 h熱水，泳池需要提供初次供水及運(yùn)行維護(hù)的熱量，洗衣房需要提供蒸汽以及空調(diào)系統(tǒng)需要加濕。

客房、餐飲包房、KTV包房、紅酒雪茄等區(qū)域需要設(shè)置為四管制，才能到五星達(dá)評(píng)級(jí)要求，其他區(qū)域可采用兩管制系統(tǒng)[1]。大堂、多能廳、宴會(huì)廳等層高較大的區(qū)域宜設(shè)置低溫地板輻射供暖系統(tǒng)[2]。

2 酒店的運(yùn)行特點(diǎn)

酒店冷熱源的使用情況主要受到入住率的影響。合肥地區(qū)不同的五星級(jí)的酒店，受區(qū)位、品牌、經(jīng)營等方面的影響，酒店的運(yùn)行情況會(huì)很大不同。比如市中心的知名酒店，區(qū)域周圍發(fā)展成熟，品牌優(yōu)勢(shì)明顯，全年入住率都很高。而對(duì)于各個(gè)新區(qū)比如濱湖、北城、高新、新站及空港新城等區(qū)域，周邊配套尚不完善，但是按著政府規(guī)劃，開發(fā)商又必須建設(shè)并運(yùn)營五星級(jí)酒店，特別酒店建成初期，這些酒店入住率很低，但是隨著區(qū)域的發(fā)展，入住率可能會(huì)慢慢提高。所以冷熱源設(shè)計(jì)時(shí)，要對(duì)酒店特定的運(yùn)行特點(diǎn)要有所預(yù)判，不然將會(huì)導(dǎo)致運(yùn)營成本很高，使酒店經(jīng)營難以維計(jì)。

3 合肥地區(qū)的氣候特點(diǎn)

合肥地區(qū)處于夏熱冬冷地區(qū)，酒店冬季或過渡季節(jié)仍有制冷需求，特別是冬季，如果仍采用制冷機(jī)組供冷，冷卻塔供水溫度過低，會(huì)導(dǎo)致機(jī)組無法供冷，如果通過對(duì)冷卻水系統(tǒng)電加熱的方式強(qiáng)制供冷，將會(huì)帶來能源的巨大浪費(fèi)。故建議酒店設(shè)計(jì)冷卻塔免費(fèi)供冷系統(tǒng)。冷卻塔的供冷能力受到室外濕球溫度及冷卻塔循環(huán)水量的影響，而當(dāng)室外濕球溫度一定的情況下，無限增大循環(huán)水量，冷卻塔的供冷量不會(huì)相應(yīng)提高。當(dāng)室外濕球溫度達(dá)到4 ℃，冷塔進(jìn)水溫度為12 ℃時(shí)，冷塔出水溫度可達(dá)到7 ℃。當(dāng)室外濕球溫度達(dá)到9 ℃，冷塔進(jìn)水溫度為18 ℃時(shí)，冷塔出水溫度可達(dá)到13 ℃[3]。通過板式換熱器熱交換后，室外濕球溫度為4 ℃時(shí)，可以得到9～14 ℃的冷凍水。室外濕球溫度為9 ℃時(shí)，可以得到20～15 ℃的冷凍水。

圖1是根據(jù)《中國建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》提供的合肥市典型氣象(設(shè)計(jì)典型)年逐時(shí)參數(shù)報(bào)表，分析統(tǒng)計(jì)的合肥地區(qū)室外濕球溫度分布[4]。從分布圖中可以看出，合肥地區(qū)從前一年的11月21日起平均日最高濕球溫度可達(dá)到9 ℃左右，日平均濕球溫度可達(dá)到4 ℃，直到第二年的3月27日平均濕球溫度仍可達(dá)到9 ℃附近，可見合肥地區(qū)共有近120 d的時(shí)間可以通過免費(fèi)供冷的方式解決酒店供冷的問題。

圖1 合肥地區(qū)室外濕球溫度分布

4 冷熱源的設(shè)置

酒店入住率較低時(shí)，熱水需求量與空調(diào)冷負(fù)荷也較小，配置一臺(tái)熱回收式螺桿機(jī)組，避免機(jī)組的“喘振”現(xiàn)象的同時(shí)，為生活熱水預(yù)熱，可有效降低酒店低入住率時(shí)的運(yùn)營成本。熱回收螺桿機(jī)組容量控制在400 T以內(nèi)，不足部分，可以考慮均分選擇1～3臺(tái)制冷機(jī)組，均分后單臺(tái)機(jī)組400 T以下選擇螺桿機(jī)組，400 T以上選擇離心機(jī)組。

而對(duì)于入住率一直較高的酒店，冷源可以配置相同容量的機(jī)組，根據(jù)生活熱水量，確定熱回收機(jī)組臺(tái)數(shù)，總裝機(jī)臺(tái)數(shù)四臺(tái)以內(nèi)。單臺(tái)電動(dòng)機(jī)額定輸入功率大于1 200 kW應(yīng)采用高壓供電，900～1 200 kW宜采用高壓，650～900 kW可采用高壓供電，其他均采用380 V供電[5]。

合肥地區(qū)酒店能源通常以燃?xì)鉃橹?，燃油為備用，熱水熱源可選擇的范圍包括承壓鍋爐、常壓鍋爐、真空鍋爐。綜合幾種鍋爐的生產(chǎn)成本、運(yùn)維費(fèi)用、安全性，本文推薦選用常壓鍋爐作為酒店生活熱水、空調(diào)供熱以及泳池供熱的熱源。常壓鍋爐的臺(tái)數(shù)控制在2～4臺(tái)之間，每臺(tái)制熱量相同。

蒸汽源通常為蒸汽鍋爐和蒸汽發(fā)生器。蒸汽鍋爐把水加熱到一定參數(shù)并生產(chǎn)高溫蒸汽的工業(yè)鍋爐，水在鍋筒中受熱變成蒸氣，火在爐膛中發(fā)出熱量，就是蒸氣鍋爐的原理，屬于特種設(shè)備，用戶只有取得鍋爐使用證，才能使用蒸汽鍋爐。蒸汽發(fā)生器是利用燃料或其他能源的熱能把水加熱成為熱水或蒸汽的機(jī)械設(shè)備，容積必須小于30 L，不歸技術(shù)監(jiān)督部門監(jiān)管，節(jié)省了安裝、使用費(fèi)用。故酒店蒸汽推薦采用蒸汽發(fā)生器，考慮安全運(yùn)行，蒸汽發(fā)生器不少于2臺(tái)。

5 應(yīng)用案例分析

某五星級(jí)酒店位于合肥北城，預(yù)期初期投入時(shí)入住率不高，總建筑面積60 761 m2；其中，地上建筑面積55 588 m2，地下建筑面積5 173 m2，空調(diào)面積49 267 m2。該建筑負(fù)荷分布詳見表1，生活熱水負(fù)荷2 732 kW，洗衣房蒸汽用總量約2.8 t/h。

表1 酒店空調(diào)冷熱風(fēng)負(fù)荷分布表

5.1 冷熱源方案

根據(jù)本工程的能源條件，熱源以燃?xì)鉃橹?。鑒于酒店的特殊性，洗衣房必須有蒸汽供應(yīng)，故可采用的熱源方案有：

方案一：冷源及熱水熱源：選用兩臺(tái)制冷量為4 652 kW一體化直燃機(jī)溴化鋰機(jī)組；蒸汽熱源：蒸汽鍋爐選用兩臺(tái)1.5 T/h蒸汽鍋爐。

方案二：冷源：采用水冷單冷式電制冷機(jī)，2臺(tái)950RT離心機(jī)、1臺(tái)350RT螺桿機(jī)(全熱回收型)?？照{(diào)、采暖與生活熱水共用兩臺(tái)5.6 MW熱水鍋爐。蒸汽熱源：蒸汽鍋爐選用兩臺(tái)1.5 T/h蒸汽鍋爐。同時(shí)配置一套板換過渡季(冬季)免費(fèi)供冷。

5.2 初投資分析

兩臺(tái)一體化直燃機(jī)輸配系統(tǒng)約822萬元，蒸汽鍋爐約為50萬元，方案一初投資合計(jì)約872萬元。兩臺(tái)臺(tái)離心冷水機(jī)組300萬，全熱回收螺桿機(jī)組93萬，其他附屬設(shè)備333萬元，方案二總投資約為726萬元。方案二投資節(jié)省146萬元。

5.3 運(yùn)行經(jīng)濟(jì)性分析

建設(shè)區(qū)域具備管道天燃?xì)狻⑹姓娋W(wǎng)，無市政集中供熱管網(wǎng)。目前當(dāng)?shù)啬茉磧r(jià)格如下，電價(jià)：0.839 7元/kWh，天燃?xì)?商業(yè))：3.2元/m3。

5.3.1 方案一運(yùn)行費(fèi)用

夏季全負(fù)荷運(yùn)行按著30 d計(jì)算，每天12 h；一臺(tái)溴化鋰機(jī)組全負(fù)荷，按90 d計(jì)算，每天12 h；一臺(tái)溴化鋰機(jī)組全負(fù)荷+另一臺(tái)溴化鋰機(jī)組50 %負(fù)荷，按60 d計(jì)算，每天12 h。負(fù)荷系數(shù)按60 %考慮。燃?xì)赓M(fèi)用計(jì)算：211.8萬元，運(yùn)行電費(fèi)計(jì)算：5.5萬元，夏季運(yùn)行總費(fèi)用：217.3萬元。

過渡季節(jié)，僅考慮一臺(tái)溴化鋰機(jī)組運(yùn)行。按120 d考慮，每天運(yùn)行12 h；夜間部分負(fù)荷：一臺(tái)溴化鋰機(jī)組80 %負(fù)荷，運(yùn)行按180 d考慮，每天運(yùn)行12 h；一臺(tái)溴化鋰機(jī)組50 %負(fù)荷，運(yùn)行按60 d考慮，每天運(yùn)行12 h。過渡季節(jié)燃?xì)赓M(fèi)用計(jì)算：130.8萬元。運(yùn)行電費(fèi)計(jì)算11.8萬元。夏季運(yùn)行總費(fèi)用：142.6萬元

全負(fù)荷運(yùn)行按30 d計(jì)算，每天12 h；一臺(tái)溴化鋰機(jī)組全負(fù)荷按90 d計(jì)算，每天12 h；一臺(tái)臺(tái)溴化鋰機(jī)組60 %負(fù)荷，按30 d計(jì)算，每天12 h；負(fù)荷系數(shù)按著65 %考慮。冬季燃?xì)赓M(fèi)用：197.0萬元。冬季電費(fèi)計(jì)算：6.3萬元。冬季運(yùn)行費(fèi)合計(jì)：203.3萬元。

全年蒸汽鍋爐運(yùn)行費(fèi)用：兩臺(tái)蒸汽鍋爐，全負(fù)荷運(yùn)行按30 d考慮，每天運(yùn)行6 h；一臺(tái)負(fù)荷+另一臺(tái)50 %負(fù)荷，按100 d考慮，每天運(yùn)行6 h；一臺(tái)全負(fù)荷運(yùn)行，按200 d考慮，每天運(yùn)行6 h；一臺(tái)50 %負(fù)荷運(yùn)行，按30 d考慮，每天運(yùn)行6 h，運(yùn)行費(fèi)合計(jì)22.1萬元。方案一全年運(yùn)行費(fèi)：585.3萬元。

5.3.2 方案二運(yùn)行費(fèi)用

夏季全負(fù)荷運(yùn)行按60 d計(jì)算，每天12 h；兩臺(tái)離心機(jī)+一臺(tái)螺桿泵按90 d計(jì)算，每天12 h；一臺(tái)螺桿按30 d計(jì)算，每天12 h；熱回收式螺桿機(jī)組，供冷同時(shí)提供提供40 %衛(wèi)生間熱水及泳池?zé)崴?，其余部分由熱水鍋爐提供。夏季運(yùn)行電費(fèi)計(jì)算128萬元。夏季燃?xì)赓M(fèi)用：夏季生活熱水60 %由熱水鍋爐提供，運(yùn)行費(fèi)用：66.8萬元。

過渡季采用冷卻塔免費(fèi)供冷，供冷時(shí)間按24 h計(jì)算。熱回收螺桿機(jī)組按100 d考慮，運(yùn)行時(shí)間考慮16 h/d，負(fù)荷系數(shù)按52 %考慮。過渡季節(jié)電費(fèi)25.7萬元。過渡季節(jié)燃?xì)赓M(fèi)計(jì)算按著一臺(tái)常壓鍋爐180 d，每天6 h運(yùn)行計(jì)算，過渡季運(yùn)行費(fèi)用90.2萬元。

冬季全負(fù)荷運(yùn)行兩臺(tái)常壓鍋爐全負(fù)荷運(yùn)行按30 d計(jì)算，每天12 h；一臺(tái)常壓鍋爐+另一臺(tái)常壓鍋爐50 %負(fù)荷按90 d計(jì)算，每天12 h；一臺(tái)常壓鍋爐80 %負(fù)荷運(yùn)行按30 d計(jì)算，每天12 h；燃?xì)赓M(fèi)用186.7萬元。冬季電量費(fèi)用：5.1萬元。

全年蒸汽鍋爐運(yùn)行費(fèi)用與方案一相同。方案二全年運(yùn)行費(fèi)：523.8萬元。方案二年節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用61.5萬元。

6 結(jié)論

通過對(duì)酒店自身的特點(diǎn)及對(duì)合肥地區(qū)氣候的特點(diǎn)分析，可以得出該地區(qū)五星級(jí)酒店較為合理的冷熱源配置基本原則：

(1)冷卻塔免費(fèi)供冷系統(tǒng)：入住率較高的酒店，推薦按濕球溫度為4 ℃設(shè)計(jì)；初期入住率較低的酒店，推薦按濕球溫度為9 ℃設(shè)計(jì)。另外冷卻塔側(cè)建議采用冷卻水水泵兼用，以減少初投資及機(jī)房面積，若流量不匹配可以適當(dāng)降低冷卻塔側(cè)供回水溫差。

(2)冷源：入住率較高的酒店，可以配置制冷量相同的制冷機(jī)組，根據(jù)需要選擇熱回收機(jī)組；入住率較低的酒店，采用大小搭配的冷機(jī)方案，小機(jī)組采用熱回收式螺桿機(jī)機(jī)組。

(3)熱源：熱水熱源推薦采用常壓鍋爐，蒸汽熱源推薦采用蒸汽發(fā)生器。