北方某酒店空调冷热源和生活热水热源选择探讨

北方某酒店空调冷热源和生活热水热源选择探讨

吴昌盛

中国建筑科学研究院有限公司西北分院       陕西西安   710016

摘要：酒店建筑需要提供全年24小时舒适空调和生活热水，连续能耗巨大，选择合适冷热源，可以降低运行能耗；根据当地四季气候特点，合理的选择不同季节的冷热源，可减少装机容量，使设备处于高效阶段运行，最大化的利用可再生能源，减少运行能耗，节省运行费用，贯彻国家的节能能源政策，落实国家的碳达峰的长远目标。

关键词：太阳能  空气源热泵  冷水机组  市政供热  生活热水  可再生能源

引言：酒店建筑有其自身特点，全天候运行，全年入住率波动较大，有淡旺季，其空调和热水供应既要保证全年24小时运行，还要随季节和入住率变化来调整运行状态，夏季制冷，冬季制热，过渡季节可能制冷也可能制热，且长时间处于中低负荷运行状态，不能按常规共建选型，依据酒店上述特点，本文将对酒店建筑冷热源选择及运行进行分析设计。

一、工程概况

本酒店位于北方某城市，总建筑面积约2.5万㎡，建筑高度93米，地下2层，地上20层，一至三层为游泳池和健身房，四层以上为客房，共340间客房，定位为的高端精品酒店，按五星级相关标准设计。

二、空调冷热源和生活热水热源选择

1.设计理念

对本酒店全年负荷分布情况进行分析，评估每月的能耗情况，结合本地气候特征及自然环境，分析各种潜在的节能措施，合理选择制冷机组、风冷热泵、市政供热、太阳能等搭配方式，在不同季节，根据室外气温和当月的负荷大小，择优选择能源方案和装机容量，最大化的减少初投资，并让设备全年处于高效运行状态。

2.空调及生活热水负荷分析

本工程夏季空调设计冷负荷2736kw，冬季空调设计热负荷2484kw，生活热水负荷1100kw，根据建设方经营要求，酒店不设置锅炉房，不考虑洗衣房和厨房蒸汽。

通过分析酒店全年冷热负荷情况，根据全年负荷变化情况，以便合理的选择不同季节的冷热源系统，引用相关文献，分析本市酒店建筑负荷率分布情况如下表：

表2.1逐时负荷系数

注：此表空调负荷和热水负荷分别在其最大负荷月时统计值，为方便数据分析，入住率均100%考虑；

表2.2全年负荷系数

注：1、此表中的负荷为月平均负荷，为方便数据分析，入住率按100%考虑；

     分析上述表格，酒店建筑全年80%以上的时间在低于50%设计负荷运行，过渡季大多是在设计负荷20%左右运行，甚至更低，设备选型时需充分考虑过渡季长时间低负荷运行情况；本市市政供热时间为11月15号至次年3月15号，由于本工程不设锅炉房，非市政供热期间，需考虑空调供热热源，分析上表，过渡季最大热负荷在采暖结束前后，约为总热负荷的30%~40%，考虑酒店的入住率和同时使用系数，过渡季空调热负荷按照总热负荷30%选择即可满足使用要求，即750kw，过渡季节室外气温较高，综合考虑建设成本和运行效率，选择风冷模块热泵机组最为合适。

3.空调冷热源和热水热源选择

3.1.空调冷热源

分析表2.1，夏季最大负荷为2736kw，全天负荷最小时间为3:00，负荷系数为0.16，冷负荷约350kw，全天有一半时间负荷低于50%，经过和多个制冷主机厂家技术人员沟通，在长时间低负荷运行状态下，变频螺杆机性能优于离心机组，IPIV高，投资少，故本酒店选择两台降膜式变频螺杆机，单台制冷量1440kw，20%~100%无极调节，变频25%即可满足最低负荷，进出水温7/12℃。

冬季采用市政供热，设置两台智能板换机组，单台换热量1600kw，二次侧供水水温60/45℃。

过度季节主要考虑空调热源，分析表2.2，过渡季最高热负荷系数为0.39，热负荷约960kw，且时间较短，考虑酒店入住率，设置6台模块式风冷热泵，单台额定制冷量150kw，额定制热量155kw即可满足使用要求。

3.2.生活热水热源

冬季采用市政供热，设置两台容积式换热器，单台制热量550kw，出水温度55℃；非市政供热季节，屋顶设置两组小型模块式空气源热泵热水机组，共计12台，单台制热量38kw，出水温度55℃，热水储存于屋顶一级生活热水箱。

屋顶设置集中式太阳能热水系统，单块太阳能集热板面积2500x1500，共12块，可全年免费制取生活热水，制取热水存储于屋面二级生活水箱。

3.3.游泳池冷热源

考虑游泳池可能对外开放或外包，设置独立的冷热源，泳池和一层大堂地暖冬季采用市政供热，设一台泳池专用智能板换机组，二次侧进出水温45/35℃，换热量156kw；泳池空调、热水、除湿采用三用一体热泵热回收机组，承担全年空调运行和泳池热水。

三、冷热源运行策略和能耗分析

3.1.空调制冷优化运行策略

 夏季采用变频冷水机组运行，制冷机房按高效机房设计，选择高效制冷主机，制冷主机COP≥6.5，远高于节能规范要求，选用高效循环水泵，冷冻水泵变频，优化机房管线，制冷机房整体能效大于5.0，在满负荷和部分负荷工况下均能高效运行。

过渡季节，室外湿球温度≤10℃，可采用冷却塔免费制冷，冷却塔出水温度可达到14.5℃，仅开启一台冷却水泵即可满足制冷需求，可根据室外气温情况选择开启一台或两台冷却塔；室外日平均湿球温度≥10℃，且平均气温≤18℃时，机组长时间在20%或更低负荷下运行，选用风冷模块机组更为合适，并且可根据供回水温自动选择启动台数，经分析计算，此季节风冷热泵机组运行能效大于冷水机组机整体运行能效。

3.2.空调制热能耗分析及运行策略

   对于不同供暖方式冬季运行单价详见下表：

表3.3.1供暖运行单价

注：1、市政供热参照本地物价局公布的按流量收费标准；2、风冷热泵机组冬季能效比按3.7计算，商业电费1元/度；3、商业用气按照2.2元/立方计算。

由上表可知，冬季采用市政供热时（流量计费）最为经济，且换热站建设费用低于风冷热泵机组，市政配套费用由开发商在基建阶段缴纳，后期酒店运营时，采用市政供热最经济。

非市政供热时，热负荷较小，按过度季节选择热泵机组，装机容量小，且过渡季节室外气温比冬季高，机组制热能效高很高，选择热泵机组供热最节能。

3.3.生活热水耦合设计

3.3.1.冬季采用市政供热，过渡季节采用风冷热泵组合，机组能效比最高，机组运行情况同空调制热；夏季室外气温较高，最适合采用空气源热泵机组热水机，且太阳能热水充足，机组运行费用非常低。

3.3.2太阳能一年四季补充生活热水，产生的生活热水进入二级生活水箱，二级水箱水温大于45℃时，优先采用二级水箱供水，当二级水箱水温≤45℃时，非供暖季启动空气源热泵热水机组运行补充热水，冬季由市政换热二次热水进入三级水箱，与二级太阳能热水混合后进入一级水箱，三种热源耦合详见下图：

四、节能环保

本工程靠近自然保护区，环保要求不设锅炉房，冬季采用市政供热，节省运行能耗，按过渡季负荷选用空气源热泵和空气源热水机，充分利用室外气候特性，满足使用要求前提下，大大降低机组装机容量的同时，提高了机组能效；屋顶设置太阳能热水系统，全年免费为酒店提供热水系统。

参考文献

[1]吴婷. 上海某五星级酒店空调系统设计[J]. 建筑热能通风空调,2021,40(12):98-101+104.

[2]张太康. 基于运营实践的五星级酒店空调设计探讨[J]. 建筑热能通风空调,2021,40(04):45-50.

[3]黄璞洁,王峰,李艳霞,何耀炳,许伊那. 生活热水和空调系统综合设计的技术经济分析[J]. 给水排水,2011,47(05):57-62.