环境污染和能源危机已成为当今社会的两大难题,如何在享受舒适的室内空气环境的同时付出最少的代价逐渐成为人类的共识,尽可能少地消耗能源为建筑物创造舒适环境已经成为空调的发展方向。在公共建筑的全年能耗中,大约50%～60%消耗于空调制冷与采暖系统,根据05版的《公共建筑节能设计标准》所提要求,全年采暖、通风、空调和照明的总能耗应减少50%,其中空调采暖系统分担节能率约20%～16%。所以在暖通空调设计中必须树立节能意识,在满足舒适性的同时,优化系统。下面就笔者参与的一个酒店项目在设计方案确定和系统优化方面作一介绍。

1. 酒店类项目的特点

①空调用冷量和热水供应量是相当大的。通常情况下,空调和热水供应是由两个独立的冷热源如冷水机组和燃油、气锅炉等来供应的。这将使得冷凝热、CO2、SOx、NOx、粉尘等的排放量增加,从而导致能源利用效率的降低和环境的破坏,因此,在酒店、宾馆、别墅等需要用生活热水系统的项目中,如何将制冷和热水供应综合考虑,降低能耗和减少对环境的污染,实现空调和热水供应的可持续发展,是系统设计中需要重点考虑的问题;

②淡季顾客稀少、旺季房间供不应求,要求供冷供暖系统具有良好的部分负荷调节性和高效性;

③功能复杂,除客房外,通常还包括餐饮、娱乐、会议、桑拿健身甚至室内恒温泳池等高能耗的场所,空调水系统较为复杂;

④有内外区,部分区域需要全年供冷,外区则还须兼顾采暖的需求。

2. 工程概况

项目酒店临海建筑,整个建筑物根据功能使用的要求须设置中央空调系统,要求夏季制冷,冬季和过渡季节制冷和通风为主,局部区域有制热的情况,酒店客房24小时供应生活热水。各部分负荷如下:酒店建筑面积38000㎡,夏季冷负荷Q冷=3555kW,全年需要提供酒店生活用热水,生活热水负荷Q热=1500kW。

3. 影响空调能耗的因素

(1)外围护结构热工性能的优劣,根据规范要求围护结构分担的节能率约为总能耗的25%～13%。

(2)客房出租率和餐厅营业率,会议厅和娱乐桑拿等场所的使用率。

(3)空调冷、热源的选择:结合当地能源结构形式,供冷、供热的能源不一定要全用电或降低用电,可以根据能源价格采用蒸汽、天然气、燃油。

(4)制冷机台数、容量的选择:根据建筑物的构成各个单体部分的营业时间和特点、部分负荷时的用冷、用热要求来确定制冷机台数、容量。

(5)变频设备的采用:相对于定频设备,变频技术的合理采用,折算为全年总耗电可降低2%～3%。

(6)有无采用热回收装置等节能措施:排风热回收、制冷机冷凝热的有效回收等。

(7)厨房和洗衣房的设置及使用要求

4. 主机形式的选择

酒店项目由于空调用冷量和热水供应量相当大,在制冷主机的选择上首先应考虑带热回收功能的主机,在满足空调使用的基础上,回收废热用于生活热水的需求,热回收原理是在制冷原理基础上,将向高温环境散发的废热加以回收的技术,常规的方法是在制冷循环的冷却水管路中增加一个热回收换热器,或在冷凝器上增加热回收管束以及在排气管上增加换热器。回收的热量一般可以用于生活热水、工业用水加热、空调水或风的预热等用途。

结合本项目实际情况,由于地下室无空间,安装高度和位置不够,水系统管道井未预留位置,无其他辅助热源;项目虽然靠海建设,但由于海滩为公共资源,无法利用海水作为水源,故最终确定采用风冷热泵热回收系统。选用风冷螺杆式冷水机组三台,单台额定制冷量为711kW,风冷热回收冷水机组两台,单台额定制冷量为717kW,热回收量为917kW,冷冻水供回水温度为7℃/12℃,冷冻水泵共六台,五用一备,热回收水供回水温度为55℃/50℃,热回收水泵共三台,两用一备。

5. 风冷热回收系统优缺点分析

优点:

①自由、免费使用空气资源,没有容量限制,完全免受能源(如:油、天然气)价格波动的影响,以空气为源体,不消耗水资源,也不会对水源水质造成污染;

②省去了供热锅炉房、冷却塔及附属设备;

③明显节能,降低生活热水的成本;

④利用热泵技术冬季向建筑物供暖、夏季向建筑物供冷、并可同时提供卫生热水,大大提高了设备的综合利用率;

⑤由于采用了热回收技术,机组的运行状态稳定,相较于常规风冷热泵受环境温度变化的影响减至最低。

缺点:

①单位冷量系统造价高于水冷系统;

②系统额定COP低于水冷系统,所以单位冷量单机年耗能(kWh/年)高于水冷系统,即运行费用偏高;

③受室外气温变化的影响,气温过热或过冷均影响机组运行;

④机组需放在室外通风良好的地方,由于制冷量大、机组体积大、噪声大,在对环境和建筑外观要求较高的场所布置比较困难,如布于屋顶,还需要增设特别的减震、降噪措施。

6. 水系统设置及节能设计

由于空调负荷的不断变化,空调设备经常是处于部分负荷状况下工作,所以部分负荷状况下的能耗指标更能反映空调系统的实际能耗。空调负荷往往是按最不利情况考虑的,如果不考虑相应的能量调节,很容易形成大马拉小车,耗能指标落后的现象。从运行节能的观点看,选择大、小冷水机组匹配的方案要优于选择两台同型号、同规格的方案。

结合本工程的特点,总冷量大,部分负荷出现的情况较多且不规律,风冷主机容量限制,屋面荷载等各种因素,最终选定三台单冷和两台热泵热回收机组的形式。

空调设计,最主要的就是要做好热、湿、风的平衡,因为国家提倡节能减排,相关节能设备出现了很多,怎样合理有效的设计空调系统,发挥不同节能设备的优势,仍需要我们相关设计人员付出更大的努力。

来源：REFRIGERATION 2010 June

作者：杨森