環境污染和能源危機已成為當今社會的兩大難題,如何在享受舒適的室內空氣環境的同時付出最少的代價逐漸成為人類的共識,盡可能少地消耗能源為建筑物創造舒適環境已經成為空調的發展方向。在公共建筑的全年能耗中,大約50%～60%消耗于空調制冷與采暖系統,根據05版的《公共建筑節能設計標準》所提要求,全年采暖、通風、空調和照明的總能耗應減少50%,其中空調采暖系統分擔節能率約20%～16%。所以在暖通空調設計中必須樹立節能意識,在滿足舒適性的同時,優化系統。下面就筆者參與的一個酒店項目在設計方案確定和系統優化方面作一介紹。

1. 酒店類項目的特點

①空調用冷量和熱水供應量是相當大的。通常情況下,空調和熱水供應是由兩個獨立的冷熱源如冷水機組和燃油、氣鍋爐等來供應的。這將使得冷凝熱、CO2、SOx、NOx、粉塵等的排放量增加,從而導致能源利用效率的降低和環境的破壞,因此,在酒店、賓館、別墅等需要用生活熱水系統的項目中,如何將制冷和熱水供應綜合考慮,降低能耗和減少對環境的污染,實現空調和熱水供應的可持續發展,是系統設計中需要重點考慮的問題;

②淡季顧客稀少、旺季房間供不應求,要求供冷供暖系統具有良好的部分負荷調節性和高效性;

③功能復雜,除客房外,通常還包括餐飲、娛樂、會議、桑拿健身甚至室內恒溫泳池等高能耗的場所,空調水系統較為復雜;

④有內外區,部分區域需要全年供冷,外區則還須兼顧采暖的需求。

2. 工程概況

項目酒店臨海建筑,整個建筑物根據功能使用的要求須設置中央空調系統,要求夏季制冷,冬季和過渡季節制冷和通風為主,局部區域有制熱的情況,酒店客房24小時供應生活熱水。各部分負荷如下:酒店建筑面積38000㎡,夏季冷負荷Q冷=3555kW,全年需要提供酒店生活用熱水,生活熱水負荷Q熱=1500kW。

3. 影響空調能耗的因素

(1)外圍護結構熱工性能的優劣,根據規范要求圍護結構分擔的節能率約為總能耗的25%～13%。

(2)客房出租率和餐廳營業率,會議廳和娛樂桑拿等場所的使用率。

(3)空調冷、熱源的選擇:結合當地能源結構形式,供冷、供熱的能源不一定要全用電或降低用電,可以根據能源價格采用蒸汽、天然氣、燃油。

(4)制冷機臺數、容量的選擇:根據建筑物的構成各個單體部分的營業時間和特點、部分負荷時的用冷、用熱要求來確定制冷機臺數、容量。

(5)變頻設備的采用:相對于定頻設備,變頻技術的合理采用,折算為全年總耗電可降低2%～3%。

(6)有無采用熱回收裝置等節能措施:排風熱回收、制冷機冷凝熱的有效回收等。

(7)廚房和洗衣房的設置及使用要求

4. 主機形式的選擇

酒店項目由于空調用冷量和熱水供應量相當大,在制冷主機的選擇上首先應考慮帶熱回收功能的主機,在滿足空調使用的基礎上,回收廢熱用于生活熱水的需求,熱回收原理是在制冷原理基礎上,將向高溫環境散發的廢熱加以回收的技術,常規的方法是在制冷循環的冷卻水管路中增加一個熱回收換熱器,或在冷凝器上增加熱回收管束以及在排氣管上增加換熱器。回收的熱量一般可以用于生活熱水、工業用水加熱、空調水或風的預熱等用途。

結合本項目實際情況,由于地下室無空間,安裝高度和位置不夠,水系統管道井未預留位置,無其他輔助熱源;項目雖然靠海建設,但由于海灘為公共資源,無法利用海水作為水源,故最終確定采用風冷熱泵熱回收系統。選用風冷螺桿式冷水機組三臺,單臺額定制冷量為711kW,風冷熱回收冷水機組兩臺,單臺額定制冷量為717kW,熱回收量為917kW,冷凍水供回水溫度為7℃/12℃,冷凍水泵共六臺,五用一備,熱回收水供回水溫度為55℃/50℃,熱回收水泵共三臺,兩用一備。

5. 風冷熱回收系統優缺點分析

優點:

①自由、免費使用空氣資源,沒有容量限制,完全免受能源(如:油、天然氣)價格波動的影響,以空氣為源體,不消耗水資源,也不會對水源水質造成污染;

②省去了供熱鍋爐房、冷卻塔及附屬設備;

③明顯節能,降低生活熱水的成本;

④利用熱泵技術冬季向建筑物供暖、夏季向建筑物供冷、并可同時提供衛生熱水,大大提高了設備的綜合利用率;

⑤由于采用了熱回收技術,機組的運行狀態穩定,相較于常規風冷熱泵受環境溫度變化的影響減至最低。

缺點:

①單位冷量系統造價高于水冷系統;

②系統額定COP低于水冷系統,所以單位冷量單機年耗能(kWh/年)高于水冷系統,即運行費用偏高;

③受室外氣溫變化的影響,氣溫過熱或過冷均影響機組運行;

④機組需放在室外通風良好的地方,由于制冷量大、機組體積大、噪聲大,在對環境和建筑外觀要求較高的場所布置比較困難,如布于屋頂,還需要增設特別的減震、降噪措施。

6. 水系統設置及節能設計

由于空調負荷的不斷變化,空調設備經常是處于部分負荷狀況下工作,所以部分負荷狀況下的能耗指標更能反映空調系統的實際能耗。空調負荷往往是按最不利情況考慮的,如果不考慮相應的能量調節,很容易形成大馬拉小車,耗能指標落后的現象。從運行節能的觀點看,選擇大、小冷水機組匹配的方案要優于選擇兩臺同型號、同規格的方案。

結合本工程的特點,總冷量大,部分負荷出現的情況較多且不規律,風冷主機容量限制,屋面荷載等各種因素,最終選定三臺單冷和兩臺熱泵熱回收機組的形式。

空調設計,最主要的就是要做好熱、濕、風的平衡,因為國家提倡節能減排,相關節能設備出現了很多,怎樣合理有效的設計空調系統,發揮不同節能設備的優勢,仍需要我們相關設計人員付出更大的努力。

來源：REFRIGERATION 2010 June

作者：楊森