基于暖通空调的酒店空调设计

基于暖通空调的酒店空调设计

1暖通空调系统的节能方案污染和可源危机已成为当今社会的两个主要问题。如何在舒适的环境条件下支付最低费用，逐渐成为人们的共识。为了创造一个舒适的环境，我们必须尽可能少地消耗能源。已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。2酒店项目的特点和项目的总结2.1空调热水系统设计的要求酒店类项目有以下特点: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。2.2成熟系统酒店客房系统项目酒店位于海南省三亚市,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38000m2,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。2.3空调冷、热源、供热系统和供热方式的节能技术(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。3需要考虑系统配合的其他方面通过对影响空调能耗因素的分析,可以看出其中前两条是需要和其他专业协调配合的,而其他几项是我们在暖通空调节能设计中需要系统考虑的。下面就通过主机形式的选择,主机数量、大小及水系统的配置、空调系统的布置、水系统的控制等几方面的分析,简述设计中水系统的比较确定。3.1热回收技术应用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。常见的热回收有以下形式:①风冷热回收;②水冷热回收;③水冷冷却水热回收;④水冷冷冻水热回收;⑤水源热泵热回收等。3.1.1保证系统的调节在常规的风冷凝器前串联一个水冷冷凝器,此时风冷冷凝器起到了一个“能量平衡器”的作用,根据制冷量和热回收量的多少,调节风扇的开启,保证系统的平衡。在夏热冬冷和夏热冬暖地区(或其他地区有全年供冷需求的场所),可以使用风冷热泵热回收机组,当冬季、过度季热水需求大于冷量需求的时候,风冷冷凝器承担一部分排冷的作用。系统原理图见图1。3.1.2热器、热回收管束以及排气水冷热回收机组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。这部分水-水热回收器的基本原理和风冷热回收机组类似,主要区别是冷凝器是靠冷却水来释放多余的热量。系统原理图见图2。3.1.3水源热泵冷水机组的建模水冷冷却水热回收实际上是在常规系统的冷却水高温段,串联叠加一组水源热泵冷水机组的方式,此种方式可以在提高热回收热水的温度的同时,基本不降低制冷机组的效率,保持系统的运行稳定。系统原理图见图3。3.1.4空调系统冷量的控制水冷冷冻水热回收系统是在常规的冷冻水系统中串接水源热泵机组,热泵吸收空调冷冻水(12℃)中的能量,使其降至8℃左右,空调系统获取有用冷量;热泵汲取的热量在热水侧释放,加热自来水,使其提高温度至设定值(>55℃),通过对热水温度的设定,控制热泵系统的运行。系统原理图见图4。3.1.5外部水源排冷水(地)源热泵热回收系统和常规的水冷热回收机组相比,主机利用地埋管或外部水源排冷或散热,土壤或外部水源起到了“能量平衡器”的作用,优点是在冬季采暖需求比较大的地区,可充分利用主机供暖,减少不必要的采暖设备投资和消耗。此系统在寒冷地区,夏热冬冷地区优势较大,系统原理图见图5。3.2适用地区和条件方案1～5从能效比、节能、初投资、运行费用、维护管理、系统管路复杂性、无制冷负荷时产热水能力、自控要求等几方面比较如表1:由于酒店通常在一年四季都有生活热水的需求,而我国地域气候差异较大,故5种方案有不同的适用地区和条件。方案1适用地区为夏热冬暖地区,在夏热冬冷地区需根据实际情况确定是否需要辅助热源,在寒冷地区和严寒地区优势不大,必须有其他稳定的辅助热源。方案2在无制冷负荷的情况下无法产生热水,在所有地区使用都必须设置辅助热源。方案3偏重于提高回收热水的温度,适用地区基本同方案1。方案4则适用与冷负荷远大于生活热水负荷的项目,冬天可开启水源热泵机组生产热水,但必须监控冷冻水系统的水温。方案5主要需确保地埋管或外部水源的稳定性,需进行较严格的冷、热、水的平衡计算。3.3方案1:基于热风热泵热回收系统设计方案1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,故最终确定采用方案1,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。3.4应用热风热泵的必要性风冷热回收的优点有以下几点: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。4系统配置和节能设计4.1空调负荷的匹配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。4.2系统调节方案设计变流量空调水系统的调节一般有以下几种方法:(1)节流调节,在供水总管上装设控制阀门,调节系统能量。(2)旁通调节,在供回水管上设旁通,通过供回水压差调节。(3)采用二次泵系统,其中,一次泵定流量,保证蒸发器水流量稳定;二次泵变流量,通过变速调节或台数调节来实现。(4)一次泵变流速调节。各系统的优缺点相关论述较多,本文不再展开。本项目最终选择旁通调节的方式。4.3冷负荷优先串联保护方案由于热回收机组的主要目的是供冷,将冷凝器的散热量回收,用于工艺水、生活水、空调水预热是次要目的。因此要获得较多的热回收量,必须有充足的冷负荷,通常机组在70%～95%的负荷范围内运行。热回收机组一般与多台单冷机组共同使用,确保足够的冷负荷提供给热回收机组。通常有三种接管方式:常规并联系统、优先并联方案和优先旁通方案。本系统由于负荷相对集中,最终选择采用常规一次泵并联系统(见图6)。4.4模型平衡分配系统水系统的平衡设计长期以来一直是制冷空调设计中比较薄弱的环节,在同程、异程、如何使用平衡阀、使用平衡阀是否导致系统阻力增加等问题上存在许多争论,其实笔者认为水系统平衡最核心的问题是合理的系统划分和管路布置,好的系统划分可以在一开始就避免大部分的平衡问题。本项目建筑为一个波浪形狭长建筑,地下室和一、二层设有餐厅、桑拿和部分会议室,三至十层为酒店客房,根据建筑的体形和功能,将水系统分为十个大支路,分别负担各功能区域,同时新风系统和空调柜机系统均由单独支路负担,避免和风机盘管系统串接,最大支路和最小支路负担的负荷差控制在30%之内。集水器连接各支路管路上设静态平衡阀,连接新风和空调柜机的几个支路,由于末端设备阻力、负荷、性质均比较接近,故采用同程连接,酒店客房由于使用时间受入住率影响较大,开启不规律,故采用竖向异程、水平同程的管路布置,并在各层水平支路上设置压差控制阀,既保证了系统的精确控制,又使得各分支路相对独立,部分运行时各系统没有相互干扰,便于水力平衡和运行管理。5热泵热回收系统的优缺点本文通过对具体的一个酒店类项目水系