某五星級酒店空調系統節能設計與運行的案例研究

南　林，孫文彤，姚　健，劉　靜

（1.上海新發展大酒店有限公司，上海200000；2.中船第九設計研究院工程有限公司，上海200063）

某五星級酒店空調系統節能設計與運行的案例研究

南林1，孫文彤2，姚健2，劉靜2

（1.上海新發展大酒店有限公司，上海200000；2.中船第九設計研究院工程有限公司，上海200063）

由于酒店建筑能耗受其入住率、服務水平、運行維護等因素影響較大，其與其它公共建筑有很大的差別，且其能耗水平高于其它公共建筑中能耗，探討酒店建筑節能措施的與運用對于公共建筑節能有重要意義。本文以上海地區某酒店建筑為例，針對該五星級酒店的空調系統節能控制，從設計、建筑運行能耗、節能手段的運行情況三個階段的相關實踐出發，總結了一些有意義的節能實踐的方法。

五星級酒店；空調系統節能設計；實際運行能耗

0　引言

近年來，隨著生活水平的提高，新建了許多的五星級酒店，五星級酒店對室內環境的舒適度要求高，其能耗也大。根據統計在五星級酒店的總耗能中空調能耗最大，約占40%～50%，其節能的空間也最大。而空調系統節能的實現需要在其規劃、設計、建造、運行使用過程中，全面執行建筑節能標準和施工驗收規范，采用低能耗的設備、提高運行效率，在不降低賓館舒適度標準的基礎下，合理利用可再生能源，降低能源消耗。

1　建筑概況

我們以上海某酒店為例，該酒店地處上海市某商務地區，建筑面積約70000m2，地下四層，地上28層。功能包括客房、餐飲、會議、娛樂及后勤等，酒店共500套客房，2010年建成，目前已開業運營5a。筆者參與了酒店的設計、建設過程項目管理、運營管理的全過程。本文主要從設計、項目管理、運行管理三個方面總結了空調系統節能控制的實踐經驗及方法。

圖1　建筑外觀

2　空調系統設計過程中的節能技術運用

結合該項目實際情況，在空調系統設計環節，主要從免費冷卻、廚房空調、客房空調溫度控制三個方面進行了空調系統節能方案設計。

2.1免費冷源

免費冷卻（free-cooling），是指利用室外低溫空氣直接或間接冷卻空氣，代替冷凍機組供冷，以達到節能的目的。實際工程中，一般的免費冷源有兩種形式：可變新風比、冷卻塔免費供冷。［1］

2.1.1新風免費冷卻技術

可變新風比是指在夏季按照衛生標準要求供給室內新風；過渡季或者冬季，室內還有供冷需求時，適當提高室內的新風量供給，利用室內外焓差去除室內冷負荷。根據室外溫度（TW）及焓值（iW）的變化，新風供給策略見表1。

表1　可變新風比控制策略原理

以項目中的樣板酒店報告廳為例，報告廳面積為750m2，采用全空調系統，總設計送風量為48000m3/h，夏季冷負荷400kW，單位冷負荷533W/m2，送風溫度12.4℃。報告廳位于四層內區，圍護結構負荷影響小，而其室內發熱量大（照明、設備、人員等內熱穩定負荷可達150W/m2），新風冷負荷大（達300W/m2），具備使用新風免費冷卻的條件。參考ASHRAE90.1中新風冷卻器的使用條件和計算方法，結合美國西北太平洋國家實驗室提出的分析理論和相關氣候變量選取，當室外溫度在13～21℃時［2］，采用新風制冷，結合酒店報告廳的使用習慣（使用時間段類同與商場建筑）和上海地區典型氣象數據，參考表2上海市酒店建筑的新風冷卻溫頻表，可得全年可使用新風免費冷卻的小時數為1212h［2］。就本例的報告廳而言，一年的節省冷量達136.35MWh。

表2　上海市酒店報告廳建筑的新風冷卻溫頻

新風免費冷卻技術的應用所要額外增加的投資，主要在于設計階段風管系統考慮按可變新風考慮，同時增設一定的排風機、排風管（部分與回風管共用）、增大新風口。相比其顯著的節能效益，這些額外成本幾乎可以忽略。按照前文所述的使用策略，具體控制原理圖如圖2所示。

2.1.2冷卻塔免費供冷技術

冷卻塔免費供冷是指當室外溫度更低時，如果將室外新風直接引入，不利于室內熱舒適性，此時建議采用冷卻塔免費供冷系統。

免費冷卻水系統即在室外濕球溫度較低時，利用冷卻塔提供低溫冷卻水，通過板交與空調冷凍水進行熱交換，對系統提供冷量。

冷卻塔主要是采用對流和蒸發散熱，使冷卻水溫下降。

當水溫接近濕球溫度時，散熱很慢，因此，從技術經濟出發，冷卻后的水溫需要比空氣的濕球溫度高幾度，這稱為冷幅。一般取3～6℃。冷卻塔在相同的冷幅下，當室外空氣溫度降低時，其冷卻能力亦有所下降，如需要保證相同的冷卻能力則需要更大的冷幅。例如過渡季冷卻水溫8/11℃，如需要保證相同的散熱冷卻能力，冷幅需要達到10～12℃。濕球溫度應為-1.0℃。顯然，在過渡季需要保證相同冷卻能力的室外濕球溫度太低，免費冷卻塔的利用率太低。因此，在過渡季，需要減小冷幅，放大冷卻塔的冷卻能力。由于酒店的冷卻塔是按夏季工況選擇，而免費冷源設計時其室內冷負荷遠小于夏季工況，因此可以采用夏季的冷卻塔與板換搭配，來滿足免費冷源的要求。

圖2　空氣處理機控制原理圖

在樣板酒店設計中采用了2臺940RT+1臺320RT的冷水機組，免費冷源需要提供200RT的冷負荷。免費冷卻水設計時增加了1臺板換，利用320RT冷水機組對應的冷凍水泵、冷凍水泵提供冷凍水9/13℃、冷卻水8/11℃，在室外溫度5～15℃（室外濕球溫度＞1℃）采用940RT冷水機組對應的冷卻塔提供冷源。當室外濕球溫度降至-1℃，可采用320RT冷水機組對應的冷卻塔提供冷負荷。

200RT的冷負荷采用免費冷卻水系統可節約耗電量150kW。具體原理圖如圖3所示。

2.2廚房空調通風系統的節能

在豪華酒店中，往往設置了各種不同形式的餐廳，如中餐、日餐、三餐、職工餐廳等等，以滿足不同人群的使用要求。根據酒店管理公司的要求，廚房內夏季要求室溫小于26℃，為了保證廚房的工作環境，需要在廚房內配置相應的空調、通風系統。廚房的空調通風累計的耗電量占整個空調通風系統的30%（不含水系統-冷水機組、水泵、冷卻塔等），如采用直流新風系統，其耗冷量可達1000W/m2，其能耗較大。因此在滿足酒店使用要求的情況下，合理的空調通風設計可以節約大量的能耗。具體措施如下：

圖3　冷卻塔免費供冷系統配置圖

首先，根據廚房的功能，合理的布置排風機、空調器。以一層的三餐廳為例，按不同的功能，設置了多臺排風機。在開放式的廚房灶臺上設置了帶UV凈化的獨立的排油煙系統；洗碗間單獨設置了排風系統；在精加工、粗加工、準備區、備餐區設了全室通風，同時兼作冷庫24h的值班通風。為改善廚房的工作環境，設置了空調系統，在廚房辦公室設風機盤管系統、工作區設全新風系統、為保證排油煙系統排風順利，在廚房灶臺排風罩入口處設了機械補風。廚房灶臺油煙排風、洗碗間排風可根據需要僅在設備工作時才開啟，其對應的空調送風亦可再根據排風系統的變化而調整。見附圖。

其次，采用了變頻空調、通風系統。通過流體的相似定律，一臺風機在相同的大氣壓力，輸送相同的流體（ρ相同），在轉速n1、n2的狀況下，其流量（G）、壓力（P）、功率（N）存在以下關系：

式中G1，G2—風機所輸送的風量，m3/h；

n1，n2—風機轉速，r/min；

P1，P2—風機所產生的風壓，Pa；

N1，N2—風機的功率，kW。

通過以上公式可以看出，電機功率與轉速成3次方關系。當一臺額定功率5.5kW的排風機在40HZ頻率工作時，其電機功率僅為3.0kW，相當于60%的能耗，可節約能量40%以上。而排風量的降低，其新風處理的風量亦可降低。

再次，根據廚房空調服務的區域不同，提供不同的處理溫度。如廚房空調提供送風溫度為16～18℃，而灶臺機械補風（排風量的8%～10%）其處理的溫度夏季為28～30℃（酒店管理公司規定廚房內不允許空調季節送入未經冷、熱處理的新風）。這樣，機械補風僅需處理3～6℃，節約了新風能源；同理，在冬季灶臺機械補風提供的送風溫度為12～13℃，低于室溫，高于室內露點溫度，以防結露。

圖4　新風處理機與廚房通風設備機控制原理

酒店實際運行情況是：三餐廳廚房排風機在40～45Hz工作，中餐廳廚房排風機在35～40Hz工作，室內保證5～10Pa的負壓。

客房是酒店最重要的部分，五星級酒店客房空調就是要提供給客人舒適宜人的環境。根據酒店管理公司的要求，客房的設計參數夏天22℃、冬天21℃［3］?？头恳话悴捎蔑L機盤管加新風的空調系統，在客房內設有風機盤管恒溫器，其具有開關、冷暖、高、三速風速控制、溫度調節等功能。客人可調節恒溫器達到個人所需的溫度要求。當客人離開房間，不是停止空調系統，這樣會使房間溫度變化太大，以至于客人回到房間后需要一個很長的時間才能感到舒適；而是將溫度調整到合理的水平，這樣的控制措施可以保證客人回房后的舒適度，并最大限度降低能耗。因此在設計時增加了非使用模式的控制。

3　實際運營階段空調能耗情況

酒店自2011年運營以來，酒店管理部門對空調部分的能耗情況進行了分類實時的記錄，有賴于設計階段的通盤考慮及運營階段的不短完善控制運營策略，空調負荷呈逐年減小的趨勢，如圖5所示。

圖中數據清楚的表明，隨著設備的不斷磨合，設備管理人員運營水平的不斷提高，空調相關能耗在逐年的降低。

4　實際運營階段節能技術使用情況

文獻［4］對上海市某酒店空調系統用電分項比例進析，得到空調主機能耗遠遠大于其它設備且占總空調能耗的44.2%，新風機組次之占16.1%，冷凍泵和冷卻泵分別占12.2%和10.2%，風柜占9.2%，冷卻塔能耗最低僅占空調總能耗的1.2%。同時參考其他地區酒店空調能好的分析，可以看出，酒店中空調系統能耗所占總能耗比重較大，其中主機能耗最大。對該酒店空調各項能耗進行了分析，如圖6～圖8所示。

圖5　酒店運營期空調相關能耗變化情況（單位：kWh）

可以看出，與相關的研究結果相同，在該酒店空調的各組成部分中，冷水機組能耗占比最大，占到了空調總能耗的一半以上，故其節能潛力最大。此時，采取過渡季免費冷卻的方法可以有效地減少空調主機的能耗。該節能措施使用后空調各組成部分能耗使用情況變化如圖9所示。

圖6　2010年空調相關能耗占比

圖7　2011年空調相關能耗占比

圖8　2014年空調相關能耗占比

圖9　各年空調相關能耗變化

由圖9可以看出，隨著免費冷卻等節能措施以及人員管理手段的日漸成熟，空調各項能耗整體來說是有所降低的。而其中冷卻風機耗有所增加，是因為采取了過渡季免費冷卻的措施，增加了冷卻塔的使用時間，從而使冷卻風機耗電量有小幅增加。而其中鍋爐耗電量的增加則與酒店的入住率以及酒店餐廳廚房等營業額的增加息息相關。

5　結語

五星級酒店空調系統的節能需要從空調系統設計、項目管理、運行管理等多方面綜合考慮。首先是空調設計中充分運用節能技術，給運行管理創造節能運參考文獻：

行的條件；其次，在項目管理中注重節能措施的落實，最后，在運行管理中根據實際工況，在保證環境舒適度的前提下，提供最佳的經濟運行模式。

［1］陸耀慶.實用供熱空調設計手冊［M］.2版.北京：中國建筑工業出版社，2008.

［2］李魁山，等.不同類型建筑新風免費冷卻時間的研究［J］.暖通空調，2012，42（3）.

［3］萬豪集團設計要求2005版［Z］.

［4］徐強，莊智，朱偉峰，等.上海市大型公共建筑能耗統計分析［A］.第七屆國際綠色建筑與建筑節能大會論文集［C］.2011：322～326.

［5］劉芳，周孝清，陳偉青，等.廣州市酒店建筑空調系統能耗現狀調查分析［J］.制冷空調與電力機械，2003，29（121）：78.

修回日期：2015-06-29

華電電力科學研究院介紹

華電電力科學研究院（簡稱“華電電科院”）成立于1956年。2003年電力體制改革時歸屬于中國華電集團公司，是國有全資的科研機構。

歷經幾代人50多年的積累、創新和發展，在發電領域取得了驕人成績，形成了“發電技術監督管理與服務、發電技術研究與應用、電力行業標準與檢測、水利水電裝備研究與制造成套”四大業務板塊。

華電電科院建有“空調蓄能與建筑節能重點實驗室”，正在籌建國家能源局“國家能源分布式能源技術研發（實驗）中心”。華電集團的“動力技術研究中心、煤炭質檢計量中心”、“國家電力水電施工設備、電力金屬結構檢測中心”掛靠我院。我院先后建立了博士后科研工作站、院士工作站、浙江大學研究生教育實踐基地等，并與浙江大學聯合培養碩士研究生。

華電電科院擁有兩家全資子公司和五家參股公司，是院體系開展產業化的平臺，主要開展技術成果的產業化和推廣應用、節能降耗項目的合同能源管理等業務。

華電電科院堅持以科學發展觀為指導，以創造可持續價值發展為引領，以科技創新、服務華電為戰略定位、堅持以人為本、科技創新，秉承“自強求變、厚德求進”的企業精神和“誠信、求真、和諧、創新”的核心價值觀，為發電企業的安全穩定、經濟高效、節能環保運行提供可持續的技術服務和創新支持，努力為電力行業的科學發展及技術進步做出貢獻。

Case Study of Energy Saving Eesign and Operation of the Air-conditioning System in a Five-star Botel

NAN Lin1，SUN Wen-tong2，YAO Jian2，LIU Jing2
（Shanghai new Le Grand Large Hotel Co.，Ltd，Shanghai 200000，China；China Shipbuilding NDRI Engineering Co.，Ltd，Shanghai 200063，China）

As the energy consumption of a hotel building is influenced by its occupancy rate，service level，operation and maintenance and other factors，it is different from other public buildings.At the same time，hotel building energy consumption level is higher than the energy consumption of other public buildings.It has great significance to discuss the energy saving measures of hotels.In this paper，a five-star hotel building in Shanghai is taken as an example.And there are three parts in this paper：energy conservation design，building energy consumption，the operation of energy-saving means. According to its energy consumption control of air conditioning system，some significant methods of energy saving practice can be summarized.

five star hotel；energy saving design of air-conditioning system；actual operation energy consumption

10.3969/J.ISSN.2095-3429.2015.04.021

TU83

B

2095-3429（2015）04-0080-05

2015-04-27

南林（1973-），男，學士學位，工程師。