武漢市某酒店能耗分項分析及節能改造建議

劉臘美王棋銳

1武漢科技大學城市建設學院

2湖北省建筑科學研究設計院

0 引言

酒店類公共建筑的能源消耗與其它類型的公共建筑相比有其特殊性。酒店服務功能多樣，如餐廳，康樂中心及客房等，服務時間不同，客流量年內變化率大，服務需求個性化，因負荷動態變化，用能系統需隨動調節。若暖通空調系統設計不當或運行管理不到位，則能源消耗指標遠高于其他類型公共建筑[1-2]。夏熱冬冷地區的酒店類建筑因夏季需要供冷冬季需要供暖，暖通空調系統負荷占比尤其大，需要對實際運行能耗數據進行分析總結，反思酒店類建筑暖通空調系統的設計和管理問題。

本文以處于夏熱冬冷地區的武漢市某五星級酒店為例，以全年運行數據為基礎，結合實地冷水機組能效測試和運行管理調研，對能耗特征和節能性進行分析，并提出節能改造建議。

1 酒店及其用能系統概況

1.1 酒店建筑概況

該酒店建筑面積為22813.52m2，地上22層，地下1層，建筑高度96m。建筑結構型式為磚混結構，外墻材料為實心粘土磚，外窗為中空雙層玻璃窗，窗框為鋁合金型材。窗墻比約0.4，窗戶開啟度約30%，無外遮陽措施，但有內遮陽-窗簾。酒店客房數量178間，床位數為311床，全年平均客戶率約為65%。

1.2 酒店用能系統概況

該酒店主要用能系統主要包括集中空調，生活熱水，照明，廚房，電梯，給排水及辦公系統等。

該酒店的集中空調系統用于酒店內的夏季供冷和冬季供暖，并承擔過渡季節的通風換氣。空調冷源為適應負荷變化采用臺數控制設計為“一大一小”形式，采用制冷量為1758 kW的離心式冷水機組和制冷量為870 kW的螺桿式冷水機組各1臺，總裝機容量為2628 kW，單位面積總裝機容量為114.26W/m2。熱源為燃氣熱水鍋爐1臺，總裝機容量為2450 kW，單位面積裝機容量為106.52W/m2。空調冷熱水系統采用一次泵閉式雙管制異程系統，冷熱水泵分別設置，冷凍水泵，冷卻水泵3臺，冷卻塔3套，空調熱水泵2臺。會議室等大空間采用全空氣系統，酒店客房等小空間采用風機盤管加獨立新風系統，新風系統分層設置，以滿足室內的空氣品質和舒適度要求。該酒店集中空調系統主要設備的規格及型號見表1。

表1 集中空調系統主要設備規格及型號

酒店生活熱水單獨由燃氣熱水鍋爐提供，制熱量為1163 kW，由2臺流量為50m3/h和4臺流量12.5 m3/h的生活熱水泵分高中低三區供水。

按照建筑對電梯設置的相關規定，消防需求和方便人員流動等要求，該酒店設置了不同用途的電梯，包括消防電梯、員工電梯、客梯、觀光電梯共6臺，總功率57.8 kW。

1.3 酒店能源管理概況

該酒店的能源管理系統由酒店工程部管理，主要負責建筑區域各用能系統的運行管理，設備維護和能耗數據統計分析。

空調制冷時間為4月～10月，空調供暖時間為11月～3月。制冷季低負荷時一般運行螺桿式冷水機組，高負荷時運行離心式冷水機組。但當夏季高負荷時，早上運行螺桿式冷水機組，中午運行離心式冷水機組，到晚上低負荷時再運行螺桿式冷水機組。螺桿式冷水機組冷凍水供水溫度為8.8～13.6℃之間，供回水溫差一般在1.0～2.9℃范圍。離心式冷水機組冷凍水供水溫度為8～11.2℃之間，供回水溫差一般在2.1～3.3℃范圍。冷凍水泵、冷卻水泵變頻控制，一機一泵一塔運行。供暖季鍋爐提供42～48℃的空調熱水。生活熱水鍋爐全年運行，提供溫度為57～58℃的生活熱水。

酒店主要空調設備、廚房、照明等設有電能計量表，設有天然氣總表、廚房用氣表、鍋爐用氣表。

2 能源消費分析

2.1 各系統用能量化方法

酒店安裝了大部分分項計量儀表，但仍缺少部分分項計量儀表，因此該酒店的各項系統能耗以計量儀表為主、輔以設備法校核、測算。

制冷季冷水機組、空調水泵、冷卻塔的用電量通過電度表計量。供暖季用電量通過電度表計量，燃氣用量因為供暖熱水鍋爐和生活熱水鍋爐僅設置了一塊燃氣計量儀表，分項方法如下：取非供暖季（4～10月）鍋爐用氣量的月平均值為生活熱水鍋爐的月平均用氣量，供暖熱水鍋爐的用氣量即為供暖季鍋爐總用氣量減去供暖季生活熱水鍋爐的總用氣量。

2.2 能源消費總量分析

酒店逐月電耗、天然氣耗和等效電總能耗見圖1～圖3。

圖1 酒店逐月電耗

酒店年耗電量 2064800 kW·h，天然氣總量277485m3，建筑等效電總能耗為 4044100 kW·h，能源總費用285.6萬元（等效折電系數：電取1.00 kW·h/(kW·h)，天然氣取7.133 kW·h/m3[3]）。

圖2 酒店逐月天然氣耗

圖3 酒店逐月等效電總能耗

由圖1可見，制冷季的7、8月用電量最大，供暖季的12、1月用電量其次。過渡季的3用電量最少。在制冷季的4～10月，室外溫度越高，電耗越多。

由圖2可見，1月用氣量最大，其次是12月和2月，8月最少，用氣量隨室外平均氣溫的降低而升高。酒店天然氣主冬季用于空調熱水，生活熱水和廚房，夏季僅用于生活熱水和廚房，而廚房用氣月波動不大，因此冬季用氣量偏高的原因是冬季空調熱水和生活熱水的需求大。

由圖3可見，酒店總能耗1月最大，12月其次，再次為2月和夏季的7、8月。總的來說，冬季的月均能耗高于夏季的月均能耗，原因是冬季空調熱水和生活熱水消耗的天然氣量偏高。另外，審計當年武漢是個冷冬，氣溫最低月1月份平均溫度1.2℃，大大低于上一年1月的4.3℃和下一年1月的4.5℃。

2.3 能耗結構分析

利用分項計量儀表，輔以設備法校核、測算，得出酒店各用能系統的能耗構成如圖4所示。

圖4 酒店分項等效電能耗

由圖4可見，能耗份額由大到小分別為廚房，空調供暖，生活熱水，空調制冷，照明，電梯，亮化和動力。該酒店暖通空調能耗占建筑總能耗的36.2%，相比較文獻[4-5]中的49.5%和49%，相對較低，主要是空調制冷的比例較低，才14.7%，相對文獻[4-5]中的26.6%低很多，原因是空調制冷系統設計采用了較好的冷源機組選型（一大一小），運行也較好地采用了臺數控制，輸配系統也采用了變頻控制。生活熱水能耗占比16.1%，相比文獻[5]中的7.3%，偏高。照明能耗占比8.2%，相比文獻[5]中的4.3，偏高。

2.4 能耗指標對比分析

該酒店的單位建筑面積能耗為177.3 kW·h/(m2·a)。該酒店與其他城市酒店的能耗對比如表2所示。從表2可以看出，該酒店的能耗偏高。原因有以下幾點：1）該建筑雖然于審計不久前重新裝修，但建筑主體建成較早，圍護結構節能標準偏低。2）酒店地處繁華，客戶率為65%，特別是餐飲生意較好，廚房耗能較大。3）審計當年為冷冬（前一年、審計當年、后一年的1月平均氣溫分別為4.3℃、1.2℃、4.5℃），供暖熱水和生活熱水能耗較大。

表2 不同城市酒店類建筑能耗對比

該酒店暖通空調能耗為64.0 kW·h/(m2·a)，占建筑總能耗的36.2%，與新建節能賓館飯店空調供暖系統能耗指標參考值78 kW·h/(m2·a)[10]相比，能耗較低，原因是其中空調制冷的比例較低，表面其設計選型和運行管理較為節能。

3 冷水機組能效測試分析

該酒店共有二臺冷水機組，一臺螺桿式冷水機組，制冷量為870 kW，功率為182 kW，額定COP為4.78。一臺離心式冷水機組，制冷量為1758 kW，功率為334 kW，額定COP為5.26，均滿足公共建筑節能設計標準。制冷季低負荷時一般運行螺桿式冷水機組，高負荷時運行離心式冷水機組。夏季高負荷時一般早上運行螺桿式冷水機組，中午運行離心式冷水機組，到晚上低負荷時再運行螺桿式冷水機組。為研究冷水機組在一天中的運行能效，選取兩個典型日分別對螺桿式冷水機組和離心式冷水機組進行性能參數測試和能效計算。測試參數有冷凍水進出口溫度和流量，冷卻水進出口溫度和流量，蒸發器蒸發壓力和制冷劑溫度，冷凝器冷凝壓力和制冷季溫度，壓縮機功率和制冷劑流量，通過制冷劑壓焓圖導出的參數有單位質量制冷量和單位耗功量（即單位制冷劑質量流量的壓縮機理論耗功率），制冷量=單位質量制冷量×制冷劑質量流量，冷水機組理論制冷系數εth=制冷量/(單位耗功量×制冷劑質量流量)，冷水機組性能系數COP=制冷量/壓縮機功率，負荷率=制冷量/額定制冷量。

1）測試離心式冷水機組當天晴天到多云，室外氣溫27～35℃。離心式冷水機組性能參數的測試及計算結果見表3。由表3可見，測試日離心式冷水機組性能系數平均值為6.11，平均負荷率71.71%。文獻[11-12]顯示，普通定頻離心式冷水機組COP較高的負荷率區間為60%～100%，本機組測試日為71.71%，處于能效較高的負荷率區間。

表3 離心式冷水機組性能參數測試及計算結果

2）測試螺桿式冷水機組當天多云，室外氣溫23～30℃。螺桿式冷水機組包含A、B兩個回路，兩個回路制冷循環的熱力狀態不一樣，因此單位質量制冷量、單位耗功率、制冷劑質量流量、冷水機組理論制冷系數不一樣。為節省篇幅，將兩個回路的性能參數的測試及計算總結果列表4。由表4可見，測試日螺桿式冷水機組性能系數平均值為4.09，平均負荷率59.19%。文獻[13]顯示，螺桿式冷水機組在50%～70%的負荷率下，機組能效尤其高，本機組測試日為59.19%，處于能效較高的負荷率區間。

表4 螺桿式冷水機性能參數測試及計算結果

文獻[14]顯示，在夏季空調負荷率在50%～75%范圍內變動時，將原2臺大機組合運行的方式改成大小機組合可節能25.75%，本項目較低的空調制冷能耗比驗證了這一結論，說明采用“一大一小”機組選型和相應的運行管理措施節能效果明顯。

4 節能改造建議

1）圍護結構節能改造。采用技術成熟并在國內外廣泛使用的墻體保溫技術，使用保溫性能良好的EPS、XPS板作為墻體和屋面等位置的保溫材料。在原有外窗內部增設一層塑鋼中空窗，并在兩層窗戶之間加設卷簾活動外遮陽。通過圍護結構的節能改造，可大大降低空調采暖系統的冷熱負荷，減少空調的耗能量。

2）空調循環泵改造。該空調系統的循環泵均采用變頻泵，空調冷凍水供回水溫差為1.2～3.3℃，存在30%左右的節能潛力。說明該系統的變頻控制存在一定問題，建議與廠家聯系，調整變頻器的有關參數或者系統，真正發揮變頻系統的節能作用。

3）照明系統節能改造。將原有T8燈管，BTA電感鎮流器，無電容補償型照明系統，替換為T5管，電子鎮流器，并增設照度傳感器和照明自動控制裝置。通過Design Builder軟件模擬，采用階梯式智能控制照明系統，可以節約2.0%。

4）供配電系統節能改造。建議測試和分析供配電系統的電壓品質，如果供電系統品質低，建議解決電污染及電壓高的問題，達到潔凈電網、節約用電、保護用電設備的目的。提高供電電壓品質，節能率為5%～15%左右，投資回收期在3年以內。

5）完善電能分項計量系統。依據《國家機關辦公建筑和大型公共建筑能耗監測系統樓宇分項計量設計安裝技術導則》，對原有計量進行補充完善，為能源自動化管理提供有效手段，為系統地量化能耗數據、節能降耗提供科學的依據。

5 結語

通過對案例酒店空調系統的能耗結構分析發現，該酒店的單位建筑面積能耗為177.3 kW·h/(m2·a)，暖通空調能耗為64.0 kW·h/(m2·a)，建筑總能耗指標偏高，暖通空調能耗指標偏低。能耗分項分析結果顯示，空調制冷系統能耗占比偏低，顯示空調制冷系統的設計選型和運行管理較為節能。通過對冷水機組進行測試，發現離心式冷水機組和螺桿式冷水機組的負荷率分別為71.71%和59.19%，處在能效比較高的區間。酒店仍然存在圍護結構保溫差、空調循環泵變頻不理想、照明能耗高等問題。由此，對酒店提出了節能改造建議。這些分析結果及建議可為該酒店空調系統下一步節能改造提供參考，讓節能改造更有針對性。

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