南京美高梅美薈酒店項(xiàng)目冷熱源方案比選

0 引言

南京美高梅美薈酒店項(xiàng)目為釣魚臺(tái)美高梅酒店集團(tuán)旗下以Mhub為品牌的第一家酒店，Mhub定位為娛樂(lè)、歡快和活力的復(fù)合有機(jī)體酒店，主要側(cè)重為客戶群體帶來(lái)輕松、健康、科技化的娛悅體驗(yàn)，因此對(duì)酒店建筑的環(huán)境舒適度、友好度提出了更高要求。在技術(shù)可行的前提下，本文對(duì)該酒店的冷熱源方案進(jìn)行了技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，主要從初投資及運(yùn)行費(fèi)用兩個(gè)方面進(jìn)行比選，使最終方案更加符合健康環(huán)保相關(guān)要求。

1 項(xiàng)目概況

該項(xiàng)目位于江寧區(qū)方山地質(zhì)公園附近，總占地面積20318.01平米，總建筑面積約36830平米，地下16500平米，地上20330平米，容積率1.0，客房數(shù)202間，客房層層高3.5m，為四星級(jí)酒店。

冷熱源方案時(shí)主要分析了以下幾方面：

①項(xiàng)目附近是否有城市電網(wǎng)、城市管道天然氣供應(yīng)，是否靠近風(fēng)景保護(hù)區(qū)，是否存在化工廠、污水處理廠等。

②冬季和夏季的冷熱負(fù)荷是否平衡，餐飲、辦公、客房等主要功能區(qū)的負(fù)荷是否平衡，各功能區(qū)的負(fù)荷特性和使用特性是否存在顯著差異。

逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算，可得該酒店的冷熱負(fù)荷如下：

①空調(diào)總熱負(fù)荷為1539kW。除此之外，空調(diào)通風(fēng)為280kW，生活熱水為710kW，泳池維溫為82kW，合計(jì)為2611kW，其綜合熱負(fù)荷為2611×0.85=2219kW。

②空調(diào)總冷負(fù)荷為2216kW。

2 冷熱源可選形式

2.1 冷源

方案一：冷水機(jī)組。選用3臺(tái)250RT的螺桿式冷水機(jī)組，當(dāng)一臺(tái)機(jī)組故障或檢修時(shí)其余機(jī)組至少可以負(fù)擔(dān)79%的總負(fù)荷，機(jī)組能在總負(fù)荷10%的最低負(fù)荷正常運(yùn)行。

方案二：冷水機(jī)組+風(fēng)冷熱泵。選用2臺(tái)250RT的螺桿式冷水機(jī)組和1臺(tái)250RT的風(fēng)冷熱泵機(jī)組，其中風(fēng)冷熱泵機(jī)組作為輔助的冷源來(lái)使用，當(dāng)任意一臺(tái)機(jī)組發(fā)生故障、需要檢修時(shí)其余機(jī)組可以負(fù)擔(dān)79%的總負(fù)荷，機(jī)組能在總負(fù)荷10%的最低負(fù)荷正常運(yùn)行。

2.2 熱源

方案一：燃?xì)忮仩t系統(tǒng)。選用2臺(tái)1.05MW的承壓熱水鍋爐，當(dāng)一臺(tái)鍋爐發(fā)生故障，另一臺(tái)鍋爐的容量可滿足酒店負(fù)荷量的61%。

方案二：燃?xì)忮仩t系統(tǒng)+風(fēng)冷熱泵。選用2臺(tái)0.7MW的承壓熱水鍋爐+1臺(tái)250RT的風(fēng)冷熱泵機(jī)組，當(dāng)任一熱源設(shè)備發(fā)生故障，其余熱源設(shè)備的容量可至少滿足酒店負(fù)荷量的82%。

鍋爐房室內(nèi)設(shè)1m的油箱，根據(jù)計(jì)算1m油箱可供1.05MW鍋爐使用約8小時(shí)，本項(xiàng)目為城市酒店，8小時(shí)具備由外部輸送燃油的條件，因此不設(shè)置室外油罐。以上鍋爐一次泵循環(huán)水系統(tǒng)采用定流量系統(tǒng)，根據(jù)二次側(cè)水溫進(jìn)行負(fù)荷調(diào)節(jié)。設(shè)計(jì)3臺(tái)一次水循環(huán)泵與鍋爐一一對(duì)應(yīng)，一次水供回水溫度為90/65℃。

2.3 冷熱源方案優(yōu)缺點(diǎn)分析

方案一：冷水機(jī)組+燃?xì)忮仩t系統(tǒng)，該方案穩(wěn)定可靠，可實(shí)現(xiàn)冷暖同步需求。

優(yōu)點(diǎn)：系統(tǒng)成熟、設(shè)備可靠、系統(tǒng)安全。主要設(shè)備初始投資小。

缺點(diǎn)：運(yùn)行噪音大，機(jī)房需要消聲，制冷機(jī)易產(chǎn)生溫室效應(yīng)，對(duì)環(huán)境不利；由于需要設(shè)置單獨(dú)的冷卻塔系統(tǒng)，因此整體系統(tǒng)占用綠化/屋頂面積大，鍋爐房有建筑特殊要求，需設(shè)置泄爆口，且消防要求高，對(duì)煙囪設(shè)置有要求，一定程度影響建筑外立面效果，同時(shí)鍋爐燃燒時(shí)排放的煙氣會(huì)影響周邊環(huán)境和大氣。

方案二：冷水機(jī)組+燃?xì)忮仩t+風(fēng)冷熱泵。

該方案的空氣源熱泵機(jī)組可以根據(jù)酒店的實(shí)際需要提供冷、熱水，以滿足隨季節(jié)變化而變動(dòng)的年度熱負(fù)荷。

優(yōu)點(diǎn)：運(yùn)行成本相對(duì)低，制冷及制熱效率高，能耗少，維護(hù)管理方便。

缺點(diǎn)：設(shè)備費(fèi)用較高。

考慮到南京的冬季室外溫度不低的氣候特點(diǎn)，以及酒店管理公司對(duì)于冷源的可靠性要求，將方案一中幾乎不太使用到的冷機(jī)改為空氣源的熱泵機(jī)組，這樣在增加有限投資的情況下，可以利用熱泵機(jī)組在冬季作為空調(diào)熱源，可以降低冬季空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用。

示意圖如圖1-圖3所示。

圖1 冷源配置方案比較

圖2 熱源配置方案比較

圖3 熱源配置方案比較

3 初始投資分析

3.1 設(shè)備費(fèi)用及安裝費(fèi)用

根據(jù)南京市場(chǎng)管理采用設(shè)備費(fèi)的15%對(duì)安裝費(fèi)進(jìn)行估算，參考市場(chǎng)設(shè)備價(jià)格，如表1所示。

表1 系統(tǒng)配置市場(chǎng)設(shè)備參考價(jià)表

方案一的設(shè)備費(fèi)用及安裝費(fèi)用分別為70萬(wàn)元及10.5萬(wàn)元；方案二的設(shè)備費(fèi)用及安裝費(fèi)用分別為100萬(wàn)元和15萬(wàn)元。

3.2 土建費(fèi)用

冷凍機(jī)房、鍋爐房均設(shè)置在負(fù)一層，風(fēng)冷熱泵與冷卻塔隱蔽設(shè)置在“地坑”內(nèi)，如圖4所示。此處為方便計(jì)算，土建費(fèi)用按1600元/m計(jì)。制冷劑為環(huán)保冷媒R134a。

圖4 機(jī)房布置圖

方案一機(jī)房面積估算為240m，機(jī)房土建費(fèi)用為38.6萬(wàn)元；方案二機(jī)房面積估算為180m，機(jī)房土建費(fèi)用為28.8萬(wàn)元。

綜上：

方案一初始投資費(fèi)用為80.5+38.6=119.1萬(wàn)元；

方案二初始投資費(fèi)用為115+28.8=143.8萬(wàn)元。

4 運(yùn)行費(fèi)用分析

其中，W為第i臺(tái)的制冷機(jī)在j工況下功率，kW；T為第i臺(tái)制冷機(jī)在j工況下的運(yùn)行時(shí)間，h。

制熱機(jī)組的運(yùn)行能耗計(jì)算公式為：

其中，τ為冬季滿負(fù)荷運(yùn)行的時(shí)間，h；Q為全年熱負(fù)荷，kJ/年；q是熱源機(jī)組最大出力，kJ/h。

熱源機(jī)組的全年能耗用EH表示，則：

EH=τ×W

其中，W為機(jī)組在滿負(fù)荷運(yùn)行下的耗氣量（m/h）和耗電量（kJ/h）。

根據(jù)各個(gè)設(shè)備輸入功率進(jìn)行計(jì)算，得出：

方案一年運(yùn)行費(fèi)用約為EH1*0.82=35.2萬(wàn)元；

方案二年運(yùn)行費(fèi)用約為EH2*0.82=23.6萬(wàn)元。

5 方案比較及其應(yīng)用條件

一般工程設(shè)計(jì)中的方案比較及其選優(yōu)通常都是常規(guī)項(xiàng)目的兩個(gè)或多個(gè)互斥方案的比選問(wèn)題。所謂互斥方案就是各個(gè)方案之間是互不相容的，選擇了其中一個(gè)，就不能再同時(shí)選取其他優(yōu)化方案。

本項(xiàng)目主要采用指標(biāo)比較法進(jìn)行方案比較，即分別計(jì)算各方案的經(jīng)濟(jì)效益，然后比較各方案指標(biāo)，按指標(biāo)大小對(duì)方案進(jìn)行排序和優(yōu)選。通常這類方法采用的比較指標(biāo)有現(xiàn)值和年值兩類指標(biāo)。

6 費(fèi)用年值比較

費(fèi)用年值法是對(duì)項(xiàng)目進(jìn)展情況、成本情況進(jìn)行綜合控制的有效方法。家設(shè)本項(xiàng)目的設(shè)備使用壽命期均按20年計(jì)算，再次采用動(dòng)態(tài)費(fèi)用年值法來(lái)對(duì)兩個(gè)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較。

式中：A為費(fèi)用年值，萬(wàn)元；

Co為初投資，萬(wàn)元；

i為利率，取7%；

n為設(shè)備使用壽命，年；

C為年運(yùn)行費(fèi)用，萬(wàn)元。

兩個(gè)方案的經(jīng)濟(jì)性對(duì)比計(jì)算詳見表2。

表2 方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比表 單位:萬(wàn)元

方案一初投資較小，其設(shè)備選型較方案二節(jié)約約30萬(wàn)元，但是綜合考慮冬季設(shè)備能耗，方案二的年度運(yùn)行費(fèi)用小于方案一，每年節(jié)約11.6萬(wàn)元。通過(guò)動(dòng)態(tài)費(fèi)用年值法的比較，可以得出方案二比方案一具有相對(duì)的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。

由于方案一、二的設(shè)備使用壽命期均按20年計(jì)算，如不考慮資金的時(shí)間價(jià)值，運(yùn)營(yíng)到第2.1年達(dá)到兩方案的差額投資回收期，后續(xù)18年中由于費(fèi)用年值較小，所以方案二始終比方案一更加的經(jīng)濟(jì)節(jié)約。

7 費(fèi)用現(xiàn)值比較法

計(jì)算各個(gè)方案的費(fèi)用現(xiàn)值（PW）并進(jìn)行對(duì)比，現(xiàn)值較低的方案是可取的方案。

各方案費(fèi)用現(xiàn)值通用的表達(dá)式為：

式中I—全部投資（包括固定資產(chǎn)投資和流動(dòng)資金）；

C′—年運(yùn)行費(fèi)用；

Sv—計(jì)算期末回收固定資產(chǎn)余值；

W—計(jì)算期末回收流動(dòng)資金；

（P/F，i，t）—現(xiàn)值系數(shù)根據(jù)第5部分，認(rèn)為t=n=20；i=7%

由公式可知，PW1=119.1+35.2（P/F，7%，20）=492.01

PW2=143.8+23.6（P/F，7%，20）=393.82

由于PW1大于PW2，則方案二為最佳方案。

8 結(jié)論

①?gòu)某跬顿Y看，方案一較方案二投入低，雖然方案一機(jī)房占地面積較大、土建費(fèi)用較高，但是設(shè)備金額較方案二便宜30萬(wàn)元。由于機(jī)房面積大，相對(duì)而言其機(jī)房面積占用率也大，對(duì)酒店項(xiàng)目整體運(yùn)營(yíng)、客房及客戶使用區(qū)域的面積存在負(fù)面影響，一定程度上降低了酒店的經(jīng)濟(jì)性。②從年運(yùn)行費(fèi)用看，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臍夂蛱攸c(diǎn)，由于南京屬于秦嶺-淮河以南，其冬季室外溫度相對(duì)不低，將冷源設(shè)計(jì)中的備用冷機(jī)改為空氣源熱泵，該熱泵機(jī)組在冬季可以作為空調(diào)熱源使用，降低冬季空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用，每年方案二的運(yùn)行費(fèi)用較方案一減少11.6萬(wàn)元。③從動(dòng)態(tài)費(fèi)用年值看，每年方案二比方案一節(jié)約9.27萬(wàn)元。從費(fèi)用現(xiàn)值來(lái)看，方案而的費(fèi)用現(xiàn)值較小，具有明顯的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)。④從環(huán)保節(jié)能方面來(lái)看，方案一的機(jī)組運(yùn)行噪音大，導(dǎo)致機(jī)房需要設(shè)置隔音設(shè)施消聲，同時(shí)水冷機(jī)組易產(chǎn)生溫室效應(yīng)，對(duì)環(huán)境不利。⑤從建筑外觀設(shè)計(jì)方面來(lái)看，方案一需要多設(shè)置冷卻塔系統(tǒng)，且由于消防等部門規(guī)定，冷卻塔煙囪必須超出屋面，影響到酒店項(xiàng)目整體的外立面效果，占用屋面及地面層的綠化。⑥從大氣保護(hù)方面后續(xù)進(jìn)一步優(yōu)化展望，根據(jù)酒店管理公司的意見建議，熱源的燃?xì)忮仩t可以考慮真空鍋爐，真空鍋爐的使用可考慮作為熱源直接替換承壓鍋爐，也可考慮內(nèi)置兩個(gè)換熱器分別服務(wù)于空調(diào)系統(tǒng)和生活熱水給水系統(tǒng)，但如采用“雙回路”真空鍋爐可能會(huì)導(dǎo)致空調(diào)和生活熱水系統(tǒng)的熱負(fù)荷備用率下降，需要進(jìn)一步對(duì)方案一、方案二進(jìn)行優(yōu)化。同時(shí)經(jīng)分析，本項(xiàng)目不適合優(yōu)化為熱回收。

綜上，本文首先根據(jù)項(xiàng)目的使用功能和區(qū)域能源狀況選擇了兩種適合該商務(wù)酒店的冷熱源方案，然后對(duì)方案進(jìn)行對(duì)比分析，分別從初投資、運(yùn)行費(fèi)用、費(fèi)用現(xiàn)值、費(fèi)用年值用等四方面進(jìn)行對(duì)比分析，最后總結(jié)各種方案的能耗特點(diǎn)和經(jīng)濟(jì)性，確定該項(xiàng)目選用冷水機(jī)組+燃?xì)忮仩t+風(fēng)冷熱泵的冷熱源方式。同時(shí)通過(guò)對(duì)環(huán)境綠化、外觀、面積配比等方面的分析，方案二在環(huán)境友好性上同樣優(yōu)于方案一。