劉臘美王棋銳

1武漢科技大學(xué)城市建設(shè)學(xué)院

2湖北省建筑科學(xué)研究設(shè)計(jì)院

0 引言

酒店類(lèi)公共建筑的能源消耗與其它類(lèi)型的公共建筑相比有其特殊性。酒店服務(wù)功能多樣，如餐廳，康樂(lè)中心及客房等，服務(wù)時(shí)間不同，客流量年內(nèi)變化率大，服務(wù)需求個(gè)性化，因負(fù)荷動(dòng)態(tài)變化，用能系統(tǒng)需隨動(dòng)調(diào)節(jié)。若暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)不當(dāng)或運(yùn)行管理不到位，則能源消耗指標(biāo)遠(yuǎn)高于其他類(lèi)型公共建筑[1-2]。夏熱冬冷地區(qū)的酒店類(lèi)建筑因夏季需要供冷冬季需要供暖，暖通空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷占比尤其大，需要對(duì)實(shí)際運(yùn)行能耗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析總結(jié)，反思酒店類(lèi)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和管理問(wèn)題。

本文以處于夏熱冬冷地區(qū)的武漢市某五星級(jí)酒店為例，以全年運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，結(jié)合實(shí)地冷水機(jī)組能效測(cè)試和運(yùn)行管理調(diào)研，對(duì)能耗特征和節(jié)能性進(jìn)行分析，并提出節(jié)能改造建議。

1 酒店及其用能系統(tǒng)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(jié)構(gòu)型式為磚混結(jié)構(gòu)，外墻材料為實(shí)心粘土磚，外窗為中空雙層玻璃窗，窗框?yàn)殇X合金型材。窗墻比約0.4，窗戶(hù)開(kāi)啟度約30%，無(wú)外遮陽(yáng)措施，但有內(nèi)遮陽(yáng)-窗簾。酒店客房數(shù)量178間，床位數(shù)為311床，全年平均客戶(hù)率約為65%。

1.2 酒店用能系統(tǒng)概況

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

該酒店的集中空調(diào)系統(tǒng)用于酒店內(nèi)的夏季供冷和冬季供暖，并承擔(dān)過(guò)渡季節(jié)的通風(fēng)換氣?？照{(diào)冷源為適應(yīng)負(fù)荷變化采用臺(tái)數(shù)控制設(shè)計(jì)為“一大一小”形式，采用制冷量為1758 kW的離心式冷水機(jī)組和制冷量為870 kW的螺桿式冷水機(jī)組各1臺(tái)，總裝機(jī)容量為2628 kW，單位面積總裝機(jī)容量為114.26W/m2。熱源為燃?xì)鉄崴仩t1臺(tái)，總裝機(jī)容量為2450 kW，單位面積裝機(jī)容量為106.52W/m2?？照{(diào)冷熱水系統(tǒng)采用一次泵閉式雙管制異程系統(tǒng)，冷熱水泵分別設(shè)置，冷凍水泵，冷卻水泵3臺(tái)，冷卻塔3套，空調(diào)熱水泵2臺(tái)。會(huì)議室等大空間采用全空氣系統(tǒng)，酒店客房等小空間采用風(fēng)機(jī)盤(pán)管加獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)，新風(fēng)系統(tǒng)分層設(shè)置，以滿(mǎn)足室內(nèi)的空氣品質(zhì)和舒適度要求。該酒店集中空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備的規(guī)格及型號(hào)見(jiàn)表1。

表1 集中空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備規(guī)格及型號(hào)

酒店生活熱水單獨(dú)由燃?xì)鉄崴仩t提供，制熱量為1163 kW，由2臺(tái)流量為50m3/h和4臺(tái)流量12.5 m3/h的生活熱水泵分高中低三區(qū)供水。

按照建筑對(duì)電梯設(shè)置的相關(guān)規(guī)定，消防需求和方便人員流動(dòng)等要求，該酒店設(shè)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(tái)，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(tǒng)由酒店工程部管理，主要負(fù)責(zé)建筑區(qū)域各用能系統(tǒng)的運(yùn)行管理，設(shè)備維護(hù)和能耗數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析。

空調(diào)制冷時(shí)間為4月～10月，空調(diào)供暖時(shí)間為11月～3月。制冷季低負(fù)荷時(shí)一般運(yùn)行螺桿式冷水機(jī)組，高負(fù)荷時(shí)運(yùn)行離心式冷水機(jī)組。但當(dāng)夏季高負(fù)荷時(shí)，早上運(yùn)行螺桿式冷水機(jī)組，中午運(yùn)行離心式冷水機(jī)組，到晚上低負(fù)荷時(shí)再運(yùn)行螺桿式冷水機(jī)組。螺桿式冷水機(jī)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(jī)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(jī)一泵一塔運(yùn)行。供暖季鍋爐提供42～48℃的空調(diào)熱水。生活熱水鍋爐全年運(yùn)行，提供溫度為57～58℃的生活熱水。

酒店主要空調(diào)設(shè)備、廚房、照明等設(shè)有電能計(jì)量表，設(shè)有天然氣總表、廚房用氣表、鍋爐用氣表。

2 能源消費(fèi)分析

2.1 各系統(tǒng)用能量化方法

酒店安裝了大部分分項(xiàng)計(jì)量?jī)x表，但仍缺少部分分項(xiàng)計(jì)量?jī)x表，因此該酒店的各項(xiàng)系統(tǒng)能耗以計(jì)量?jī)x表為主、輔以設(shè)備法校核、測(cè)算。

制冷季冷水機(jī)組、空調(diào)水泵、冷卻塔的用電量通過(guò)電度表計(jì)量。供暖季用電量通過(guò)電度表計(jì)量，燃?xì)庥昧恳驗(yàn)楣┡療崴仩t和生活熱水鍋爐僅設(shè)置了一塊燃?xì)庥?jì)量?jī)x表，分項(xiàng)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(fèi)總量分析

酒店逐月電耗、天然氣耗和等效電總能耗見(jiàn)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(fèi)用285.6萬(wàn)元（等效折電系數(shù)：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(jiàn)，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(guò)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(jiàn)，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(diào)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(dòng)不大，因此冬季用氣量偏高的原因是冬季空調(diào)熱水和生活熱水的需求大。

由圖3可見(jiàn)，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?？偟膩?lái)說(shuō)，冬季的月均能耗高于夏季的月均能耗，原因是冬季空調(diào)熱水和生活熱水消耗的天然氣量偏高。另外，審計(jì)當(dāng)年武漢是個(gè)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(jié)構(gòu)分析

利用分項(xiàng)計(jì)量?jī)x表，輔以設(shè)備法校核、測(cè)算，得出酒店各用能系統(tǒng)的能耗構(gòu)成如圖4所示。

圖4 酒店分項(xiàng)等效電能耗

由圖4可見(jiàn)，能耗份額由大到小分別為廚房，空調(diào)供暖，生活熱水，空調(diào)制冷，照明，電梯，亮化和動(dòng)力。該酒店暖通空調(diào)能耗占建筑總能耗的36.2%，相比較文獻(xiàn)[4-5]中的49.5%和49%，相對(duì)較低，主要是空調(diào)制冷的比例較低，才14.7%，相對(duì)文獻(xiàn)[4-5]中的26.6%低很多，原因是空調(diào)制冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用了較好的冷源機(jī)組選型（一大一?。?，運(yùn)行也較好地采用了臺(tái)數(shù)控制，輸配系統(tǒng)也采用了變頻控制。生活熱水能耗占比16.1%，相比文獻(xiàn)[5]中的7.3%，偏高。照明能耗占比8.2%，相比文獻(xiàn)[5]中的4.3，偏高。

2.4 能耗指標(biāo)對(duì)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(duì)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(diǎn)：1）該建筑雖然于審計(jì)不久前重新裝修，但建筑主體建成較早，圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)偏低。2）酒店地處繁華，客戶(hù)率為65%，特別是餐飲生意較好，廚房耗能較大。3）審計(jì)當(dāng)年為冷冬（前一年、審計(jì)當(dāng)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(lèi)建筑能耗對(duì)比

該酒店暖通空調(diào)能耗為64.0 kW·h/(m2·a)，占建筑總能耗的36.2%，與新建節(jié)能賓館飯店空調(diào)供暖系統(tǒng)能耗指標(biāo)參考值78 kW·h/(m2·a)[10]相比，能耗較低，原因是其中空調(diào)制冷的比例較低，表面其設(shè)計(jì)選型和運(yùn)行管理較為節(jié)能。

3 冷水機(jī)組能效測(cè)試分析

該酒店共有二臺(tái)冷水機(jī)組，一臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組，制冷量為870 kW，功率為182 kW，額定COP為4.78。一臺(tái)離心式冷水機(jī)組，制冷量為1758 kW，功率為334 kW，額定COP為5.26，均滿(mǎn)足公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)。制冷季低負(fù)荷時(shí)一般運(yùn)行螺桿式冷水機(jī)組，高負(fù)荷時(shí)運(yùn)行離心式冷水機(jī)組。夏季高負(fù)荷時(shí)一般早上運(yùn)行螺桿式冷水機(jī)組，中午運(yùn)行離心式冷水機(jī)組，到晚上低負(fù)荷時(shí)再運(yùn)行螺桿式冷水機(jī)組。為研究冷水機(jī)組在一天中的運(yùn)行能效，選取兩個(gè)典型日分別對(duì)螺桿式冷水機(jī)組和離心式冷水機(jī)組進(jìn)行性能參數(shù)測(cè)試和能效計(jì)算。測(cè)試參數(shù)有冷凍水進(jìn)出口溫度和流量，冷卻水進(jìn)出口溫度和流量，蒸發(fā)器蒸發(fā)壓力和制冷劑溫度，冷凝器冷凝壓力和制冷季溫度，壓縮機(jī)功率和制冷劑流量，通過(guò)制冷劑壓焓圖導(dǎo)出的參數(shù)有單位質(zhì)量制冷量和單位耗功量（即單位制冷劑質(zhì)量流量的壓縮機(jī)理論耗功率），制冷量=單位質(zhì)量制冷量×制冷劑質(zhì)量流量，冷水機(jī)組理論制冷系數(shù)εth=制冷量/(單位耗功量×制冷劑質(zhì)量流量)，冷水機(jī)組性能系數(shù)COP=制冷量/壓縮機(jī)功率，負(fù)荷率=制冷量/額定制冷量。

1）測(cè)試離心式冷水機(jī)組當(dāng)天晴天到多云，室外氣溫27～35℃。離心式冷水機(jī)組性能參數(shù)的測(cè)試及計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。由表3可見(jiàn)，測(cè)試日離心式冷水機(jī)組性能系數(shù)平均值為6.11，平均負(fù)荷率71.71%。文獻(xiàn)[11-12]顯示，普通定頻離心式冷水機(jī)組COP較高的負(fù)荷率區(qū)間為60%～100%，本機(jī)組測(cè)試日為71.71%，處于能效較高的負(fù)荷率區(qū)間。

表3 離心式冷水機(jī)組性能參數(shù)測(cè)試及計(jì)算結(jié)果

2）測(cè)試螺桿式冷水機(jī)組當(dāng)天多云，室外氣溫23～30℃。螺桿式冷水機(jī)組包含A、B兩個(gè)回路，兩個(gè)回路制冷循環(huán)的熱力狀態(tài)不一樣，因此單位質(zhì)量制冷量、單位耗功率、制冷劑質(zhì)量流量、冷水機(jī)組理論制冷系數(shù)不一樣。為節(jié)省篇幅，將兩個(gè)回路的性能參數(shù)的測(cè)試及計(jì)算總結(jié)果列表4。由表4可見(jiàn)，測(cè)試日螺桿式冷水機(jī)組性能系數(shù)平均值為4.09，平均負(fù)荷率59.19%。文獻(xiàn)[13]顯示，螺桿式冷水機(jī)組在50%～70%的負(fù)荷率下，機(jī)組能效尤其高，本機(jī)組測(cè)試日為59.19%，處于能效較高的負(fù)荷率區(qū)間。

表4 螺桿式冷水機(jī)性能參數(shù)測(cè)試及計(jì)算結(jié)果

文獻(xiàn)[14]顯示，在夏季空調(diào)負(fù)荷率在50%～75%范圍內(nèi)變動(dòng)時(shí)，將原2臺(tái)大機(jī)組合運(yùn)行的方式改成大小機(jī)組合可節(jié)能25.75%，本項(xiàng)目較低的空調(diào)制冷能耗比驗(yàn)證了這一結(jié)論，說(shuō)明采用“一大一小”機(jī)組選型和相應(yīng)的運(yùn)行管理措施節(jié)能效果明顯。

4 節(jié)能改造建議

1）圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造。采用技術(shù)成熟并在國(guó)內(nèi)外廣泛使用的墻體保溫技術(shù)，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(nèi)部增設(shè)一層塑鋼中空窗，并在兩層窗戶(hù)之間加設(shè)卷簾活動(dòng)外遮陽(yáng)。通過(guò)圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能改造，可大大降低空調(diào)采暖系統(tǒng)的冷熱負(fù)荷，減少空調(diào)的耗能量。

2）空調(diào)循環(huán)泵改造。該空調(diào)系統(tǒng)的循環(huán)泵均采用變頻泵，空調(diào)冷凍水供回水溫差為1.2～3.3℃，存在30%左右的節(jié)能潛力。說(shuō)明該系統(tǒng)的變頻控制存在一定問(wèn)題，建議與廠家聯(lián)系，調(diào)整變頻器的有關(guān)參數(shù)或者系統(tǒng)，真正發(fā)揮變頻系統(tǒng)的節(jié)能作用。

3）照明系統(tǒng)節(jié)能改造。將原有T8燈管，BTA電感鎮(zhèn)流器，無(wú)電容補(bǔ)償型照明系統(tǒng)，替換為T(mén)5管，電子鎮(zhèn)流器，并增設(shè)照度傳感器和照明自動(dòng)控制裝置。通過(guò)Design Builder軟件模擬，采用階梯式智能控制照明系統(tǒng)，可以節(jié)約2.0%。

4）供配電系統(tǒng)節(jié)能改造。建議測(cè)試和分析供配電系統(tǒng)的電壓品質(zhì)，如果供電系統(tǒng)品質(zhì)低，建議解決電污染及電壓高的問(wèn)題，達(dá)到潔凈電網(wǎng)、節(jié)約用電、保護(hù)用電設(shè)備的目的。提高供電電壓品質(zhì)，節(jié)能率為5%～15%左右，投資回收期在3年以?xún)?nèi)。

5）完善電能分項(xiàng)計(jì)量系統(tǒng)。依據(jù)《國(guó)家機(jī)關(guān)辦公建筑和大型公共建筑能耗監(jiān)測(cè)系統(tǒng)樓宇分項(xiàng)計(jì)量設(shè)計(jì)安裝技術(shù)導(dǎo)則》，對(duì)原有計(jì)量進(jìn)行補(bǔ)充完善，為能源自動(dòng)化管理提供有效手段，為系統(tǒng)地量化能耗數(shù)據(jù)、節(jié)能降耗提供科學(xué)的依據(jù)。

5 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)案例酒店空調(diào)系統(tǒng)的能耗結(jié)構(gòu)分析發(fā)現(xiàn)，該酒店的單位建筑面積能耗為177.3 kW·h/(m2·a)，暖通空調(diào)能耗為64.0 kW·h/(m2·a)，建筑總能耗指標(biāo)偏高，暖通空調(diào)能耗指標(biāo)偏低。能耗分項(xiàng)分析結(jié)果顯示，空調(diào)制冷系統(tǒng)能耗占比偏低，顯示空調(diào)制冷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)選型和運(yùn)行管理較為節(jié)能。通過(guò)對(duì)冷水機(jī)組進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)離心式冷水機(jī)組和螺桿式冷水機(jī)組的負(fù)荷率分別為71.71%和59.19%，處在能效比較高的區(qū)間。酒店仍然存在圍護(hù)結(jié)構(gòu)保溫差、空調(diào)循環(huán)泵變頻不理想、照明能耗高等問(wèn)題。由此，對(duì)酒店提出了節(jié)能改造建議。這些分析結(jié)果及建議可為該酒店空調(diào)系統(tǒng)下一步節(jié)能改造提供參考，讓節(jié)能改造更有針對(duì)性。

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