某五星级酒店空调系统节能设计与运行的案例研究

南　林，孙文彤，姚　健，刘　静

（1.上海新发展大酒店有限公司，上海200000；2.中船第九设计研究院工程有限公司，上海200063）

某五星级酒店空调系统节能设计与运行的案例研究

南林1，孙文彤2，姚健2，刘静2

（1.上海新发展大酒店有限公司，上海200000；2.中船第九设计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、服务水平、运行维护等因素影响较大，其与其它公共建筑有很大的差别，且其能耗水平高于其它公共建筑中能耗，探讨酒店建筑节能措施的与运用对于公共建筑节能有重要意义。本文以上海地区某酒店建筑为例，针对该五星级酒店的空调系统节能控制，从设计、建筑运行能耗、节能手段的运行情况三个阶段的相关实践出发，总结了一些有意义的节能实践的方法。

五星级酒店；空调系统节能设计；实际运行能耗

0　引言

近年来，随着生活水平的提高，新建了许多的五星级酒店，五星级酒店对室内环境的舒适度要求高，其能耗也大。根据统计在五星级酒店的总耗能中空调能耗最大，约占40%～50%，其节能的空间也最大。而空调系统节能的实现需要在其规划、设计、建造、运行使用过程中，全面执行建筑节能标准和施工验收规范，采用低能耗的设备、提高运行效率，在不降低宾馆舒适度标准的基础下，合理利用可再生能源，降低能源消耗。

1　建筑概况

我们以上海某酒店为例，该酒店地处上海市某商务地区，建筑面积约70000m2，地下四层，地上28层。功能包括客房、餐饮、会议、娱乐及后勤等，酒店共500套客房，2010年建成，目前已开业运营5a。笔者参与了酒店的设计、建设过程项目管理、运营管理的全过程。本文主要从设计、项目管理、运行管理三个方面总结了空调系统节能控制的实践经验及方法。

图1　建筑外观

2　空调系统设计过程中的节能技术运用

结合该项目实际情况，在空调系统设计环节，主要从免费冷却、厨房空调、客房空调温度控制三个方面进行了空调系统节能方案设计。

2.1免费冷源

免费冷却（free-cooling），是指利用室外低温空气直接或间接冷却空气，代替冷冻机组供冷，以达到节能的目的。实际工程中，一般的免费冷源有两种形式：可变新风比、冷却塔免费供冷。［1］

2.1.1新风免费冷却技术

可变新风比是指在夏季按照卫生标准要求供给室内新风；过渡季或者冬季，室内还有供冷需求时，适当提高室内的新风量供给，利用室内外焓差去除室内冷负荷。根据室外温度（TW）及焓值（iW）的变化，新风供给策略见表1。

表1　可变新风比控制策略原理

以项目中的样板酒店报告厅为例，报告厅面积为750m2，采用全空调系统，总设计送风量为48000m3/h，夏季冷负荷400kW，单位冷负荷533W/m2，送风温度12.4℃。报告厅位于四层内区，围护结构负荷影响小，而其室内发热量大（照明、设备、人员等内热稳定负荷可达150W/m2），新风冷负荷大（达300W/m2），具备使用新风免费冷却的条件。参考ASHRAE90.1中新风冷却器的使用条件和计算方法，结合美国西北太平洋国家实验室提出的分析理论和相关气候变量选取，当室外温度在13～21℃时［2］，采用新风制冷，结合酒店报告厅的使用习惯（使用时间段类同与商场建筑）和上海地区典型气象数据，参考表2上海市酒店建筑的新风冷却温频表，可得全年可使用新风免费冷却的小时数为1212h［2］。就本例的报告厅而言，一年的节省冷量达136.35MWh。

表2　上海市酒店报告厅建筑的新风冷却温频

新风免费冷却技术的应用所要额外增加的投资，主要在于设计阶段风管系统考虑按可变新风考虑，同时增设一定的排风机、排风管（部分与回风管共用）、增大新风口。相比其显著的节能效益，这些额外成本几乎可以忽略。按照前文所述的使用策略，具体控制原理图如图2所示。

2.1.2冷却塔免费供冷技术

冷却塔免费供冷是指当室外温度更低时，如果将室外新风直接引入，不利于室内热舒适性，此时建议采用冷却塔免费供冷系统。

免费冷却水系统即在室外湿球温度较低时，利用冷却塔提供低温冷却水，通过板交与空调冷冻水进行热交换，对系统提供冷量。

冷却塔主要是采用对流和蒸发散热，使冷却水温下降。

当水温接近湿球温度时，散热很慢，因此，从技术经济出发，冷却后的水温需要比空气的湿球温度高几度，这称为冷幅。一般取3～6℃。冷却塔在相同的冷幅下，当室外空气温度降低时，其冷却能力亦有所下降，如需要保证相同的冷却能力则需要更大的冷幅。例如过渡季冷却水温8/11℃，如需要保证相同的散热冷却能力，冷幅需要达到10～12℃。湿球温度应为-1.0℃。显然，在过渡季需要保证相同冷却能力的室外湿球温度太低，免费冷却塔的利用率太低。因此，在过渡季，需要减小冷幅，放大冷却塔的冷却能力。由于酒店的冷却塔是按夏季工况选择，而免费冷源设计时其室内冷负荷远小于夏季工况，因此可以采用夏季的冷却塔与板换搭配，来满足免费冷源的要求。

图2　空气处理机控制原理图

在样板酒店设计中采用了2台940RT+1台320RT的冷水机组，免费冷源需要提供200RT的冷负荷。免费冷却水设计时增加了1台板换，利用320RT冷水机组对应的冷冻水泵、冷冻水泵提供冷冻水9/13℃、冷却水8/11℃，在室外温度5～15℃（室外湿球温度＞1℃）采用940RT冷水机组对应的冷却塔提供冷源。当室外湿球温度降至-1℃，可采用320RT冷水机组对应的冷却塔提供冷负荷。

200RT的冷负荷采用免费冷却水系统可节约耗电量150kW。具体原理图如图3所示。

2.2厨房空调通风系统的节能

在豪华酒店中，往往设置了各种不同形式的餐厅，如中餐、日餐、三餐、职工餐厅等等，以满足不同人群的使用要求。根据酒店管理公司的要求，厨房内夏季要求室温小于26℃，为了保证厨房的工作环境，需要在厨房内配置相应的空调、通风系统。厨房的空调通风累计的耗电量占整个空调通风系统的30%（不含水系统-冷水机组、水泵、冷却塔等），如采用直流新风系统，其耗冷量可达1000W/m2，其能耗较大。因此在满足酒店使用要求的情况下，合理的空调通风设计可以节约大量的能耗。具体措施如下：

图3　冷却塔免费供冷系统配置图

首先，根据厨房的功能，合理的布置排风机、空调器。以一层的三餐厅为例，按不同的功能，设置了多台排风机。在开放式的厨房灶台上设置了带UV净化的独立的排油烟系统；洗碗间单独设置了排风系统；在精加工、粗加工、准备区、备餐区设了全室通风，同时兼作冷库24h的值班通风。为改善厨房的工作环境，设置了空调系统，在厨房办公室设风机盘管系统、工作区设全新风系统、为保证排油烟系统排风顺利，在厨房灶台排风罩入口处设了机械补风。厨房灶台油烟排风、洗碗间排风可根据需要仅在设备工作时才开启，其对应的空调送风亦可再根据排风系统的变化而调整。见附图。

其次，采用了变频空调、通风系统。通过流体的相似定律，一台风机在相同的大气压力，输送相同的流体（ρ相同），在转速n1、n2的状况下，其流量（G）、压力（P）、功率（N）存在以下关系：

式中G1，G2—风机所输送的风量，m3/h；

n1，n2—风机转速，r/min；

P1，P2—风机所产生的风压，Pa；

N1，N2—风机的功率，kW。

通过以上公式可以看出，电机功率与转速成3次方关系。当一台额定功率5.5kW的排风机在40HZ频率工作时，其电机功率仅为3.0kW，相当于60%的能耗，可节约能量40%以上。而排风量的降低，其新风处理的风量亦可降低。

再次，根据厨房空调服务的区域不同，提供不同的处理温度。如厨房空调提供送风温度为16～18℃，而灶台机械补风（排风量的8%～10%）其处理的温度夏季为28～30℃（酒店管理公司规定厨房内不允许空调季节送入未经冷、热处理的新风）。这样，机械补风仅需处理3～6℃，节约了新风能源；同理，在冬季灶台机械补风提供的送风温度为12～13℃，低于室温，高于室内露点温度，以防结露。

图4　新风处理机与厨房通风设备机控制原理

酒店实际运行情况是：三餐厅厨房排风机在40～45Hz工作，中餐厅厨房排风机在35～40Hz工作，室内保证5～10Pa的负压。

客房是酒店最重要的部分，五星级酒店客房空调就是要提供给客人舒适宜人的环境。根据酒店管理公司的要求，客房的设计参数夏天22℃、冬天21℃［3］。客房一般采用风机盘管加新风的空调系统，在客房内设有风机盘管恒温器，其具有开关、冷暖、高、三速风速控制、温度调节等功能。客人可调节恒温器达到个人所需的温度要求。当客人离开房间，不是停止空调系统，这样会使房间温度变化太大，以至于客人回到房间后需要一个很长的时间才能感到舒适；而是将温度调整到合理的水平，这样的控制措施可以保证客人回房后的舒适度，并最大限度降低能耗。因此在设计时增加了非使用模式的控制。

3　实际运营阶段空调能耗情况

酒店自2011年运营以来，酒店管理部门对空调部分的能耗情况进行了分类实时的记录，有赖于设计阶段的通盘考虑及运营阶段的不短完善控制运营策略，空调负荷呈逐年减小的趋势，如图5所示。

图中数据清楚的表明，随着设备的不断磨合，设备管理人员运营水平的不断提高，空调相关能耗在逐年的降低。

4　实际运营阶段节能技术使用情况

文献［4］对上海市某酒店空调系统用电分项比例进析，得到空调主机能耗远远大于其它设备且占总空调能耗的44.2%，新风机组次之占16.1%，冷冻泵和冷却泵分别占12.2%和10.2%，风柜占9.2%，冷却塔能耗最低仅占空调总能耗的1.2%。同时参考其他地区酒店空调能好的分析，可以看出，酒店中空调系统能耗所占总能耗比重较大，其中主机能耗最大。对该酒店空调各项能耗进行了分析，如图6～图8所示。

图5　酒店运营期空调相关能耗变化情况（单位：kWh）

可以看出，与相关的研究结果相同，在该酒店空调的各组成部分中，冷水机组能耗占比最大，占到了空调总能耗的一半以上，故其节能潜力最大。此时，采取过渡季免费冷却的方法可以有效地减少空调主机的能耗。该节能措施使用后空调各组成部分能耗使用情况变化如图9所示。

图6　2010年空调相关能耗占比

图7　2011年空调相关能耗占比

图8　2014年空调相关能耗占比

图9　各年空调相关能耗变化

由图9可以看出，随着免费冷却等节能措施以及人员管理手段的日渐成熟，空调各项能耗整体来说是有所降低的。而其中冷却风机耗有所增加，是因为采取了过渡季免费冷却的措施，增加了冷却塔的使用时间，从而使冷却风机耗电量有小幅增加。而其中锅炉耗电量的增加则与酒店的入住率以及酒店餐厅厨房等营业额的增加息息相关。

5　结语

五星级酒店空调系统的节能需要从空调系统设计、项目管理、运行管理等多方面综合考虑。首先是空调设计中充分运用节能技术，给运行管理创造节能运参考文献：

行的条件；其次，在项目管理中注重节能措施的落实，最后，在运行管理中根据实际工况，在保证环境舒适度的前提下，提供最佳的经济运行模式。

［1］陆耀庆.实用供热空调设计手册［M］.2版.北京：中国建筑工业出版社，2008.

［2］李魁山，等.不同类型建筑新风免费冷却时间的研究［J］.暖通空调，2012，42（3）.

［3］万豪集团设计要求2005版［Z］.

［4］徐强，庄智，朱伟峰，等.上海市大型公共建筑能耗统计分析［A］.第七届国际绿色建筑与建筑节能大会论文集［C］.2011：322～326.

［5］刘芳，周孝清，陈伟青，等.广州市酒店建筑空调系统能耗现状调查分析［J］.制冷空调与电力机械，2003，29（121）：78.

修回日期：2015-06-29

华电电力科学研究院介绍

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华电电科院建有“空调蓄能与建筑节能重点实验室”，正在筹建国家能源局“国家能源分布式能源技术研发（实验）中心”。华电集团的“动力技术研究中心、煤炭质检计量中心”、“国家电力水电施工设备、电力金属结构检测中心”挂靠我院。我院先后建立了博士后科研工作站、院士工作站、浙江大学研究生教育实践基地等，并与浙江大学联合培养硕士研究生。

华电电科院拥有两家全资子公司和五家参股公司，是院体系开展产业化的平台，主要开展技术成果的产业化和推广应用、节能降耗项目的合同能源管理等业务。

华电电科院坚持以科学发展观为指导，以创造可持续价值发展为引领，以科技创新、服务华电为战略定位、坚持以人为本、科技创新，秉承“自强求变、厚德求进”的企业精神和“诚信、求真、和谐、创新”的核心价值观，为发电企业的安全稳定、经济高效、节能环保运行提供可持续的技术服务和创新支持，努力为电力行业的科学发展及技术进步做出贡献。

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，学士学位，工程师。