风冷热泵空调运用于高级酒店案例分析

文/杨鸿儒 台州市城乡规划设计研究院 浙江台州 318000

1、工程概况

台州市凤凰山庄位于台州市椒江区凤凰山脚下，地处市中心，却有着一条蜿蜒的绿道隔离城市的喧闹。其天然独到地理位置，使其成为独享台州市城市绿洲的大型高级酒店，同时也是台州市少有的花园式酒店。由于老酒店经过30年的使用后，急需进行升级改造来迎接高级客源，甚至是国宾级客源的下榻。本次升级改造中的国宾楼和随从楼采用新中式建筑外观，四合院的设计形式，建筑面积15254m2。暖通空调设置有四管制中央空调系统和地板辐射供暖系统。

2、空调方案

2.1 主机

本工程国宾馆和随从楼合用一套空调主机。根据负荷计算，国宾馆和随从楼的夏季冷负荷综合最大值为1079KW，冬季热负荷综合最大值为698KW。本工程原本的设计方案为水冷离心机+燃气锅炉的常规方案，但后来由酒店运营方提出，采用模块式风冷热泵带热回收，设置三联供系统，可以在夏天制冷的同时提供酒店需要的生活热水的做法可以有效节约运营费用，同时这种做法成为了现阶段酒店空调的一种节能趋势。由于采用燃气锅炉需要设置烟囱高空排放锅炉燃烧废气。考虑到烟囱的设置会影响到整个建筑立面的造型，另外在锅炉运行时烟囱确实会产生一定量的水气，造成周边居民的投诉，同时酒店运营方多次提出酒店运营办公用房面积不足。采用模块式三联供机组既能解决烟囱的问题，又能满足酒店减少运营成本的需求，同时还能将地下室的制冷机房和锅炉房腾出来作为酒店运营用房面积使用。此方案似乎是完美的解决方案。但是经过市场调查发现目前市场上三联供的空调主机生产厂商稀少，且各生产商生产的设备质量参差不齐，这对政府投资项目的招投标非常不利。考虑到以上种种原因，最终敲定一个三方折中的方案，采用风冷螺杆式冷水机组，既满足了招标，又去除了烟囱。生活热水由独立的空气源热水机组单独提供。

按照浙江省《绿色建筑设计标准》的条文，风冷热泵应按照冬季工况进行选型。由于本工程设计为新中式建筑，剖屋面的存在无法按照常规建筑的做法将空气源热泵的主机放置在屋顶，同时整个场地中也没有多余的空间用于放置空气源热泵主机，最终敲定将主机放置在凤凰山的山坳中。由于山坳在冬季的温度低于其他场地，考虑到本工程的重要性和特殊性，室外空调计算干球温度按照比台州市冬季空调室外计算干球温度低10℃，按照-10℃核算。在国际标准制热工况(环境温度干湿球7/6℃)下一般风冷热泵机组热源测的翅片不结霜,在低于7℃环境温度下会逐渐开始结霜。一般在结霜后性能恶化至一定程度后，风冷热泵机组开始融霜。融霜过程需要吸热，随着环境温度的下降，风冷制热周期内平均制热量与峰值制热量比值会下降[1]，所以制热量必须进行容量衰减系数修正。经核算，在-10℃时的主机制热量约为额定工况的48%，故选用两台制冷量623KW,制热量574KW的风冷螺杆式热泵机组，作为常规空调冷热源，冬季提供45-40℃的空调热水，夏天和春秋季提供7-12℃的空调冷水。

2.2 四管制

由于本工程采用的是四管制系统，按照常规水冷离心机+燃气锅炉的常规方案，在春秋过渡季节同时提供7-12℃的空调冷水和60-50℃的空调热水。本工程采用了风冷螺杆式机组以后，需要同时再增加一台风冷热泵机组方可实现四管制的要求。由于过渡季节需要多少热负荷使用无法确定，同时在过渡季节，台州市的室外空调设计温度会高于0℃，工况远远好于冬季工况，故这台机组的大小无法确定下来。根据运营方在确定方案为风冷螺杆式热泵以后提出，需要一台备用机组应对万一出现的机器故障。选取了一台与常规机组一样，制冷量623KW,制热量574KW的风冷螺杆式热泵作为过渡季节制热不失为一种比较不错的方案。其不但能形成四管制系统的热源，同时在冬季提供室内泳池、SPA 区域45-40℃地板辐射供暖热水，另外也可以作为整个国宾馆和随从楼的备用冷热源，在其余两台设备发生故障的时候作为应急设备投入使用，从而保证整个高级客房区空调系统的正常运行。

2.3 二次泵

由于本工程采用风冷热泵以后，整个热泵主机需要放置在室外，但是新中式设计的剖屋面无法满足屋顶放置热泵主机的要求。另外将热泵主机放置在屋面，会有噪声对客房产生不利的影响，当然这和高端客房的定位也不相符。所以本工程主机布置的方案是将热泵移动至山坳中，再通过绿化将主机隐藏在大自然中，做到在凤凰山庄的酒店每一处内看不到主机的存在，同时通过绿化将主机运行的噪声彻底消除，给酒店一个安静的环境。但是这个方案存在一个问题：主机到末端的距离太远。本工程随从楼距离山坳较近，国宾楼距离山坳较远。若采用一次泵系统，我们当然也可以通过减压阀来降低随从楼空调水系统入口压力，来达到整个系统平稳运行的目的，但这样的系统会导致系统运行能耗大大增大，酒店运营成本大幅提高。当环路总长度和水系统能效比不满足《公共建筑节能设计标准》的要求时，不应采用冷（热）源侧定流量的一次泵系统，应采用水泵能够变速节能的二次泵（或其他）系统；负荷侧阻力差值超过5m 时，宜分区域设置二级泵[2]。本工程输配系统最终采用了二次泵系统来达到相关的要求。国宾楼和随从楼的常规空调冷热水各有2 台二次输配水泵，均为一用一备配置；国宾楼和随从楼的四管制空调热水也各有2 台二次输配水泵，均为一用一备配置。通过不同的二次泵扬程来达到整个系统的节能和稳定运行。水管进入所在建筑以后参考北方供暖的方式，在一层的管沟内敷设，并进入每个客房所在的垂直管道井输送到各个客房。这样的布置方式不但减少吊顶内的凝结水，减少夏季山庄高湿度带来的走廊吊顶凝结水烦恼，还可以提高走道的高度，方便管道的维修。

3、设计反思

由于风冷热泵主机的特性，虽然有一机两用，初投资低的优点，但也存在水温控制不够精准，运行能耗大，没有传统水冷离心机+燃气锅炉的方式的空调系统来得节能的缺点，所以将其作为空调主机的设计方式在国内高端酒店的设计中并不常见。由于本项目存在一定的特殊性，选用风冷螺杆式热泵主机可以达到空调系统的基本使用要求。笔者在设计过程中曾经在想，是否可以选用蒸发冷凝式螺杆机组作为空调主机，同时将冷却水换成盐溶液，形成能源塔用于本工程，既能达到去除锅炉烟囱的问题，又能达到节能减排的目的。那个是笔者心目中本工程中央空调冷热源最完美的解决方案。

结语：

空调系统是暖通专业中相当复杂的一个领域，设计的过程中应避免出现教条主义。在设备选用的过程中，应该选用最合适的设备放置在最合适的地方来发挥其作用。