李義 李燦 盧建新 李苗姝 崔術(shù)祥 良康麒

1湖南工業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院

2湖南天地人空調(diào)環(huán)保工程有限公司

1 工程概況

株洲市某酒店改造工程項(xiàng)目位于株洲市南方工業(yè)園區(qū)，是該工業(yè)園區(qū)對(duì)內(nèi)對(duì)外聯(lián)系的窗口，集住宿，餐飲，接洽交流，培訓(xùn)于一體的酒店培訓(xùn)中心，共5棟單體建筑，總建筑面積為9850m2。同時(shí)容納650人就餐及300人參加培訓(xùn)。建筑物總體布局如圖1所示。

圖1 建筑總布局規(guī)劃圖

2 設(shè)計(jì)參數(shù)與負(fù)荷計(jì)算

室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)參照表1[1]。

表1室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

通過計(jì)算，空調(diào)總冷負(fù)荷為1092kW，空調(diào)總熱負(fù)荷為655kW。

取餐飲的用水定額為15L，培訓(xùn)中心用水定額為30L，酒店客房用水定額取150L[2]。經(jīng)計(jì)算，該工程生活熱水系統(tǒng)的設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量為356kW，設(shè)計(jì)小時(shí)熱水量為8.2m3/h，為全日制熱水供應(yīng)系統(tǒng)。

3 本工程設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

原建筑房間均采用分體空調(diào)機(jī)；生活熱水由主樓屋頂兩臺(tái)空氣源熱泵提供，水箱容積10t，其他由電熱水器提供。

經(jīng)分析，本工程設(shè)計(jì)存在以下難點(diǎn)：

1）空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與生活熱水設(shè)計(jì)本來是分專業(yè)由不同的設(shè)計(jì)人員完成，現(xiàn)需要結(jié)合實(shí)際需要，達(dá)到整體運(yùn)行管理節(jié)能的要求，需設(shè)計(jì)同時(shí)解決空調(diào)及生活熱水的一體化方案。

2）建筑群內(nèi)的五棟建筑較分散，且每棟建筑的空調(diào)使用面積相差甚遠(yuǎn)，建筑能耗大，建筑房間的使用功能較多，需要不同的空氣處理方案。

4 冷熱源方案

4.1 冷熱源負(fù)荷

取酒店賓館同時(shí)使用系數(shù)0.8左右，所以制冷設(shè)備主機(jī)負(fù)荷為860kW；制熱設(shè)備負(fù)荷為480kW。

4.2 冷熱源方案分析

針對(duì)此改造項(xiàng)目特點(diǎn)，對(duì)具有可行性的三種冷熱源系統(tǒng)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性[3]方面的分析。

方案一：采用空氣源熱泵空調(diào)+電輔+空氣源熱泵熱水系統(tǒng)；

方案二：水冷螺桿式冷水機(jī)組+燃?xì)忮仩t+空氣源熱泵熱水系統(tǒng)；

方案三：一體化直燃式空調(diào)機(jī)組+燃?xì)忮仩t+空氣源熱泵熱水系統(tǒng)。

1）初投資分析

三個(gè)方案的初投資比較見表2。

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2）運(yùn)行費(fèi)用分析

系統(tǒng)運(yùn)行過渡季節(jié)按照180天計(jì)算，冬季按照90天計(jì)算，夏季按照90天計(jì)算；生活熱水運(yùn)行費(fèi)用的計(jì)算過渡季節(jié)按照空氣源熱泵熱水器的用電負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，冬季使用燃?xì)忮仩t制熱，折算成燃?xì)赓M(fèi)用；夏季通過熱回收，免費(fèi)制得生活熱水。燃?xì)赓M(fèi)按3.0元/m3，商業(yè)用電電費(fèi)按1.0元/kWh計(jì)算。

表3運(yùn)行費(fèi)用比較

3）方案優(yōu)缺點(diǎn)

表4為各方案的優(yōu)缺點(diǎn)比較。

表4各方案優(yōu)缺點(diǎn)比較

4）結(jié)論

初投資成本：方案三＞方案一＞方案二；

年運(yùn)行費(fèi)用：方案二＞方案三＞方案一；

投資回收期[4]計(jì)算：

方案一與方案二對(duì)比：N=(255-194)/(85.5-62.5)=2.65年，即采用方案一增加的費(fèi)用在2.65年內(nèi)回收增加的初投資。

方案一與方案三對(duì)比：N=(293-255)/(66.7-62.5)=9.05年，即采用方案三增加的費(fèi)用在9.05年內(nèi)回收增加的初投資。

所以：由于方案三初投資增加的費(fèi)用較高，投資回收期較長，綜合其他因素折中考慮采用方案一較優(yōu)。

4.3 冷熱源機(jī)房確定

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)條件，原設(shè)計(jì)機(jī)房面積只有60m2左右，如采用原設(shè)備機(jī)房，設(shè)備機(jī)房不能滿足設(shè)備的布置要求；同時(shí)，生活熱水系統(tǒng)、消防系統(tǒng)和配電系統(tǒng)的備用電源（即柴油發(fā)電機(jī)房）同樣面臨機(jī)房重新選址問題，即原來的設(shè)備機(jī)房無法滿足改造的需求，綜合這些因素和現(xiàn)場(chǎng)建筑物的特點(diǎn)（建筑較分散），設(shè)計(jì)方提出采用集中式供冷供熱系統(tǒng)，為此項(xiàng)目提供空調(diào)系統(tǒng)的供冷供熱及生活熱水的冷熱源，同時(shí)也為消防，電氣提供了設(shè)備機(jī)房。機(jī)房（建筑尺寸：15000mm×10000mm）位置在原貴賓樓東北角位置的運(yùn)動(dòng)場(chǎng)地。

5 空調(diào)及生活熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖2為空調(diào)機(jī)生活熱水系統(tǒng)圖。

圖2 空調(diào)熱水系統(tǒng)方案原理圖

5.1 空調(diào)系統(tǒng)制冷制熱設(shè)計(jì)

1）空調(diào)主機(jī)及控制：選用一臺(tái)水冷螺桿式冷水機(jī)組（制冷量：860kW，部分熱回收量：136kW）滿足空調(diào)制冷的需求；主機(jī)配有兩臺(tái)壓縮機(jī)，為2個(gè)單獨(dú)回路；部分熱回收量≥主機(jī)總制冷量的15%，半封閉式螺桿式壓縮機(jī)，COP值不低于4.5，能量調(diào)節(jié)控制為12.5%~100%，制冷劑R22/R134a，水溫PID控制，電源三相380V、50Hz。

2）鍋爐：為系統(tǒng)一次換熱設(shè)備，鍋爐選用臥式燃?xì)獬簾崴仩t二臺(tái)，單臺(tái)制熱量40萬大卡，額定進(jìn)出水溫95/70℃，熱效率不低于91%，燃燒器選用多檔位調(diào)節(jié)，便于運(yùn)行管理調(diào)節(jié)控制。

3）板式換熱器：板式換熱器換熱量80萬大卡，一次側(cè)供/回水溫度 75/65℃，二次側(cè)供/回水溫度50/60℃，采用不銹換熱鋼板片。

3）其他設(shè)備：

①冷卻水泵、冷凍水泵均為一用一備；冷凍水泵兼做冬季熱水循環(huán)泵使用；冷卻塔一臺(tái)。

②熱水水泵共四臺(tái)，其中二臺(tái)為鍋爐加熱熱水水泵，其中二臺(tái)為生活熱水循環(huán)水泵。

③季節(jié)轉(zhuǎn)換（V1，V2電動(dòng)切換控制）。夏季：V1關(guān)閉、V2開啟；冬季：V1開啟、V2關(guān)閉。

5.2 生活熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1）夏季生活熱水通過帶熱回收的空調(diào)主機(jī)的運(yùn)行使用免費(fèi)生活熱水。

2）冬季生活熱水由一次換熱設(shè)備燃?xì)忮仩t2與生活熱水水箱10循環(huán)制得。冬季空調(diào)制熱與衛(wèi)生熱水采用板式換熱器和燃?xì)忮仩t同時(shí)供應(yīng)，也可單獨(dú)供應(yīng)空調(diào)熱水或單獨(dú)供應(yīng)衛(wèi)生熱水，且兩個(gè)獨(dú)立回路可互為備用，且任一回路出故障不影響其他回路的正常運(yùn)行，能24小時(shí)不間斷提供空調(diào)和衛(wèi)生熱水。

3）過渡季節(jié)生活熱水（空氣源熱水器）。根據(jù)計(jì)算，需另外購置1臺(tái)34kW的空氣源熱泵熱水器才能滿足設(shè)計(jì)要求。空氣源熱泵熱水系統(tǒng)流程見圖3虛線部分。每臺(tái)空氣源熱泵熱水器獨(dú)立配置一臺(tái)加熱水泵，共三臺(tái)；制得的生活熱水經(jīng)熱水循環(huán)泵（共2臺(tái)，一用一備）至熱水分水器分區(qū)送至用水點(diǎn)。

4）水泵及末端管網(wǎng)。熱水循環(huán)泵采用變頻水泵，根據(jù)末端的使用情況進(jìn)行變流量控制，以節(jié)約水泵能耗。熱水系統(tǒng)采用全循環(huán)熱水供應(yīng)方式。

6 節(jié)能設(shè)計(jì)

1）方案技術(shù)：空調(diào)及生活熱水一體化方案由成熟的空調(diào)制冷，燃?xì)忮仩t，生活熱水技術(shù)集成，確保供能的可靠性和運(yùn)行管理的經(jīng)濟(jì)性，不存在技術(shù)上的問題，同時(shí)解決了投資方的疑慮，降低了運(yùn)行成本，且運(yùn)行故障低，維修方便。在夏熱冬冷的南方地區(qū)有很好的技術(shù)推廣作用。

2）生活熱水節(jié)能：該改造工程為酒店培訓(xùn)中心，生活熱水對(duì)其非常重要，是酒店住宿餐飲必不可少的。在充分利用空調(diào)系統(tǒng)廢熱及自然熱源的基礎(chǔ)上，保證了全年生活熱水的制得；同時(shí)，在特殊天氣、特殊不利情況條件下，生活熱水分季節(jié)制取的三種方式可以臨時(shí)切換，生活熱水制熱設(shè)備檢修期間也能保證生活熱水的及時(shí)穩(wěn)定供給，保障了酒店的運(yùn)營。

3）建筑節(jié)能措施：1，2號(hào)樓建筑物為上世紀(jì)九十年代南方建筑，未考慮建筑節(jié)能，根據(jù)《湖南省民用建筑節(jié)能條例》對(duì)既有建筑節(jié)能的規(guī)定，建議1、2號(hào)樓做建筑外保溫，同時(shí)優(yōu)先采用遮陽、通風(fēng)、照明等低成本節(jié)能改造措施，最后此建議得到采納并實(shí)施。

7 設(shè)計(jì)體會(huì)

本改造工程人員密集，建筑布局比較分散，使用功能存在很大的差異，空調(diào)生活熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)存在很多的限制條件，與單一的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)和生活熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)相比增加了設(shè)計(jì)的難度。冷熱源方案的確定，限制條件很多，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況考察，多方協(xié)調(diào)和論證修改，最后找到了合適當(dāng)?shù)貧夂驐l件的空調(diào)系統(tǒng)和生活熱水系統(tǒng)的一體化設(shè)計(jì)方法，完成了符合建設(shè)方要求的空調(diào)生活熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

[1] 陸耀慶.實(shí)用供熱空調(diào)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008

[2] 中國建筑設(shè)計(jì)研究院.建筑給水排水設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:中國建筑工業(yè)出版社,2008

[3] 王海霞.空調(diào)系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)節(jié)能型分析[D].鄭州:鄭州大學(xué),2010

[4] 張心剛.城市街區(qū)區(qū)域供冷供熱系統(tǒng)優(yōu)化研究[D].上海:同濟(jì)大學(xué),2007