株洲市某酒店培训中心空调及生活热水系统设计

李义 李灿 卢建新 李苗姝 崔术祥 良康麒

1湖南工业大学土木工程学院

2湖南天地人空调环保工程有限公司

1 工程概况

株洲市某酒店改造工程项目位于株洲市南方工业园区，是该工业园区对内对外联系的窗口，集住宿，餐饮，接洽交流，培训于一体的酒店培训中心，共5栋单体建筑，总建筑面积为9850m2。同时容纳650人就餐及300人参加培训。建筑物总体布局如图1所示。

图1 建筑总布局规划图

2 设计参数与负荷计算

室内设计参数参照表1[1]。

表1室内设计参数

通过计算，空调总冷负荷为1092kW，空调总热负荷为655kW。

取餐饮的用水定额为15L，培训中心用水定额为30L，酒店客房用水定额取150L[2]。经计算，该工程生活热水系统的设计小时耗热量为356kW，设计小时热水量为8.2m3/h，为全日制热水供应系统。

3 本工程设计的特点

原建筑房间均采用分体空调机；生活热水由主楼屋顶两台空气源热泵提供，水箱容积10t，其他由电热水器提供。

经分析，本工程设计存在以下难点：

1）空调系统设计与生活热水设计本来是分专业由不同的设计人员完成，现需要结合实际需要，达到整体运行管理节能的要求，需设计同时解决空调及生活热水的一体化方案。

2）建筑群内的五栋建筑较分散，且每栋建筑的空调使用面积相差甚远，建筑能耗大，建筑房间的使用功能较多，需要不同的空气处理方案。

4 冷热源方案

4.1 冷热源负荷

取酒店宾馆同时使用系数0.8左右，所以制冷设备主机负荷为860kW；制热设备负荷为480kW。

4.2 冷热源方案分析

针对此改造项目特点，对具有可行性的三种冷热源系统方案进行技术经济性[3]方面的分析。

方案一：采用空气源热泵空调+电辅+空气源热泵热水系统；

方案二：水冷螺杆式冷水机组+燃气锅炉+空气源热泵热水系统；

方案三：一体化直燃式空调机组+燃气锅炉+空气源热泵热水系统。

1）初投资分析

三个方案的初投资比较见表2。

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2）运行费用分析

系统运行过渡季节按照180天计算，冬季按照90天计算，夏季按照90天计算；生活热水运行费用的计算过渡季节按照空气源热泵热水器的用电负荷进行计算，冬季使用燃气锅炉制热，折算成燃气费用；夏季通过热回收，免费制得生活热水。燃气费按3.0元/m3，商业用电电费按1.0元/kWh计算。

表3运行费用比较

3）方案优缺点

表4为各方案的优缺点比较。

表4各方案优缺点比较

4）结论

初投资成本：方案三＞方案一＞方案二；

年运行费用：方案二＞方案三＞方案一；

投资回收期[4]计算：

方案一与方案二对比：N=(255-194)/(85.5-62.5)=2.65年，即采用方案一增加的费用在2.65年内回收增加的初投资。

方案一与方案三对比：N=(293-255)/(66.7-62.5)=9.05年，即采用方案三增加的费用在9.05年内回收增加的初投资。

所以：由于方案三初投资增加的费用较高，投资回收期较长，综合其他因素折中考虑采用方案一较优。

4.3 冷热源机房确定

根据现场条件，原设计机房面积只有60m2左右，如采用原设备机房，设备机房不能满足设备的布置要求；同时，生活热水系统、消防系统和配电系统的备用电源（即柴油发电机房）同样面临机房重新选址问题，即原来的设备机房无法满足改造的需求，综合这些因素和现场建筑物的特点（建筑较分散），设计方提出采用集中式供冷供热系统，为此项目提供空调系统的供冷供热及生活热水的冷热源，同时也为消防，电气提供了设备机房。机房（建筑尺寸：15000mm×10000mm）位置在原贵宾楼东北角位置的运动场地。

5 空调及生活热水系统设计

图2为空调机生活热水系统图。

图2 空调热水系统方案原理图

5.1 空调系统制冷制热设计

1）空调主机及控制：选用一台水冷螺杆式冷水机组（制冷量：860kW，部分热回收量：136kW）满足空调制冷的需求；主机配有两台压缩机，为2个单独回路；部分热回收量≥主机总制冷量的15%，半封闭式螺杆式压缩机，COP值不低于4.5，能量调节控制为12.5%~100%，制冷剂R22/R134a，水温PID控制，电源三相380V、50Hz。

2）锅炉：为系统一次换热设备，锅炉选用卧式燃气常压热水锅炉二台，单台制热量40万大卡，额定进出水温95/70℃，热效率不低于91%，燃烧器选用多档位调节，便于运行管理调节控制。

3）板式换热器：板式换热器换热量80万大卡，一次侧供/回水温度 75/65℃，二次侧供/回水温度50/60℃，采用不锈换热钢板片。

3）其他设备：

①冷却水泵、冷冻水泵均为一用一备；冷冻水泵兼做冬季热水循环泵使用；冷却塔一台。

②热水水泵共四台，其中二台为锅炉加热热水水泵，其中二台为生活热水循环水泵。

③季节转换（V1，V2电动切换控制）。夏季：V1关闭、V2开启；冬季：V1开启、V2关闭。

5.2 生活热水系统设计

1）夏季生活热水通过带热回收的空调主机的运行使用免费生活热水。

2）冬季生活热水由一次换热设备燃气锅炉2与生活热水水箱10循环制得。冬季空调制热与卫生热水采用板式换热器和燃气锅炉同时供应，也可单独供应空调热水或单独供应卫生热水，且两个独立回路可互为备用，且任一回路出故障不影响其他回路的正常运行，能24小时不间断提供空调和卫生热水。

3）过渡季节生活热水（空气源热水器）。根据计算，需另外购置1台34kW的空气源热泵热水器才能满足设计要求。空气源热泵热水系统流程见图3虚线部分。每台空气源热泵热水器独立配置一台加热水泵，共三台；制得的生活热水经热水循环泵（共2台，一用一备）至热水分水器分区送至用水点。

4）水泵及末端管网。热水循环泵采用变频水泵，根据末端的使用情况进行变流量控制，以节约水泵能耗。热水系统采用全循环热水供应方式。

6 节能设计

1）方案技术：空调及生活热水一体化方案由成熟的空调制冷，燃气锅炉，生活热水技术集成，确保供能的可靠性和运行管理的经济性，不存在技术上的问题，同时解决了投资方的疑虑，降低了运行成本，且运行故障低，维修方便。在夏热冬冷的南方地区有很好的技术推广作用。

2）生活热水节能：该改造工程为酒店培训中心，生活热水对其非常重要，是酒店住宿餐饮必不可少的。在充分利用空调系统废热及自然热源的基础上，保证了全年生活热水的制得；同时，在特殊天气、特殊不利情况条件下，生活热水分季节制取的三种方式可以临时切换，生活热水制热设备检修期间也能保证生活热水的及时稳定供给，保障了酒店的运营。

3）建筑节能措施：1，2号楼建筑物为上世纪九十年代南方建筑，未考虑建筑节能，根据《湖南省民用建筑节能条例》对既有建筑节能的规定，建议1、2号楼做建筑外保温，同时优先采用遮阳、通风、照明等低成本节能改造措施，最后此建议得到采纳并实施。

7 设计体会

本改造工程人员密集，建筑布局比较分散，使用功能存在很大的差异，空调生活热水系统设计存在很多的限制条件，与单一的空调系统设计和生活热水系统设计相比增加了设计的难度。冷热源方案的确定，限制条件很多，经过现场实际情况考察，多方协调和论证修改，最后找到了合适当地气候条件的空调系统和生活热水系统的一体化设计方法，完成了符合建设方要求的空调生活热水系统设计。

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

[2] 中国建筑设计研究院.建筑给水排水设计手册[M].北京:中国建筑工业出版社,2008

[3] 王海霞.空调系统经济节能型分析[D].郑州:郑州大学,2010

[4] 张心刚.城市街区区域供冷供热系统优化研究[D].上海:同济大学,2007