北京某酒店空调能耗分析及节能改造措施

郝学军， 　刘旭海

(北京建筑大学 环境与能源工程学院， 北京　100044)



北京某酒店空调能耗分析及节能改造措施

郝学军， 刘旭海

(北京建筑大学 环境与能源工程学院， 北京100044)

摘要：依据北京某酒店公共建筑能源分项计量系统获取的夏季空调系统能耗数据，分析该酒店夏季空调各项的能耗情况和能耗特点，指出该酒店空调系统的缺陷，并提出相应的节能改造措施.

关键词：酒店； 空调系统； 能耗分析； 节能措施

随着社会经济的不断发展，公共建筑能耗也在快速增长. 据统计，2008年公共建筑除集中采暖外的能耗约占建筑能耗的22%[1]，单位面积平均耗电量48.6 kW·h/(m2·a)[2]. 酒店建筑作为典型公共建筑，已经是公共建筑中的耗能大户. 在酒店建筑能耗中，空调和照明能耗接近酒店能耗的70%[3]. 进入21世纪，一方面国家政策针对不同行业提出了节能减排目标，酒店作为“高污染、高能耗、高排放”建筑面临着巨大的节能减排压力，另一方面市场能源价格的飙升造成酒店能源成本大幅提高，使得酒店不得不着眼进行能源方面更深层次的管理. 因此，了解酒店类建筑能耗情况和用能特点，并依据此类信息制定相应的节能策略意义重大.

本文就北京市某酒店2014年夏季能源详细使用情况及酒店空调系统运行管理情况进行分析，指出该酒店空调系统能耗特点以及存在的问题，并提出相应的节能措施.

1酒店概况

酒店位于北京西三环附近，按四星级标准设计，于2005年交付使用，建筑面积约为21 000 m2，建筑布置为：地下2层为停车场及设备间；地上14层，其中1层、2层、4层为大厅、多功能厅和外租单位，3层以上为客房区. 酒店空调面积约为13 600 m2. 客房区空调面积10 450 m2，外租单位、酒店大厅和多功能厅空调面积2 429 m2，员工餐厅空调面积133 m2，地下库房、值班室采用分体式空调供冷面积约600 m2. 该酒店中央空调系统采用风机盘管加独立新风系统，冷热水管统一采用闭式双管制，并按异程方式布，空调机房设备管道连接如图1所示. 此酒店空调能耗重点集中在冷源：2台约克离心式冷水机组(1用1备)；输配系统：2台冷冻水泵(1用1备)、1台补水泵和2台冷却水泵(1用1备)；末端系统：风机盘管、新风机组. 酒店2014年空调系统制冷能耗数据是从公共建筑能源分项计量系统中取得，具有一定的可靠性和参考性.

2酒店空调制冷能耗统计

本文依据北京市建委安装的大型公共建筑能源分项计量柜耗电数据统计得出酒店2014年夏季空调各设备详细耗电如表1所示. 鉴于酒店使用功能方面的特殊性，夏季空调开启时间不仅受到室外气温的影响，还要考虑酒店住客人数以及顾客对供冷的要求，提前或延迟空调开启时间. 据调查得知，该酒店2014年5月中旬开始进行空调系统试运行，10月上旬系统停运.

表1　2014年酒店空调各设备详细耗电记录

酒店作为典型的服务性行业，提供舒适的室内热湿环境是酒店服务质量提升的重要指标，因此，住客人数势必会对酒店空调系统能耗产生影响. 鉴于5月份和10月份酒店空调系统大部分时间处于停机状态，故重点统计了6～9月份(即空调运行全周期时间段)住客人数波动(如图2所示)以及住客人数对空调各设备能耗分布(如图3所示).

3能耗数据分析

根据表1得知，酒店5月份空调能耗比较少，原因是过渡季节室外气温不高，顾客只在中午时段对酒店提出供冷要求，机组运行时间较短. 6月份随着室外气温升高，空调系统能耗开始有较大增长. 其中，末端能耗较5月份增长了约414%，达到了2 722 kW·h，输配能耗同比上月增长197%，达到了15 578 kW·h，冷源能耗增长627%，达到了6 960 KWh. 7月份室内热湿负荷加大，冷水机组运行时间大幅增加，导致冷源能耗相对于6月份增长高达66%，达到了11 534 kW·h. 8月份随着酒店住客人数的增加(见图3)，末端和冷源能耗增长较为明显，末端设备能耗同比上月增长16%，达到4 511 kW·h，水冷机组能耗同比增长19%，达到了13 716 kW·h. 9月份进入末热期，室外气温下降，住客人数较8月份也有一定数量的下降(见图3)，因此，9月份酒店空调系统能耗较8月份大幅下降. 其中，末端设备能耗同比上月减少54%，为2 090 kW·h，输配系统能耗同比上月减少31%，为11 342 kW·h，冷水机组能耗同比上月减少58%，为5 795 kW·h. 进入10月份，北京天气逐渐变凉，除了中午外界温度高时开一段时间，其它时间空调系统基本处在关闭状态，因此10月份酒店空调耗电量非常低.

通过同月能耗对比(见图4)发现，首先，输配系统能耗一直是空调系统的主要能耗来源，整个供冷季其能耗比例占空调总能耗的64.69%，其次，随着室外温度和住客人数的变化，冷源能耗变化较为明显，两者总能耗占空调总能耗的九成.

总的来说，该酒店空调能耗有以下特点：

1) 由图2和图3可知，酒店住客人数和供冷负荷高峰期基本出现在月末20号～30号和月初1号～5号，其他时间段空调负荷相对较为平稳；

2) 由图3和图4可知，供冷期间冷源侧能耗变化很大，但空调输配系统的能耗却居高不下. 原因是冷水泵未采取变频，导致长期全速运转，浪费大量能量；

3) 由图3可知，酒店住客人数对空调末端和冷水机组能耗有较大影响，随着6～8月份酒店住客人数持续增加，空调末端能耗和冷水机也随之升高，最高占总能耗的一半；

4) 图5可知，该酒店6～9月平均空调能耗占酒店总能耗的40%左右，最高可达45%，对空调系统采取适当节能措施势必会大大节省酒店能耗开支.

4酒店空调运行情况及系统缺陷

调研得知，酒店注重空调冷源和末端节能. 运行人员会根据室外温度或者冷水供回水温差对机组进行启停控制，末端风盘和新风也只在有客人的房间才会开启. 地下1层的员工餐厅夏季室温不高且用餐时间较短，末端风盘基本处于关闭状态；大厅、外租单位和多功能厅根据需要进行供冷. 由于酒店夏季平均客房入住率40%，故客房实际使用空调面积为4 180 m2. 因此，该酒店夏季实际使用空调面积为6 609 m2. 根据酒店夏季空调能耗和酒店空调面积得出：2014年酒店空调年单位面积能耗为18.2 kW·h/(m2·a). 依据中国建筑节能年度发展研究报告(2011版)中的公共建筑能耗模块的数据统计得出北京地区一般酒店空调系统(除冬季供暖)年平均单位面积能耗在13～43.6 kW·h/(m2·a)之间. 对比可知，该酒店空调系统运行能耗相对较小.

虽然酒店加强了对空调系统的节能管理，在一定程度上减少了能源浪费，但在空调系统冷源端和输配端依旧存在着不合理的现象.

1) 2014年整个夏季冷水机组AP- L2并没有运行，此外，冷水机组在过渡季节及夜间低负荷运行时，会出现压缩机喘振现象. 原因是冷源装机容量的过大. 虽然冷水机组的启停控制，节省了冷源侧运行电耗，但机组频繁启动，不仅会缩短机组使用寿命，同样会造成能源的大量浪费；

2) 酒店水系统运行出现了典型的小温差、大流量现象，如图6所示2014年7月份冷冻水温差1 ℃～2 ℃，冷却水温差3 ℃左右；

3) 与其他公共建筑空调能耗相比，酒店建筑空调能耗特点独特. 除了天气情况以外，酒店的客房入住率、星级服务等都对空调能耗起到较大影响. 因此酒店空调系统的使用及能耗情况具有多变性，然而该酒店并没有制定出科学的、有针对性的节能运行策略.

5节能改造措施

针对该酒店夏季空调输配能耗一直高居不下和运行管理人员频繁对冷水机组启停控制的现状，本文的节能改造措施将重点针对输配侧和冷源侧.

5.1冷源系统节能

1)优化冷水机组配置

针对酒店供冷季负荷变化大的特点，冷水机组宜采用一大一小的运行组合方式. 7～8月份负荷较大时，开启2台冷水机组同时供冷；夏初和夏末时间，开启小容量的冷水机组即可满足要求，避免了冷水机组的频繁启动.

2) 冷水机组变水温运行

研究结果显示，冷水机在部分负荷下运转较满负荷运转时设备单位冷量的功耗增加10%～20%[4]. 通过提高机组蒸发温度，可以提高冷水机组的运行效率. 以离心机组为例，冷水温度每提高1 ℃，机组单位制冷量能耗可降低3%[5]. 针对该酒店夏季负荷的分布特点，7～8月份负荷较大时，冷水机组采取设计的冷水供回温度7 ℃～12 ℃运行. 夏初和夏末酒店负荷较小，通过提高冷冻水温度来满足酒店小负荷需求.

3) 冷水机组+水蓄冷联合运行

由于该酒店夏季昼夜负荷变化大且过渡季节冷水机频繁启停，因此采用冷水机组和水蓄冷联合运行方式不失为一种即经济又方便的策略. 冷水机在夜间和过渡季节低负荷下运行时，可兼顾供冷和蓄冷，实现高效运行. 白天用电高峰时，可以让机组停运一段时间，依靠夜间蓄冷量对酒店供冷. 这样既避免了低负荷下机组的频繁启停，又实现了机组持续高效运行，同时又降低了耗电开支.

5.2输配系统节能

水泵的流量、轴功率和转速的关系如下：

(1)

(2)

式中：Q为水泵的流量(m3/s)；n为水泵的转速(r/min)；N为水泵的轴功率(kW).

由式(1)、式(2)可知，水泵的轴功率与流量成3次方关系. 在负荷一定的情况下，冷水的流量与温差成反比，水泵的轴功率与冷水供回温差的立方成反比. 因此，在负荷一定的情况下，提高冷水供回水温差可大幅节省水泵能耗.

针对该酒店空调水系统“小温差、大流量”的情况，解决方法有：

1) 可以对冷水泵加装变频装置. 研究表明，当冷水泵能耗占空调系统能耗比较大时，空调系统负荷率越低，采用变频水泵节能效率就越高[6]. 因此，对于该酒店空调系统一直处在“大马拉小车”情况下，对水泵加装变频节能效果明显；

2) 改变酒店水泵“1用1备”运行方案，采用“2用1备”. 在满足系统流量的前提下，选用3台小流量水泵配置方案. 在月初和月末负荷较大时，启动2台水泵并联运行；当酒店负荷降低时，启用1台水泵，实现分阶段的变流量运行.

6结论

通过对该酒店夏季空调运行调研和能耗数据的对比分析得出如下结论：1)该酒店空调系统能源浪费主要集中在输配系统，水泵未加变频以及冷冻水“小温差、大流量”是导致输配能耗高的主要原因；2)酒店住客人数对酒店冷源和末端侧能耗影响比较明显；3)夏季酒店昼夜空调负荷变化大，过渡季节机组启停控制频繁；4)采取合理的冷源配置、机组变水温运行、机组加水蓄冷联合运行都可避免冷源频繁启停，实现冷源侧节能；5)冷水泵加装变频或者使水泵配置多样化，输配系统节能效果将会显著提升.

参考文献：

[1]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告[R]．北京:中国建筑工业出版社，2011

[2]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告[R]． 北京:中国建筑工业出版社，2010

[3]宫喜龙，周志华，凌春雷.酒店能耗分析与节能措施[J]．煤气与热力,2008,28(5):29-31

[4]束传浩，李百战.制冷机能量调节分析[J].暖通空调,1988(5): 21-26

[5]高田秋一.离心式制冷机[M].耿惠彬,译. 北京：机械工业出版社,1985:1-6

[6]孟彬彬.部分负荷下一次泵水系统变流量性能研究[J].暖通空调,2002,32(6):108-110

[责任编辑：王志兵]

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Analysis of Air Conditioning Energy Consumption and Energy-Saving Measures of Hotel in Beijing

Hao Xuejun, Liu Xuhai

(School of Environment and Energy Engineering，Beijing University of Civil Engineering and Architecture，Beijing 100044)

Abstract:According to the energy consumption data of the summer air conditioning system acquired by the public building energy-metering system of the hotel，the energy consumption status and characteristics of the summer air conditioning of the hotel are analysed and the defects of the air conditioning system are pointed out and some corresponding energy-saving measures are put forward. The purpose is to provide some references for the design and energy-saving management of the air conditioning system of the similar type of hotel.

Key words:hotel; air conditioning; energy analysis; energy-saving measures

中图分类号：TU-831.2

文献标志码：A

作者简介：郝学军(1968—)，男，副教授，硕士，研究方向：通风空调系统节能.

基金项目：北京市发改委研究项目(Z13050)

收稿日期：2015-10-13

文章编号：1004-6011(2016)01-0065-05