南京美高梅美荟酒店项目冷热源方案比选

0 引言

南京美高梅美荟酒店项目为钓鱼台美高梅酒店集团旗下以Mhub为品牌的第一家酒店，Mhub定位为娱乐、欢快和活力的复合有机体酒店，主要侧重为客户群体带来轻松、健康、科技化的娱悦体验，因此对酒店建筑的环境舒适度、友好度提出了更高要求。在技术可行的前提下，本文对该酒店的冷热源方案进行了技术经济分析，主要从初投资及运行费用两个方面进行比选，使最终方案更加符合健康环保相关要求。

1 项目概况

该项目位于江宁区方山地质公园附近，总占地面积20318.01平米，总建筑面积约36830平米，地下16500平米，地上20330平米，容积率1.0，客房数202间，客房层层高3.5m，为四星级酒店。

冷热源方案时主要分析了以下几方面：

①项目附近是否有城市电网、城市管道天然气供应，是否靠近风景保护区，是否存在化工厂、污水处理厂等。

②冬季和夏季的冷热负荷是否平衡，餐饮、办公、客房等主要功能区的负荷是否平衡，各功能区的负荷特性和使用特性是否存在显著差异。

逐时负荷计算，可得该酒店的冷热负荷如下：

①空调总热负荷为1539kW。除此之外，空调通风为280kW，生活热水为710kW，泳池维温为82kW，合计为2611kW，其综合热负荷为2611×0.85=2219kW。

②空调总冷负荷为2216kW。

2 冷热源可选形式

2.1 冷源

方案一：冷水机组。选用3台250RT的螺杆式冷水机组，当一台机组故障或检修时其余机组至少可以负担79%的总负荷，机组能在总负荷10%的最低负荷正常运行。

方案二：冷水机组+风冷热泵。选用2台250RT的螺杆式冷水机组和1台250RT的风冷热泵机组，其中风冷热泵机组作为辅助的冷源来使用，当任意一台机组发生故障、需要检修时其余机组可以负担79%的总负荷，机组能在总负荷10%的最低负荷正常运行。

2.2 热源

方案一：燃气锅炉系统。选用2台1.05MW的承压热水锅炉，当一台锅炉发生故障，另一台锅炉的容量可满足酒店负荷量的61%。

方案二：燃气锅炉系统+风冷热泵。选用2台0.7MW的承压热水锅炉+1台250RT的风冷热泵机组，当任一热源设备发生故障，其余热源设备的容量可至少满足酒店负荷量的82%。

锅炉房室内设1m的油箱，根据计算1m油箱可供1.05MW锅炉使用约8小时，本项目为城市酒店，8小时具备由外部输送燃油的条件，因此不设置室外油罐。以上锅炉一次泵循环水系统采用定流量系统，根据二次侧水温进行负荷调节。设计3台一次水循环泵与锅炉一一对应，一次水供回水温度为90/65℃。

2.3 冷热源方案优缺点分析

方案一：冷水机组+燃气锅炉系统，该方案稳定可靠，可实现冷暖同步需求。

优点：系统成熟、设备可靠、系统安全。主要设备初始投资小。

缺点：运行噪音大，机房需要消声，制冷机易产生温室效应，对环境不利；由于需要设置单独的冷却塔系统，因此整体系统占用绿化/屋顶面积大，锅炉房有建筑特殊要求，需设置泄爆口，且消防要求高，对烟囱设置有要求，一定程度影响建筑外立面效果，同时锅炉燃烧时排放的烟气会影响周边环境和大气。

方案二：冷水机组+燃气锅炉+风冷热泵。

该方案的空气源热泵机组可以根据酒店的实际需要提供冷、热水，以满足随季节变化而变动的年度热负荷。

优点：运行成本相对低，制冷及制热效率高，能耗少，维护管理方便。

缺点：设备费用较高。

考虑到南京的冬季室外温度不低的气候特点，以及酒店管理公司对于冷源的可靠性要求，将方案一中几乎不太使用到的冷机改为空气源的热泵机组，这样在增加有限投资的情况下，可以利用热泵机组在冬季作为空调热源，可以降低冬季空调的运行费用。

示意图如图1-图3所示。

图1 冷源配置方案比较

图2 热源配置方案比较

图3 热源配置方案比较

3 初始投资分析

3.1 设备费用及安装费用

根据南京市场管理采用设备费的15%对安装费进行估算，参考市场设备价格，如表1所示。

表1 系统配置市场设备参考价表

方案一的设备费用及安装费用分别为70万元及10.5万元；方案二的设备费用及安装费用分别为100万元和15万元。

3.2 土建费用

冷冻机房、锅炉房均设置在负一层，风冷热泵与冷却塔隐蔽设置在“地坑”内，如图4所示。此处为方便计算，土建费用按1600元/m计。制冷剂为环保冷媒R134a。

图4 机房布置图

方案一机房面积估算为240m，机房土建费用为38.6万元；方案二机房面积估算为180m，机房土建费用为28.8万元。

综上：

方案一初始投资费用为80.5+38.6=119.1万元；

方案二初始投资费用为115+28.8=143.8万元。

4 运行费用分析

其中，W为第i台的制冷机在j工况下功率，kW；T为第i台制冷机在j工况下的运行时间，h。

制热机组的运行能耗计算公式为：

其中，τ为冬季满负荷运行的时间，h；Q为全年热负荷，kJ/年；q是热源机组最大出力，kJ/h。

热源机组的全年能耗用EH表示，则：

EH=τ×W

其中，W为机组在满负荷运行下的耗气量（m/h）和耗电量（kJ/h）。

根据各个设备输入功率进行计算，得出：

方案一年运行费用约为EH1*0.82=35.2万元；

方案二年运行费用约为EH2*0.82=23.6万元。

5 方案比较及其应用条件

一般工程设计中的方案比较及其选优通常都是常规项目的两个或多个互斥方案的比选问题。所谓互斥方案就是各个方案之间是互不相容的，选择了其中一个，就不能再同时选取其他优化方案。

本项目主要采用指标比较法进行方案比较，即分别计算各方案的经济效益，然后比较各方案指标，按指标大小对方案进行排序和优选。通常这类方法采用的比较指标有现值和年值两类指标。

6 费用年值比较

费用年值法是对项目进展情况、成本情况进行综合控制的有效方法。家设本项目的设备使用寿命期均按20年计算，再次采用动态费用年值法来对两个方案进行经济性比较。

式中：A为费用年值，万元；

Co为初投资，万元；

i为利率，取7%；

n为设备使用寿命，年；

C为年运行费用，万元。

两个方案的经济性对比计算详见表2。

表2 方案经济性对比表 单位:万元

方案一初投资较小，其设备选型较方案二节约约30万元，但是综合考虑冬季设备能耗，方案二的年度运行费用小于方案一，每年节约11.6万元。通过动态费用年值法的比较，可以得出方案二比方案一具有相对的经济优势。

由于方案一、二的设备使用寿命期均按20年计算，如不考虑资金的时间价值，运营到第2.1年达到两方案的差额投资回收期，后续18年中由于费用年值较小，所以方案二始终比方案一更加的经济节约。

7 费用现值比较法

计算各个方案的费用现值（PW）并进行对比，现值较低的方案是可取的方案。

各方案费用现值通用的表达式为：

式中I—全部投资（包括固定资产投资和流动资金）；

C′—年运行费用；

Sv—计算期末回收固定资产余值；

W—计算期末回收流动资金；

（P/F，i，t）—现值系数根据第5部分，认为t=n=20；i=7%

由公式可知，PW1=119.1+35.2（P/F，7%，20）=492.01

PW2=143.8+23.6（P/F，7%，20）=393.82

由于PW1大于PW2，则方案二为最佳方案。

8 结论

①从初投资看，方案一较方案二投入低，虽然方案一机房占地面积较大、土建费用较高，但是设备金额较方案二便宜30万元。由于机房面积大，相对而言其机房面积占用率也大，对酒店项目整体运营、客房及客户使用区域的面积存在负面影响，一定程度上降低了酒店的经济性。②从年运行费用看，结合当地的气候特点，由于南京属于秦岭-淮河以南，其冬季室外温度相对不低，将冷源设计中的备用冷机改为空气源热泵，该热泵机组在冬季可以作为空调热源使用，降低冬季空调的运行费用，每年方案二的运行费用较方案一减少11.6万元。③从动态费用年值看，每年方案二比方案一节约9.27万元。从费用现值来看，方案而的费用现值较小，具有明显的经济优势。④从环保节能方面来看，方案一的机组运行噪音大，导致机房需要设置隔音设施消声，同时水冷机组易产生温室效应，对环境不利。⑤从建筑外观设计方面来看，方案一需要多设置冷却塔系统，且由于消防等部门规定，冷却塔烟囱必须超出屋面，影响到酒店项目整体的外立面效果，占用屋面及地面层的绿化。⑥从大气保护方面后续进一步优化展望，根据酒店管理公司的意见建议，热源的燃气锅炉可以考虑真空锅炉，真空锅炉的使用可考虑作为热源直接替换承压锅炉，也可考虑内置两个换热器分别服务于空调系统和生活热水给水系统，但如采用“双回路”真空锅炉可能会导致空调和生活热水系统的热负荷备用率下降，需要进一步对方案一、方案二进行优化。同时经分析，本项目不适合优化为热回收。

综上，本文首先根据项目的使用功能和区域能源状况选择了两种适合该商务酒店的冷热源方案，然后对方案进行对比分析，分别从初投资、运行费用、费用现值、费用年值用等四方面进行对比分析，最后总结各种方案的能耗特点和经济性，确定该项目选用冷水机组+燃气锅炉+风冷热泵的冷热源方式。同时通过对环境绿化、外观、面积配比等方面的分析，方案二在环境友好性上同样优于方案一。