邱建軍

(廣東省建筑設(shè)計(jì)研究院，廣州 510010)

1 酒店大樓及其中央空調(diào)系統(tǒng)概況

1.1 酒店功能概況

該酒店是集客房、娛樂、辦公、會(huì)議廳等為一體的綜合性四星級(jí)酒店類建筑。設(shè)兩層地下室，作為大樓停車庫(kù)及機(jī)電設(shè)備管理用房和后勤服務(wù)用房；地上一至四層裙樓作為酒店大堂、餐廳、會(huì)議、辦公、展示等；五樓及以上塔樓部分作為酒店客房。

1.2 酒店原有中央空調(diào)現(xiàn)狀

大樓設(shè)置集中式中央空調(diào)系統(tǒng)，為大樓夏季供冷。中央空調(diào)系統(tǒng)設(shè)置四臺(tái)離心式冷水機(jī)組，單機(jī)容量1582kW(450RT)，制冷機(jī)房設(shè)置在負(fù)二層，冷凍水泵、冷卻水泵均各五臺(tái)(四用一備)，對(duì)應(yīng)設(shè)置4臺(tái)冷卻塔布置于裙樓屋面。其中冷凍水管網(wǎng)冬天可通過閥門切換，接鍋爐房熱水系統(tǒng)，轉(zhuǎn)為空調(diào)供暖使用。

表1 中央空調(diào)冷源主機(jī)情況(甲方提供)

冷水機(jī)組編號(hào)型 號(hào)類 型制冷量運(yùn)行能耗性能系數(shù)冷媒型號(hào)運(yùn)行年限(ton)kWkW/tonW/W年1#ECVGB045離心式45015820.8614.08R12262#ECVGB045離心式45015820.8184.30R12263#ECVGB045離心式45015820.8184.30R12264#ECVGB045離心式45015820.8973.92R1226

注：冷水機(jī)組運(yùn)行效率是按照標(biāo)準(zhǔn)工況：冷凍水7～12℃，冷卻水32～37℃進(jìn)行評(píng)估。

2 原有中央空調(diào)系統(tǒng)存在問題分析

根據(jù)上述甲方提供的主機(jī)調(diào)研及評(píng)估結(jié)果，并咨詢現(xiàn)場(chǎng)系統(tǒng)維護(hù)工作人員，了解主機(jī)運(yùn)行周期的各種狀況，綜合總結(jié)發(fā)現(xiàn)，大廈中央空調(diào)主機(jī)當(dāng)前存在較多問題，有些問題還比較嚴(yán)重，已影響了大廈正常運(yùn)營(yíng)的效率。

2.1 主機(jī)制冷效率低且不環(huán)保

從上述表1中可知，主機(jī)的容量為1582kW(450RT)，但COP值(性能系數(shù))只有4.08，遠(yuǎn)低于當(dāng)前《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的規(guī)定值(冷量大于1163kW的水冷離心式冷水機(jī)組COP值不應(yīng)低于5.1)。由于受技術(shù)和材料等諸多因素的影響，早期生產(chǎn)的空調(diào)主機(jī)一般都存在能耗較高、制冷效率低等問題；另外主機(jī)使用的冷媒型號(hào)是R12，眾所周知R12消耗臭氧層潛值比較高，并非環(huán)保型冷媒，已被淘汰。因此整個(gè)系統(tǒng)既不節(jié)能也不環(huán)保，運(yùn)營(yíng)成本也比較高。

2.2 主機(jī)老化嚴(yán)重，故障率較高

通過現(xiàn)場(chǎng)了解的實(shí)際情況，經(jīng)過多年的持續(xù)運(yùn)行(26年)，主機(jī)的壓縮機(jī)等主要部件磨損嚴(yán)重，且大部分的配件嚴(yán)重老化，導(dǎo)致故障率較高，經(jīng)常維修甚至需要更換。但由于老款機(jī)組已停止生產(chǎn)，配件采購(gòu)困難，一般都需要向廠家訂貨。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)工作人員反映，廠家供貨期較長(zhǎng)，大部分配件需要6～8個(gè)星期；另外，由于配件不量產(chǎn)，因此價(jià)格高昂，進(jìn)一步增加維護(hù)成本。系統(tǒng)的老化必然帶來故障率上升，不可測(cè)的停機(jī)率上升，維修費(fèi)用也相應(yīng)增加，運(yùn)行費(fèi)用增加等經(jīng)濟(jì)損失，大樓空調(diào)系統(tǒng)的正常使用也受到影響。

根據(jù)對(duì)大廈原有空調(diào)系統(tǒng)存在問題的分析，認(rèn)為該酒店中央空調(diào)系統(tǒng)的改造設(shè)計(jì)，重點(diǎn)應(yīng)對(duì)主機(jī)進(jìn)行更換，采用高效節(jié)能環(huán)保的新型制冷主機(jī)，不僅是響應(yīng)了國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召，更對(duì)原有中央空調(diào)系統(tǒng)的日常運(yùn)行和維護(hù)比較困難、成本高等問題具有根治的作用，可以大大降低整個(gè)大廈建筑的綜合能耗，進(jìn)而降低整個(gè)大廈的日常運(yùn)營(yíng)成本。

3 改造設(shè)計(jì)方案

根據(jù)對(duì)大廈原有中央空調(diào)系統(tǒng)的進(jìn)一步調(diào)查和了解情況知道：

系統(tǒng)原設(shè)計(jì)共設(shè)置四臺(tái)二級(jí)離心式冷水機(jī)組，根據(jù)往年主機(jī)的用電記錄和運(yùn)行記錄，每年1～4月份過度季節(jié)時(shí)，大部分時(shí)間僅開啟一臺(tái)主機(jī)，極少部分時(shí)間開啟兩臺(tái)主機(jī)；5～11月份作為夏季空調(diào)正常運(yùn)行周期內(nèi)，大部分時(shí)間開啟兩臺(tái)主機(jī)，少部分時(shí)間出現(xiàn)特別高溫天氣時(shí)，或酒店接待高峰情況，各功能區(qū)域同時(shí)使用系數(shù)升高，又或有特殊情況需要快速制冷時(shí)，需要同時(shí)開啟三臺(tái)主機(jī)可以滿足瞬時(shí)高峰用冷要求；還有少部分時(shí)間開啟一臺(tái)主機(jī)；同時(shí)開啟四臺(tái)的情況近幾年均未出現(xiàn)。由此可知，大廈原有中央空調(diào)系統(tǒng)四臺(tái)主機(jī)中，其中有一臺(tái)主機(jī)可長(zhǎng)期停用。

3.1 更換主機(jī)臺(tái)數(shù)比選

根據(jù)上述大廈原有中央空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)運(yùn)行的現(xiàn)狀可知，最近多年未出現(xiàn)同時(shí)開啟四臺(tái)主機(jī)，總?cè)萘肯鄬?duì)過大，對(duì)于主機(jī)更換臺(tái)數(shù)的選擇，設(shè)計(jì)認(rèn)為沒有必要更換四臺(tái)，選擇更換兩臺(tái)或三臺(tái)即可，下面進(jìn)行簡(jiǎn)單比選。

方案一，更換三臺(tái)主機(jī)，另一臺(tái)老款主機(jī)停用或拆除。

優(yōu)點(diǎn)：可徹底解決老款落后產(chǎn)品的維護(hù)問題，系統(tǒng)的可靠性、穩(wěn)定性佳，在施工期間剩余一臺(tái)主機(jī)可作臨時(shí)應(yīng)急使用。

缺點(diǎn)：初投資較高，更換數(shù)量三臺(tái)，工期稍長(zhǎng)，施工期間單臺(tái)主機(jī)應(yīng)急使用可靠性不高。

方案二，更換二臺(tái)主機(jī)，另兩臺(tái)老款主機(jī)高峰應(yīng)急使用。

優(yōu)點(diǎn)：初投資較低，更換主機(jī)數(shù)量較少，工期稍短，系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性較好，施工期間有兩臺(tái)老款主機(jī)可供應(yīng)急使用，可靠性高。

缺點(diǎn)：剩余兩臺(tái)老款主機(jī)處于備用狀態(tài)，未能徹底解決老款落后產(chǎn)品的維護(hù)問題。

圖1 中央空調(diào)主機(jī)更換并優(yōu)化后水系統(tǒng)原理圖

根據(jù)上述簡(jiǎn)單對(duì)比，從技術(shù)角度分析，設(shè)計(jì)推薦采用方案一。即將其中三臺(tái)老款主機(jī)更換為先進(jìn)高效節(jié)能型主機(jī)，另一臺(tái)老款主機(jī)作為施工期間大樓應(yīng)急供冷使用，完成改造后，業(yè)主可自行停用或拆除剩余的一臺(tái)老款主機(jī)，最后實(shí)現(xiàn)三臺(tái)技術(shù)先進(jìn)的高效節(jié)能型主機(jī)聯(lián)合為大廈供冷。

3.2 方案設(shè)計(jì)及優(yōu)化

根據(jù)上述對(duì)更換主機(jī)臺(tái)數(shù)的選擇，即更換三臺(tái)高效節(jié)能型主機(jī)，剩下一臺(tái)老款主機(jī)停用或拆除。

由于大廈具有四星級(jí)酒店等級(jí)功能，長(zhǎng)期有熱水使用要求。更換的新主機(jī)可進(jìn)一步考慮冷凝熱回收功能，順應(yīng)節(jié)能減排及打造綠色建筑的可持續(xù)發(fā)展方向。根據(jù)業(yè)主所提供的數(shù)據(jù)，生活熱水的日平均用量大約為120m3，高峰日用水量大約為180 m3，低谷日用水量大約為80 m3。鑒于主機(jī)的單機(jī)容量為1582kW(450RT)，采用全熱回收型機(jī)組，可以產(chǎn)生5℃溫差(40～45℃)的熱水量約320 m3/h。

大廈當(dāng)前的生活熱水是采用鍋爐加熱，當(dāng)制冷主機(jī)回收冷凝熱時(shí)，可利用熱回收產(chǎn)生的熱水通過板式換熱器對(duì)自來水進(jìn)行初次加熱，然后再由鍋爐二次加熱滿足生活熱水使用要求，可大大減少大廈生活熱水的能耗。

一般情況下自來水的全年平均溫度按20℃考慮，而利用冷凝熱回收產(chǎn)生的熱水溫度可達(dá)45℃，完全可以確保將自來水初次加熱到40℃以上。從穩(wěn)妥考慮，暫按將自來水加熱到40℃計(jì)算，即將自來水溫度升高20℃。在理想換熱狀態(tài)下，320 m3/h冷凝熱回收的熱水可以將20℃的自來水初次加熱到40℃的水量大約為80m3/h。因此，熱回收主機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)，每天運(yùn)行熱回收工況模式1～2.5小時(shí)即可滿足初次加熱自來水的要求。

根據(jù)以上分析，在更換主機(jī)的選型配置上可進(jìn)一步的優(yōu)化，采用兩臺(tái)高效環(huán)保的新型離心式冷水機(jī)組加上一臺(tái)帶冷凝熱全熱回收型螺桿式冷水機(jī)組。其中熱回收機(jī)組可單冷運(yùn)行或全熱回收運(yùn)行兩種運(yùn)行模式。由于新更換的帶全熱回收的主機(jī)產(chǎn)生熱水，需要另外設(shè)置兩臺(tái)熱水循環(huán)泵，一用一備；并設(shè)置一臺(tái)板式換熱器提供初次加熱自來水換熱使用，自來水經(jīng)過初次加熱后接入鍋爐進(jìn)行二次加熱。而板換至鍋爐之間的自來水管路由甲方根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際條件并咨詢?cè)仩t熱水系統(tǒng)設(shè)計(jì)方確定具體方案。具體設(shè)置見圖1。

根據(jù)上圖原理圖流程可知，3#主機(jī)作為帶冷凝熱全熱回收型螺桿式冷水機(jī)組具有兩種運(yùn)行模式，一是純制冷工況運(yùn)行，即當(dāng)大廈生活熱水使用量充足的情況下，3#主機(jī)不回收冷凝熱，直接由冷卻水將熱量送往冷卻塔，由冷卻塔將熱量散發(fā)到大氣中；二是冷凝熱回收工況運(yùn)行，此時(shí)通過機(jī)組自控的切換，不再產(chǎn)生冷卻水，而產(chǎn)生供、回水溫度為40～45℃的熱水，由熱水進(jìn)、出管路將熱水通過熱水循環(huán)泵送往板式換熱器，用于初次加熱自來水，可將自來水從通常的20℃加熱到40℃以上。從大廈日用熱水量情況，3#主機(jī)在滿負(fù)荷時(shí)，每天在冷凝熱回收工況下運(yùn)行時(shí)間為1～2.5小時(shí)，其余時(shí)間均為純制冷工況下運(yùn)行。具體運(yùn)行時(shí)間可根據(jù)大廈營(yíng)業(yè)的實(shí)際情況及主機(jī)滿載程度自行調(diào)整。

表2 中央空調(diào)更換主機(jī)方案優(yōu)化后的主要設(shè)備表

設(shè)備名稱編號(hào)類 型制冷量輸入功率性能系數(shù)數(shù)量RTkWkWW/W臺(tái)冷媒類型冷水機(jī)組1#離心式45015822586.131環(huán)保型冷水機(jī)組2#離心式45015822586.131環(huán)保型冷水機(jī)組3#螺桿式(全熱回收)45015822805.651環(huán)保型設(shè)備名稱類型參 數(shù)數(shù)量汽蝕余量循環(huán)水泵立式流量:320m3/h 揚(yáng)程:200kPa 功率:30kW 效率:>70%230kPa循環(huán)水泵立式流量: 80m3/h 揚(yáng)程:200kPa 功率:11kW 效率:>70%230kPa換熱器板式高溫側(cè)進(jìn)出水溫:45/40℃ 低溫側(cè)進(jìn)出水溫:20/40℃1—膨脹水箱--容積:1.0m31—

注：表中主機(jī)參數(shù)是由甲方提供與其單位長(zhǎng)期合作品牌主流產(chǎn)品的參數(shù)。

3.3 施工可行性分析

根據(jù)業(yè)主前期與多家主機(jī)供應(yīng)商及施工安裝單位溝通了解，目前主機(jī)供貨期一般為三個(gè)月左右；施工期限在不影響大廈日常營(yíng)業(yè)的情況下，大約需要一個(gè)月左右。在12月至次年4月共有5個(gè)月的時(shí)間，在此期間，大部分時(shí)間內(nèi)大廈空調(diào)主機(jī)處于停機(jī)或僅開一臺(tái)的狀態(tài)。上述改造方案，在冬季可以正常更換主機(jī)且完全不影響大廈日常營(yíng)業(yè)，從時(shí)間角度分析是可行的。

對(duì)大樓原有設(shè)計(jì)圖紙的熟悉以及到現(xiàn)場(chǎng)勘察了解情況，大樓制冷機(jī)房設(shè)置在地下室負(fù)二層，高度為兩層通高，機(jī)房與兩層地下車庫(kù)均相鄰，且僅有一墻之隔。由于原設(shè)計(jì)未預(yù)留專門的運(yùn)輸?shù)跹b條件，因此，與業(yè)主及多家設(shè)備供應(yīng)商溝通和探討，更換主機(jī)的設(shè)備運(yùn)輸問題，可以采用主機(jī)零配件現(xiàn)場(chǎng)組裝的方式。在新設(shè)備到貨前，先將機(jī)房與車庫(kù)的隔墻打通；再將原有的其中三臺(tái)主機(jī)先行拆卸，并從地下車庫(kù)出入口通道運(yùn)輸出地面；然后，對(duì)制冷機(jī)房?jī)?nèi)進(jìn)行必要的清理，為新到貨的主機(jī)現(xiàn)場(chǎng)組裝創(chuàng)造空間條件。當(dāng)新設(shè)備到貨后，可以將主機(jī)主要部件整體及零配件從大廈車庫(kù)出入口通道運(yùn)輸進(jìn)入地下車庫(kù)，然后搬進(jìn)制冷機(jī)房，在機(jī)房?jī)?nèi)進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)組裝及調(diào)試。因此，從運(yùn)輸及安裝條件的角度分析，改造方案也具備可行性。

3.4 節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益

根據(jù)業(yè)主提供的大廈空調(diào)主機(jī)的運(yùn)行記錄及用電記錄可知，原有空調(diào)系統(tǒng)四臺(tái)主機(jī)主機(jī)的年總運(yùn)行時(shí)間約為6898.2小時(shí)，耗電量約為1834921 kWh。而進(jìn)行主機(jī)更換改造后，在一年內(nèi)相同運(yùn)行時(shí)間內(nèi)新主機(jī)的運(yùn)行能耗按季節(jié)變化統(tǒng)計(jì)如下：

表3 更換主機(jī)后空調(diào)系統(tǒng)主機(jī)年運(yùn)行能耗統(tǒng)計(jì)表

季節(jié)時(shí)間段運(yùn)行狀況主機(jī)運(yùn)行臺(tái)數(shù)總運(yùn)行時(shí)間平均功率(kW)總耗電量(kW)過渡季節(jié)1至4月過渡季節(jié)1960280268800高峰負(fù)荷期加19625824768夏季5至11月夏季25564269.51499498高峰負(fù)荷期加1278.225871775.6合計(jì)全年 6898.21065.51864841.6

同樣考慮主機(jī)非長(zhǎng)期滿負(fù)荷運(yùn)行情況，實(shí)際總能耗按上表合計(jì)值的70%考慮，計(jì)算可得出：1864841.6×70%=1305389(kWh)。

按大廈空調(diào)系統(tǒng)在正常制冷工況下，主機(jī)每年節(jié)約的能耗約為：

(1834921-1305389)=529532(kWh)。

按當(dāng)前廣州市商業(yè)用電的價(jià)格0.9元/kWh計(jì)算，新主機(jī)每年節(jié)約的電費(fèi)約為：

529532×0.9 =476579(元)。

另外，根據(jù)甲方提供資料中得知，大廈目前采用燃?xì)忮仩t提供60℃生活熱水，每年能耗大約為320000m3天然氣，按當(dāng)前天然氣價(jià)格4.85元/m3計(jì)算，全年的費(fèi)用約為155.2萬元。正常情況下，自來水溫度按20℃考慮；而更換主機(jī)后，冷凝熱回收主機(jī)提供不低于低40℃的熱水。由此可知，熱回收量最少可以為生活熱水節(jié)省一半能耗，即可以節(jié)約天然氣約160000 m3，將生活熱水的成本從155.2萬元降低到77.6萬元，為大廈節(jié)約77.6萬元的運(yùn)營(yíng)成本。

綜合統(tǒng)計(jì)，更換主機(jī)改造后，大約每年可節(jié)約用電529532 kWh、天然氣約160000 m3，共計(jì)可以為酒店降低運(yùn)營(yíng)成本約為：47.7萬元+77.6萬元=125.3萬元，節(jié)能及經(jīng)濟(jì)效益顯著。

該大廈更換中央空調(diào)主機(jī)的項(xiàng)目投資主要包括設(shè)備采購(gòu)、設(shè)備二次運(yùn)輸、舊設(shè)備拆卸和運(yùn)輸、新設(shè)備的安裝和檢測(cè)、群控系統(tǒng)的安裝和調(diào)試、熱水循環(huán)系統(tǒng)的管道安裝施工等費(fèi)用，項(xiàng)目投資估算見表4。

表4 項(xiàng)目投資估算表

設(shè)備名稱類 型制冷量輸入功率性能系數(shù)數(shù)量RTkWkWW/W臺(tái)冷媒類型金額 (萬元)合計(jì) (萬元)冷水機(jī)組離心式45015822586.132環(huán)保型115.6231.2冷水機(jī)組螺桿式(全熱回收)45015822805.651環(huán)保型115.6115.6設(shè)備名稱類型參 數(shù)數(shù)量汽蝕余量 循環(huán)水泵立式流量:320m3/h揚(yáng)程:200kPa 功率:30kW效率:>70%230kPa7.8515.7循環(huán)水泵立式流量: 80m3/h揚(yáng)程:200kPa功率:11kW效率:>70%230kPa3.657.3換熱器板式高溫側(cè)進(jìn)出水溫:45/40℃ 低溫側(cè)進(jìn)出水溫:20/40℃1———4545膨脹水箱———容積:1.0m31———0.650.65冷凍主機(jī)二次搬運(yùn)安裝3 2.67.8水系統(tǒng)連接及設(shè)備、材料安裝1 13.513.5電氣連接部分1 26.7526.75稅管費(fèi)1 2.52.5合計(jì)466

根據(jù)上述更換主機(jī)改造后所節(jié)約成本以及投資概算統(tǒng)計(jì)，大廈中央空調(diào)主機(jī)更換投資的成本回收期約為466萬元÷125.3萬元/年=3.72年，即主機(jī)更換改造后4個(gè)制冷周期內(nèi)可實(shí)現(xiàn)成本的回收。另外，考慮到原有系統(tǒng)的日常維護(hù)成本較高，更換主機(jī)后可大幅降低該部分費(fèi)用的支出，在實(shí)際情況下，成本回收期可能會(huì)更短。

4 結(jié)束語(yǔ)

以上是對(duì)某四星級(jí)酒店中央空調(diào)系統(tǒng)冷源改造的整個(gè)設(shè)計(jì)過程介紹。筆者認(rèn)為，對(duì)于這一類型的改造工程，有必要對(duì)原有項(xiàng)目的經(jīng)營(yíng)情況及系統(tǒng)運(yùn)行狀況作詳細(xì)調(diào)查，并對(duì)原系統(tǒng)存在問題進(jìn)行仔細(xì)分析，才能設(shè)計(jì)出合理可行的改造方案。同時(shí)，在符合當(dāng)前國(guó)家政策及經(jīng)濟(jì)合理的前提下，盡量降低改造過程對(duì)酒店正常營(yíng)業(yè)的影響，充分利用當(dāng)前技術(shù)先進(jìn)的成熟產(chǎn)品，節(jié)約能源，為甲方帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。本文可供同行參考，希望起到拋磚引玉的效果。

[1] 公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn) GB50189-2005[S]

[2] 民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范 GB50736-2012[S]

[3] 郭林文.廣州某辦公樓空調(diào)系統(tǒng)現(xiàn)狀檢測(cè)及節(jié)能改造建議[J].制冷，2013，32(2)：55-58