風冷熱泵空調運用于高級酒店案例分析

文/楊鴻儒 臺州市城鄉規劃設計研究院 浙江臺州 318000

1、工程概況

臺州市鳳凰山莊位于臺州市椒江區鳳凰山腳下，地處市中心，卻有著一條蜿蜒的綠道隔離城市的喧鬧。其天然獨到地理位置，使其成為獨享臺州市城市綠洲的大型高級酒店，同時也是臺州市少有的花園式酒店。由于老酒店經過30年的使用后，急需進行升級改造來迎接高級客源，甚至是國賓級客源的下榻。本次升級改造中的國賓樓和隨從樓采用新中式建筑外觀，四合院的設計形式，建筑面積15254m2。暖通空調設置有四管制中央空調系統和地板輻射供暖系統。

2、空調方案

2.1 主機

本工程國賓館和隨從樓合用一套空調主機。根據負荷計算，國賓館和隨從樓的夏季冷負荷綜合最大值為1079KW，冬季熱負荷綜合最大值為698KW。本工程原本的設計方案為水冷離心機+燃氣鍋爐的常規方案，但后來由酒店運營方提出，采用模塊式風冷熱泵帶熱回收，設置三聯供系統，可以在夏天制冷的同時提供酒店需要的生活熱水的做法可以有效節約運營費用，同時這種做法成為了現階段酒店空調的一種節能趨勢。由于采用燃氣鍋爐需要設置煙囪高空排放鍋爐燃燒廢氣。考慮到煙囪的設置會影響到整個建筑立面的造型，另外在鍋爐運行時煙囪確實會產生一定量的水氣，造成周邊居民的投訴，同時酒店運營方多次提出酒店運營辦公用房面積不足。采用模塊式三聯供機組既能解決煙囪的問題，又能滿足酒店減少運營成本的需求，同時還能將地下室的制冷機房和鍋爐房騰出來作為酒店運營用房面積使用。此方案似乎是完美的解決方案。但是經過市場調查發現目前市場上三聯供的空調主機生產廠商稀少，且各生產商生產的設備質量參差不齊，這對政府投資項目的招投標非常不利。考慮到以上種種原因，最終敲定一個三方折中的方案，采用風冷螺桿式冷水機組，既滿足了招標，又去除了煙囪。生活熱水由獨立的空氣源熱水機組單獨提供。

按照浙江省《綠色建筑設計標準》的條文，風冷熱泵應按照冬季工況進行選型。由于本工程設計為新中式建筑，剖屋面的存在無法按照常規建筑的做法將空氣源熱泵的主機放置在屋頂，同時整個場地中也沒有多余的空間用于放置空氣源熱泵主機，最終敲定將主機放置在鳳凰山的山坳中。由于山坳在冬季的溫度低于其他場地，考慮到本工程的重要性和特殊性，室外空調計算干球溫度按照比臺州市冬季空調室外計算干球溫度低10℃，按照-10℃核算。在國際標準制熱工況(環境溫度干濕球7/6℃)下一般風冷熱泵機組熱源測的翅片不結霜,在低于7℃環境溫度下會逐漸開始結霜。一般在結霜后性能惡化至一定程度后，風冷熱泵機組開始融霜。融霜過程需要吸熱，隨著環境溫度的下降，風冷制熱周期內平均制熱量與峰值制熱量比值會下降[1]，所以制熱量必須進行容量衰減系數修正。經核算，在-10℃時的主機制熱量約為額定工況的48%，故選用兩臺制冷量623KW,制熱量574KW的風冷螺桿式熱泵機組，作為常規空調冷熱源，冬季提供45-40℃的空調熱水，夏天和春秋季提供7-12℃的空調冷水。

2.2 四管制

由于本工程采用的是四管制系統，按照常規水冷離心機+燃氣鍋爐的常規方案，在春秋過渡季節同時提供7-12℃的空調冷水和60-50℃的空調熱水。本工程采用了風冷螺桿式機組以后，需要同時再增加一臺風冷熱泵機組方可實現四管制的要求。由于過渡季節需要多少熱負荷使用無法確定，同時在過渡季節，臺州市的室外空調設計溫度會高于0℃，工況遠遠好于冬季工況，故這臺機組的大小無法確定下來。根據運營方在確定方案為風冷螺桿式熱泵以后提出，需要一臺備用機組應對萬一出現的機器故障。選取了一臺與常規機組一樣，制冷量623KW,制熱量574KW的風冷螺桿式熱泵作為過渡季節制熱不失為一種比較不錯的方案。其不但能形成四管制系統的熱源，同時在冬季提供室內泳池、SPA 區域45-40℃地板輻射供暖熱水，另外也可以作為整個國賓館和隨從樓的備用冷熱源，在其余兩臺設備發生故障的時候作為應急設備投入使用，從而保證整個高級客房區空調系統的正常運行。

2.3 二次泵

由于本工程采用風冷熱泵以后，整個熱泵主機需要放置在室外，但是新中式設計的剖屋面無法滿足屋頂放置熱泵主機的要求。另外將熱泵主機放置在屋面，會有噪聲對客房產生不利的影響，當然這和高端客房的定位也不相符。所以本工程主機布置的方案是將熱泵移動至山坳中，再通過綠化將主機隱藏在大自然中，做到在鳳凰山莊的酒店每一處內看不到主機的存在，同時通過綠化將主機運行的噪聲徹底消除，給酒店一個安靜的環境。但是這個方案存在一個問題：主機到末端的距離太遠。本工程隨從樓距離山坳較近，國賓樓距離山坳較遠。若采用一次泵系統，我們當然也可以通過減壓閥來降低隨從樓空調水系統入口壓力，來達到整個系統平穩運行的目的，但這樣的系統會導致系統運行能耗大大增大，酒店運營成本大幅提高。當環路總長度和水系統能效比不滿足《公共建筑節能設計標準》的要求時，不應采用冷（熱）源側定流量的一次泵系統，應采用水泵能夠變速節能的二次泵（或其他）系統；負荷側阻力差值超過5m 時，宜分區域設置二級泵[2]。本工程輸配系統最終采用了二次泵系統來達到相關的要求。國賓樓和隨從樓的常規空調冷熱水各有2 臺二次輸配水泵，均為一用一備配置；國賓樓和隨從樓的四管制空調熱水也各有2 臺二次輸配水泵，均為一用一備配置。通過不同的二次泵揚程來達到整個系統的節能和穩定運行。水管進入所在建筑以后參考北方供暖的方式，在一層的管溝內敷設，并進入每個客房所在的垂直管道井輸送到各個客房。這樣的布置方式不但減少吊頂內的凝結水，減少夏季山莊高濕度帶來的走廊吊頂凝結水煩惱，還可以提高走道的高度，方便管道的維修。

3、設計反思

由于風冷熱泵主機的特性，雖然有一機兩用，初投資低的優點，但也存在水溫控制不夠精準，運行能耗大，沒有傳統水冷離心機+燃氣鍋爐的方式的空調系統來得節能的缺點，所以將其作為空調主機的設計方式在國內高端酒店的設計中并不常見。由于本項目存在一定的特殊性，選用風冷螺桿式熱泵主機可以達到空調系統的基本使用要求。筆者在設計過程中曾經在想，是否可以選用蒸發冷凝式螺桿機組作為空調主機，同時將冷卻水換成鹽溶液，形成能源塔用于本工程，既能達到去除鍋爐煙囪的問題，又能達到節能減排的目的。那個是筆者心目中本工程中央空調冷熱源最完美的解決方案。

結語：

空調系統是暖通專業中相當復雜的一個領域，設計的過程中應避免出現教條主義。在設備選用的過程中，應該選用最合適的設備放置在最合適的地方來發揮其作用。