中福世福汇大酒店的水源热泵中央空调系统

摘要： 本文通过对五星级酒店——上海中福世福汇酒店中水环式水源热泵系统的实际应用情况，阐述了水环式水源热泵机组节能、低噪、节省投资等特性。系统优异的节能特性，可以广泛用于更多的大型项目中，并可作为同类5星级酒店中的中央空调系统应用时的参考。

关键词： 水环热泵，节能，分体式水源热泵机组，运行费用

1项目概述

坐落于上海市中心人民广场的上海中福世福汇酒店是由中福集团投资兴建的一座按国际五星级标准兴建的大型商务酒店。由上海中福酒店公寓经营管理有限公司全权经营管理，采取产权式酒店管理模式。位于上海市黄浦区最繁华的外滩商务圈，地处交通主干线延安东路与山东中路交汇处。

酒店建筑由主辅连体结构组成，主楼高三十一层，总建筑面积约50000平方米，空调使用面积约33000平方米。酒店拥有“数字化”商务客房与各类豪华客房566间(套)，写字楼80余间，以及能同时接纳250人的多功能会议厅和多个不同规格的商务会议室。酒店设有风格各异的中、西餐厅、咖啡吧、商务中心、健身房、美容美发厅、棋牌娱乐室、商场等各种服务项目和大型地下停车库。建筑功能多样。

初期酒店定位为公寓式酒店，同时酒店客户绝大部分是在附近写字楼中工作或者到上海旅游的外籍人士。要求建筑内同时满足制冷和制热的功能。并能够进行合理的电费分户计量。

空调系统于2004年春节之后开工，2004年9月30日酒店正式对外营业。酒店营运1年后，通过审批，成为5星级酒店。

2 空调主要设计参数及方案的选择

2.1 中央空调系统功能要求

上海中福世福汇酒店在建设初期定位为五星级公寓式酒店，对室内环境要求较高。要求中央空调系统可靠、节能。同时投资方希望尽量增加酒店房间使用效率，增加收入，增加经济效益。并使酒店与写字楼等区域，机组运行相互独立，互不干扰。

总结以上情况，中央空调系统必须满足以下要求：

2.1.1 能实现同时供冷和供热，满足广大客人的需要；

2.1.2 能实现准确的电费分户计量；

2.1.3 酒店全年24小时营业，节省系统投资费用，并尽量节省运行费用；

2.1.4 减少设备用房面积，使建筑面积发挥更好的经济效益；

2.1.5 尽量避免管道结露，防止滴水损坏建筑装修；

2.1.6 设备维修时，不影响酒店其他部门和房间正常营业，同时节省设备维护保养费用；

2.1.7 减少污染排放，保护环境。

2.1.8 施工周期有限，5个月内必须完成整个系统的安装与调试工作。

2.2 方案选择

2.2.1 设计参数

1.参考资料

1) 甲方提供的建筑平面图；

2) GBJ1987

3) GBJ5017-93

4) GB/T 18836-2002

2.设计参数

1) 空调室外设计参数：

2) 空调室内设计参数：

3.负荷计算：

A.夏季空调冷负荷包括：

围护结构传热量；

通过门窗渗透空气传热量；

太阳辐射得热量；

设备、人体、照明散热量；

房间内其他物品散热量；

散湿过程产生的热量。

B.冬季空调热负荷包括：

围护结构耗热量；

通过门窗结构渗透冷风耗热量。

C.计算结果：

2.2.1 空调系统选择：

根据设计负荷，以及世福汇酒店的建筑结构及特点，有两类产品可以选择：

1、传统的集中式中央空调系统：

A.将需要采用2台1000USRT的离心式冷水机组。离心式冷水机组的COP值是业界公认最高的，系统运行稳定。

B.离心式冷水机组最小开机容量必须保证在10%左右。当建筑物内达不到最小开机容量运行时，为了满足室内的空调要求，必须消耗大量能源将系统中的水温冷却。而世福汇酒店受季节影响，不可避免的会出现部分负荷的情况，达不到离心机所需要的最小开机容量。

C.冷水机组需要占用至少250平方米的地下室面积，减少了室内可利用空间。在寸土寸金的上海市中心地带，是对室内面积的浪费。

D.必须通过四管制的水管系统和四管制的风机盘管机组才能满足同时制冷和制热的要求。同时离心机系统必须有冷冻水系统和冷却水系统，加大工程耗材和设备的投资成本。同时延长了设计周期和施工周期。同时，如果保温不当，水管结露滴水将影响室内装修效果。

E.系统需要聘请至少3人的专业维护队伍对机组进行定期检查和维护，同时需要聘请专业的保养公司进行机组保养。每年设备的维护保养成本高昂。

F.设备发生故障时，需整机停机维修。将影响酒店正常营业。同时如果需要更换机组零配件时，配件需要从生产厂家采购，供货周期长。

G.由于是集中式的中央空调系统，通过传统的面积分摊电费，计费方法不科学，容易引起纠纷。若采用目前市场上新型的分户计量设备，需要投入较大的采购成本，经济性低。

2、水源热泵系统：

水源热泵机组是一种通过利用地表水、地下水以及吸收太阳能和地热能等低品位热资源，并采用热泵原理，输入少量高品位电能，实现低品位热能向高位热能转移的空调装置。通常有分体式水源热泵机组和整体式水源热泵机组两大类产品。

通常，根据所使用的热源，应用上通常分为三种，分别是：

1、封闭环路式：通常称为水环热泵；

2、地下水式；

3、地下环路式。

在采用离心式冷水机组的大型中央空调和水源热泵系统之间，业主最终选择了水源热泵系统。所谓水源热泵空调系统就是从水中提取热量或冷量，通过热泵机组作功，对房间的空气加热或冷却，虽然本系统也是二管制空调系统，但它可以实现同时供热和供冷，达到四管制系统的功能。室内的水源热泵机组采用的麦克维尔分体式水源热泵机组。

世福汇酒店地处上海市中心，附近没有水资源利用，同时土地面积有限，无法做到地下埋管，因此适用水环热泵系统。

水环式水源热泵空调系统是利用循环水作水源，采用冷却塔和锅炉或太阳能热水器作作为系统的冷却和辅助加热设备。为了减少设备噪声，采用分体式水源热泵机组，将热泵机组的主机装在卫生间吊顶内。噪声可控制在35dB(A)以内，循环水管中的水温在13℃-32℃(即常温水)，管道不需保温，不会有结露现象，也不会有结垢现象。

2.2.2 系统应用：

一、水环热泵水系统由现代建筑集团的朱吉吉工程师担纲设计。系统设计方案：

1.夏季采用开式冷却塔作为辅助冷源，对系统中的循环水进行冷却；

2.冷却塔与系统循环水之间通过板式热交换器进行换热，将循环水系统做成封闭式回路。

3.水管采用同程式连接。主管在屋顶室外分成若干垂直立管，立管敷设在相邻客房卫生间之间的管道井内。水管里阻力损失较为平均。(见下图)

图一 4至6层平面布置图

4.冬季的辅助热源与生活热水共用一套锅炉系统。冬季保证供应25℃循环水给水源热泵机组。当循环水温度低于15℃时，生活热水锅炉将对循环水系统进行加热。最大辅助加热量2400 kW。整座大楼选用三台1.5t的锅炉。

二、室内机组选型：

1.中福世福汇酒店建筑面积50000平方米，空调使用面积32979平方米。公共区域，如走廊、电梯厅、大堂必须设置空调。

2.选用麦克维尔分体式水源热泵机组926套，建筑结构为钢结构，空调面积单位冷负荷219W/m2。其中客房平均单位冷负荷达到190 W/m2；办公室平均单位冷负荷150 W/m2；大堂层高达到5米，单位冷负荷达到250W/m2；走廊、电梯厅平均冷负荷为130 W/m2。

水源热泵设备型号配置：

3.根据水源热泵机组选型，水源热泵机组总水流量需要1028 m3/h，冷却塔循环水流量1300 m3/h。系统采用4台低噪声循环水泵，三用一备。

4.冷却塔、水泵、板式热交换器置于屋顶，室内不设设备机房。

三、系统运行特点：

水源热泵系统具有八大特点：

(1)环保效益显著：水温在16~30℃之间通常不需要开启冷却塔或锅炉设备；过度季节节能优势显著，完全是环保的空调形式。

(2)高效节能：机组效率达到4.4。尤其在系统部分负荷时，节能效果尤其突出。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40%的供热制冷空调的运行费用。

(3)运行稳定可靠：水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。不存在空气源热泵的冬季除霜、制热不稳定等难点问题。

(4)能源费用容易计算： 小型的水源热泵每一台都可与用户电表连接，费用容易计算。而大型的中央空调系统通常是公摊计算，无论空调是否开启，一样计算费用。

(5)节约投资成本：大型的冷水机组小型化，节省了专用机房位置，机房位置可以作为停车场；循环水管路温度是常温，无须考虑管路保温的费用；此外，通风管道也大大缩小。

(6)可分期投入

(7)同时制冷制热：系统中不同的功能区可以同时制冷或制热，大大提高了人体的舒适性，满足现代群体个性要求，两管制的系统实现了传统四管制空调系统的功能。

(8)自动运行：机组运行简单可靠，维护费用低，使用寿命长可达到15年以上。

正因为水源热泵系统拥有以上特点，在采用了水环式水源热泵系统之后，基本达到了业主对整个空调系统的期望值。

2.3 运行成本分析

在前面提到，水环热泵系统应用在该酒店以来，节能效果特别突出。有具体数据说明如下：

中福世福汇酒店中央空调系统自2004年2月底开工，至2004年8月底安装调试完毕，总共历时5个月。9月30日酒店正式对外营业以来，水环热泵中央空调系统已经经历了两个春夏秋冬。

在这两年的运行过程中，每天有专职人员对整个大楼的运行情况进行数据监测。在这里截取其中最热月份以及最冷月份的数据，以供相类似的项目和物业管理公司参考。

2005年8月为当年最热月份，建筑内开房情况与能耗情况见下表：(客房总数604间)

2005年8月份能耗统计

8月整座建筑用电61.61万度。其中主要耗电设备为空调机组、室内照明、厨房设备。

通过上表，可以对比相同建筑面积的酒店运营情况。通过比较，我们发现整个建筑在室外负荷最高的情况下，耗电量比传统的中央空调系统节省了33%。

2005年12月为当年最冷月份，建筑内开房情况与能耗情况见下表：(客房总数604间)

2005年12月份能耗统计

12月酒店整座建筑用电44.72万度。酒店内原先配备3台1.5T锅炉，计划在最冷月全部开启，在实际运行中发现只要开启其中的两台就可以满足酒店内实际需要。

通过数据表最冷月份显示，水环热泵系统的用电量更省。在目前国家电力资源严重紧缺的状态下，水环热泵中央空调系统是一个节能、低耗的理想选择。

2.4 酒店使用情况总结

根据中福世福汇酒店投资方初始的系统要求，水环热泵中央空调系统基本满足业主使用要求。可以实现：

1、同时制冷和制热。采用两管制系统，比四管制系统节省了大量的管材；同时系统无须保温，又节省了一笔可观的保温费用。

2、酒店24小时营业中，机组检修不影响其他房间正常营业。

3、酒店建筑面积50000平方米，系统投资1000万。空调机组平均每个平方投资200元。投资成本不高。

4、系统运行成本低廉。

5、由于室内水管基本接近室温，不存在漏水现象。保证室内装修的美观效果。

6、与生活热水系统共用锅炉，节约了锅炉投资成本。

3 有待改进的两个问题

在上海地区，水环热泵系统如此大规模的应用于五星级酒店中，尚属首例。考察该系统在应用过程中，还需要在以下几个方面进行改进：

A.新风系统：世福汇酒店项目中，建筑结构采用钢结构，为保证建筑总高度不超过100米，建筑结构层高2.9米，而大梁高400mm。受建筑结构的影响，室内部分无法集中引入新风。而是通过开窗换气的方式提高室内空气品质，这对于一家五星级的酒店来说，不能不算是一种缺憾。

B.今后在采用水环热泵系统的项目中，可以增加水源热泵全新风机组，与水源热泵空调机组共用一套水管系统。

C.控制系统：受建筑工期制约及业主资金影响，中央空调系统没有与BA连接。而是通过人工进行控制。在过渡季节，水环热泵系统不能根据室外环境的变化及室内负荷的需求自动转换辅助冷热源，没有彻底发挥水环热泵系统的节能优势。否则中央空调系统的耗电量将更少，节约更多的电力资源。

4 结语

经过两年时间的运行，水源热泵系统的节能、缔造、环保的特点得到了充分的验证。特别是在需要同同时制冷和制热的酒店项目中。水源热泵系统是一种用作建筑中热回收的系统，以建筑物内部热量做热源的热泵系统。引入外部能源后，大大拓宽了水源热泵机组的应用。在我国将会有广阔的应用前景，特别是在酒店、商场、办公楼、高级公寓等大型项目中的应用。

参考资料：

1. 马最良等主编，《水环热泵空调系统设计》――《现代空调》2001年第3辑

2.蒋能照主编，《空调用热泵技术及应用》

3、南京市民用建筑设计研究院，芦汉良，《水环式水源热泵在南京和园饭店空调工程的应用 》