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酒店建筑暖通空調設計中幾個問題

北京市建筑設計研究院3M3工作室齊瑞穎石鶴楊帆

隨著經濟社會的不斷發展，人們對酒店檔次和數量的要求也不斷上升，如今全國各大中城市正在不斷涌現出越來越多的對于高檔酒店的建設需求。其中有經驗的房地產建設單位，在設計之初與設計師配合的過程中，往往會提出許多問題和要求，有些是他們以往工程項目的經驗總結，有些是社會調研發現現實中存在的實際問題。在設計院投入設計的初期，建設單位應將自己的想法和設計師全面溝通，這樣非常有利于問題的解決。設計師們在設計計算時就會針對問題可能發生的區域進行有目的的強化設計以避免實際運行時出現問題。

下面將根據北京昆泰望京酒店的暖通空調設計工程設計實例，闡述酒店建筑設計時應注意的一些問題。設計之初，北京昆泰望京酒店管理公司就已介入，對空調系統設計提出了具體的要求，大部分是他們在以前工程中的經驗總結，希望設計時予以考慮和解決。一是酒店入口大堂高大空間處冬季不熱的問題，二是酒店內游泳池棚頂墻壁結露問題，三是根據設計負荷如何合理選擇制冷機的問題。本文主要針以上三個問題進行詳細闡述，并提出解決方案以供其他設計人員參考。

1 酒店大堂送風問題

在已有酒店的運行管理中，昆泰建設公司曾經遇到酒店大堂空間高，冬季熱風送不下來的問題，所以引起了他們對于望京酒店大堂送風的特別關注。對于大空間場所，冬季采暖效果不易保證，主要是由于空間高度較大，熱氣流在浮力作用下上升，熱量大量消耗在大空間建筑上部，下部人員停留區難以獲得足夠熱量，使整個空間下冷上熱，即使供熱量充足，大空間下部仍不一定能達到采暖要求溫度，上部卻有大量熱量流失，致使空調負荷增加，起不到對房間下部供暖的效果。

昆泰望京酒店設計初期方案有西北向主要出入口，這里可能會有大量冷風侵入，而西側又有大面積玻璃幕墻，夏季可能西曬，這些建筑特點都對空調設計非常不利。針對這些特點，筆者在設計時主要考慮從以下幾方面解決。

首先，在設計初期，應與建設單位和建筑專業設計人員積極配合，盡量在可行的范圍內爭取到朝向較好的主出入口位置。有條件的話，這個問題一定要在方案階段解決，因為越到后期，主入口調整的可能性就越小。本項目方案階段主出入口設在西北方向，冷風侵入量很大，筆者在設計時建議避免設在北側，經過多方協商最終將主要入口根據建筑本身的特點，利用樓身拐角轉至偏南側，并將常開門設為轉門且設置門斗，這樣大大減少了冷風侵入，降低了冬季酒店大堂的采暖負荷。我們還在主外門預留了熱風幕安裝條件，可以與精裝修配合，在不影響美觀的條件下進行安裝，以切斷冷風侵入的途徑。其次，在設計時，入口和人員經常停留區域采用了地板輻射采暖系統，提高了人體的舒適度，可增強采暖效果。送風量在設計時保證足夠，送風口采用效果好的射流型風口，保證風口射程滿足熱空氣送至最不利區域。在大堂上空區域采用高位側送高速噴口，既保證熱風送到最遠處，也可形成屏障阻止下部熱風上升，以保證大堂及入口處的采暖。通過這些措施，大堂冬季采暖問題得到了良好解決。

需要強調的是，在實際施工配合中，內部裝潢往往會對暖通工程師本來設計的氣流組織方式造成一定的影響，為了配合精裝造型及吊頂的做法，很多氣流組織好的送回風方式并不能很好的被合理利用，這確實是建設單位今后在建設五星級酒店中今后應當多加權衡的一點，倘若只注重內部裝潢美觀和建筑裝修風格而忽略設備專業的氣流組織方式，酒店大堂等高大空間的送風問題也許會在今后的運行中給他們帶來更大的困擾。

2 游泳池設計中的防結露問題

在高檔酒店賓館，室內游泳池的設置越來越普遍。對于室內游泳館，日常能源消耗主要是空間的空調和池水加熱所消耗的費用，因此選擇合適的空調和池水加熱系統非常重要。對于游泳館空間空調和池水加熱部分的設計，一般普遍存在有能源費用高、冬季玻璃起霧結露、裝飾易被腐蝕、氯味充滿空間等等缺點^[1]。

池水的熱損失主要為池水表面蒸發損失，約占總損失的85%，其他如水表面、池底池壁、管道設備等傳導熱損只占總熱損的15%左右。池水表面蒸發，造成游泳館空間空氣濕度變大，如不及時除濕以控制合適的濕度，天花板、墻壁玻璃面上會凝結水滴，造成嚴重的腐蝕，人體也會感覺不舒適。常規的除濕方式是外排暖濕空氣，補進室外干燥空氣并將其加熱至室溫。由此可見，常規“加熱+空調”方式，能源損失很大，一方面需補充熱量加熱池水，另一方面又需補充熱量加熱空氣，運行能耗費用較高。

為了解決這些問題，筆者在設計中主要考慮從以下幾個方面采取措施：

首先從設備選擇上，避免了原有單獨分散的設備，而采用了帶有除濕功能的帶機電一體化控制的除濕熱回收機組。這種一體化游泳池過濾設備，具有避免管道泄漏、不需傳統機房節省建筑空間、節能節水、運行費用較低、便于維護管理、出水水質高的優點。其主要組成部分是除濕熱泵機組，它的工作原理如圖1所示。

設備的風機從室內游泳館上空抽入溫暖潮濕的空氣，該空氣流經蒸發器(除濕機)盤管，將熱能傳遞給冷液態制冷劑，進行除濕降溫。這種能量交換可使空氣溫度降至其露點以下，在蒸發器盤管上形成結露。凝結的水分流入設備的滴水盤中。液態制冷劑流過蒸發器膨脹之后就變為一種低溫低壓的氣態制冷劑。然后低溫氣態制冷劑進入壓縮機，經壓縮低溫低壓的氣態制冷劑變為高溫高壓氣態。在進入壓縮機期間，制冷劑吸收了用于操作壓縮的能量。這種高溫高壓氣態制冷劑流過空氣再加熱盤管(冷凝器)、池水冷凝器，或流過任選空調冷凝器（可以是風冷式，也可以是水冷式）。需要對空氣加熱時使用再加熱盤管，高溫的制冷劑與來自蒸發器的較冷的經過除濕的氣流進行能量交換，這可使空氣的溫度升高達到加熱空氣的目的。如果池水需要加熱，高溫的制冷劑就流入池水冷凝器，將能量施加給進入的池水。在給池水加熱的同時，高溫的制冷劑也被冷凝成低溫高壓的液態。如果需要進行空氣冷卻時，制冷劑就繞過再加熱盤管和池水冷凝器流向輔助風冷式冷凝器。讓來自蒸發器的冷空氣給室內游泳館提供干燥涼爽的空氣環境。熱泵加熱能力=消耗的電能+從環境中吸收的熱量。目前國際先進的除濕熱泵設備通過全自動微電腦精確控制室內相對濕度在65%±5%，確保室內不會因為相對濕度過高而導致結構腐蝕和裝修破壞。

只有氣流組織合理化才能避免結露的發生，所以風道系統的設計也至關重要。為了避免游泳館空間的含氯空氣對鄰近房間的影響，系統采用負壓設計，將排風量控制在超過新風量的10%左右，確保新鮮空氣可以透過門窗和微細的縫隙進入游泳館空間，而游泳館空間的空氣不會擴散至其他房間。空氣經過除濕之后，干風被送到室內，送風的分配可用一條風道在精裝配合下繞室內一周進行分配，將氣流導向易于出現冷凝的外墻壁，窗戶或其他表面，或從中心部位噴向易于出現冷凝的表面。并保證送、回風之間不能出現短路，以免會造成高濕度層。經過與精裝修設計公司配合，在游泳池中上部空間里，我們采用了水平噴口送風，阻止下部暖濕氣流上升，部分送風噴口向上傾斜，噴向易于出現冷凝現象的棚頂和外墻，外窗部位采用直吹型條形風口局部加熱，防止外窗結露，可達到良好效果。

從采暖方面，為保證人員在出水后和入水前的舒適性，按國際游泳池設計標準規定，池廳空氣溫度應高于池水溫度1～2℃，相對濕度一般為50%～70%，但不超過75%，風速控制在0.2m/s 左右^[3]。同時，為防止冬季圍護結構結露，國際游泳池設計標準規定池廳內空氣含濕量不大于14g/kg。在昆泰望京酒店的設計中，筆者采用了地板輻射采暖的形式，設計溫度為29℃，室內溫度可控，運行時室內溫度冬季溫度不宜過高，池水溫度設計為28℃，相對濕度控制在70%以內。

另外還應與建筑專業密切配合，從外圍護結構入手，提高圍護結構的保溫性能，降低傳熱系數，杜絕冷橋，并增強室內側的隔氣性能，采用耐腐蝕易清洗的裝修材質，達到最佳設計效果。有條件的，在凝結水易出現部位還應設置凝結水引流措施等。

3 根據負荷合理選擇制冷機的問題

一般的民用空調項目，實際運行中的空調負荷受室外環境溫度的影響很大，夏季室外溫濕度高時空調負荷較大，反之涼爽的天氣里空調的負荷很小。但是像五星級酒店這樣的建筑，實際運行中遇到的情況往往不僅和室外環境有關，它們功能多樣而復雜，不同功能區域之間冷量需求時間不同，大小也多變，這就要求在實際運行中一定要有一套完善的控制系統和強有力的控制手段以保證冷機在各種負荷條件下都盡量能有最好的表現。

變頻調速是一種高效率的交流調速方法，它利用交流電動機的同步轉速與定子供電頻率成正比的關系，通過改變定子供電頻率，平滑地改變電動機的轉速。隨著電力電子技術、微電子技術的發展，高性能的變頻調速器的技術也越來越成熟，調速器的成本也開始降低，變頻調速的驅動裝置在冷水機組中的應用已成為現實。

昆泰望京酒店項目在設計中選用了變頻離心式冷水機組和傳統恒速機組的組合制冷方式，以求實現控制設備投資和降低運行成本的最佳效果。變頻冷水機組其主機與常規機組無異，只是其電機的驅動裝置為一交流變頻驅動裝置(VSD)，其核心部件是變頻器，主要由整流模塊、IGBT模塊、電壓檢測裝置驅動模塊、CPU微處理器等組成^[4]，其基本結構如圖2，變頻器的控制原理如圖3所示。

離心式壓縮機由電機通過增速齒輪帶動葉輪高速旋轉，而葉輪高速旋轉的離心力壓縮制冷劑氣體并使氣體的大部分動能轉變為壓力能。制冷壓縮機的功耗如式(1)所示：

N_T= kGH_T/(1000η) (1)

式中 N_T——壓縮機功耗，kW

H_T——氣態制冷劑的能量壓頭，J/kg

G——氣態制冷劑的質量流量，kg/s

η——壓縮機效率

k——常數

上式中H_T與轉速的平方成正比，G與轉速成正比，由此可得，電機功率與電機的轉速的立方成正比。由此可見，減小電機轉速將大大減小功率，同時提高壓縮機的效率，降低冷水機組的功耗。表1是采用不同的運行方案達到實際負荷要求時變頻制冷機和恒速制冷機實際ARI耗電量的對比。從表格中可以看出，機組配置了VSD后效率明顯提高，并且不建議機組滿負荷運行。滿負荷運行時，變頻機比常規機的單位制冷量耗功量大。這是由于室內溫度高時，變頻機與常規機都處于滿負荷情況下運行，但是變頻機比常規機多了一個變頻器所以單位制冷量耗功量略大。

表1 主機變頻與不變頻實際耗電比較

當前實際負荷	采用的運行方案	實際ARI耗電量（KW）
600RT	420RTVSD*2	268
600RT	900RT*1	305
600RT	900RTVSD*1	253
700RT	420RTVSD*2	352
700RT	900RT*1	365
700RT	900RTVSD*1	333
800RT	420RTVSD*2	578
800RT	900RT*1	436
800RT	900RTVSD*1	431

另外，喘振是離心式冷水機組最容易出現的故障之一，在負荷為40%以下時最易發生喘振^[5]。變頻機組是通過變速和導流葉片協同調節容量的，機組能測定現在的工作點，選擇相應的容量調節模式，并能精確地預測喘振區，從而可以在100%~10%負荷范圍內絕對避免喘振的發生，維持機組在較低負荷下穩定運行^[5]。

傳統的恒速離心機組其工作時的COP值高點一般在80%設計負荷左右，而主機變頻的制冷機組其性能一般在50%滿負荷運行時效果最佳^[6]。北京昆泰望京酒店空調計算冷負荷為2600RT，根據建設單位提出的控制要求，筆者將全部負荷根據實際情況較為合理地分配到2臺900RT和2臺400RT離心式冷水機組中，其中1臺400RT的機組設主機變頻器，以每100RT為單位，詳細設計出從最小負荷到設計負荷全部工況下制冷機開閉的的控制方法，可以在任何實際條件下實現冷機開啟的匹配，保證冷機始終在較高COP值下工作。詳細匹配方法見表2。根據經營方要求，同時考慮產品特性及投資綜合性，最終采用1大1小2臺變頻。產品同時提供濾波器。冷水供回水溫度7/12℃，冷卻水供回水溫度37/32℃；空調冷水一級泵與冷水機組相對應設置和控制，定流量運行。冷水機組采用R-134a冷媒。

表2 冷負荷與冷機開啟匹配表

負荷值	開啟冷機	開啟冷機實際出力	開啟冷機負荷率	負荷值	開啟冷機	開啟冷機實際出力	開啟冷機負荷率
100RT	變頻400RT	100RT	25%	1900RT	定頻900RT	850RT	94%
200RT	變頻400RT	200RT	50%		定頻900RT	850RT	94%
300RT	定頻400RT	300RT	75%		變頻400RT	200RT	50%
400RT	定頻400RT	400RT	100%	2000RT	定頻900RT	900RT	100%
500RT	定頻400RT	300RT	75%		定頻900RT	900RT	100%
500RT	變頻400RT	200RT	50%		變頻400RT	200RT	50%
600RT	定頻400RT	400RT	100%	2100RT	定頻900RT	850RT	94%
600RT	變頻400RT	200RT	50%		定頻900RT	850RT	94%
700RT	定頻900RT	700RT	78%		定頻400RT	400RT	100%
800RT	定頻900RT	800RT	89%	2200RT	定頻900RT	900RT	100%
900RT	定頻900RT	900RT	100%		定頻900RT	900RT	100%
1000RT	定頻900RT	800RT	89%		定頻400RT	400RT	100%
1000RT	變頻400RT	200RT	50%	2300RT	定頻900RT	850RT	94%
1100RT	定頻900RT	900RT	100%		定頻900RT	850RT	94%
1100RT	變頻400RT	200RT	50%		定頻400RT	400RT	100%
1200RT	定頻900RT	900RT	100%		變頻400RT	200RT	50%
1200RT	定頻400RT	300RT	75%	2400RT	定頻900RT	900RT	100%
1300RT	定頻900RT	900RT	100%		定頻900RT	900RT	100%
1300RT	定頻400RT	400RT	100%		定頻400RT	400RT	100%
1400RT	定頻900RT	700RT	78%		變頻400RT	200RT	50%
1400RT	定頻900RT	700RT	78%	2500RT	定頻900RT	900RT	100%
1500RT	定頻900RT	750RT	83%		定頻900RT	900RT	100%
1500RT	定頻900RT	750RT	83%		定頻400RT	400RT	100%
1600RT	定頻900RT	800RT	89%		變頻400RT	300RT	75%
1600RT	定頻900RT	800RT	89%	2600RT	定頻900RT	900RT	100%
1700RT	定頻900RT	850RT	94%		定頻900RT	900RT	100%
1700RT	定頻900RT	850RT	94%		定頻400RT	400RT	100%
1800RT	定頻900RT	900RT	100%		變頻400RT	400RT	100%
1800RT	定頻900RT	900RT	100%

由此可見，冷機與冷負荷的合理匹配，冷機變頻與否在設計之初就應該針對建筑本身的運行特點和建筑所處地域進行合理的計劃，在這方面多花些時間和精力雖然看似耽誤了一些寶貴的設計時間，但在實際運行中可以避免很多問題，并能為物業提供運行調節時開閉冷機的合理方案，更好地實現建筑節能。

4 結論

酒店建筑的暖通設計中，常常會遇到諸如大堂等高大空間冬季熱風送不下來，室內游泳池墻壁和棚頂結露，以及如何根據冷負荷合理選擇制冷機等問題。建設單位在設計前期如果能夠積極向設計院提出設計要求和想法，與設計師們進行交流，以達到預期效果固然最好。如果建設單位在設計之初并不能提出具體要求或不能預見到問題可能會出現的部位，暖通設計師則需要根據已有經驗，針對每個容易發生問題之處逐個解決，以求設計合理，在盡量控制投資和運行成本的基礎上實現最佳的設計效果。希望本文提出的酒店暖通空調設計的幾個問題，能夠給同行們以參考和借鑒，在將來的工作中多加探討，共同提高，設計出優質的酒店工程項目。

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酒店建筑暖通空調設計中幾個問題