兰州某五星级酒店通风与空调系统设计与分析*

2014-12-04袁尚科赵子琴张常明

建筑设计管理 2014年10期

袁尚科，赵子琴，张常明

（1.兰州工业学院土木工程学院，兰州 730050；2.兰州陇垦建筑工程勘察设计有限公司，兰州 730030）

0 引言

该工程位于兰州车站附近，由酒店主楼、裙楼、地下车库、地下设备用房及酒店后场等组成，总建筑面积61 695.5 m2。其中地下2层平时为机动车车库和设备用房，设74各机动车停车位，战时为甲类核六级人防掩蔽所；地下1层为酒店餐饮部总厨房、洗衣房、18车位汽车库及设备用房等；地上1~6层为餐厅、宴会厅、多功能会议厅及康体休闲用房等。7~11层为开发公司办公用房；12~24层为酒店客房层，25层为生态会所。建筑物总高99.5 m，属于一类高层综合楼。项目各功能分区的建筑面积如表1所示。

表1 酒店各功能区划分

该建筑体形系数为0.13，南向窗墙比为0.24，屋面为上人屋面，外贴100 mm厚复合粉醛保温板；外墙为300 mm厚非承重黏土空心砌块，外贴90 mm厚矿物质岩棉保温板，窗户采用隔断铝合金低辐射中空玻璃窗。

1 空调系统设计

1.1 室内设计参数确定

室内设计参数严格按照《民用建筑供暖通风与空气调节设计规范》（GB 50736—2012）[1]及《公共建筑节能设计标准》（GB 50189—2005）[2]的规定取值，针对个别特殊区域，考虑如下设计措施：

1）地下一层的厨通风系统，在非操作区设置全面排风，蒸煮炒烧区设置局部排油烟设施。为保证室内负压，新风量应在排风基础上减少20%。

2）洗衣房通风主要用于排出室内设备散热，并满足洗衣设备局部排风的要求，为保持室内负压，排风量应在新风量的基础上减少20%。

3）游泳池通风主要用于消除室内余湿，稀释空气中的氯气浓度并满足人体舒适要求，为保证室内负压，排风量在新风量基础上增加10%。

1.2 热源计算与选型

项目所在地属温带大陆性气候，冬冷夏热，空气干燥。酒店空调系统设计中冷（热）负荷计算内容主要包括：

1）24 h空调冷（热）负荷；

2）24 h生活热水负荷；

3）非24 h通风负荷；

4）非24 h游泳池池水加热热负荷；

5）非24 h洗衣房、厨房蒸汽负荷。

酒店冷（热）源必须完全满足以上负荷需要，且应有一定的富余。但考虑到上述热负荷的峰值并不会在同一时刻出现，且有部分负荷并非24 h负荷，故酒店总热负荷计算需考虑0.9的系数。经计算，该工程夏季冷负荷共4 997 kW，冷负荷面积指标为81 W/m2；冬季热负荷为5 308 kW，热负荷面积指标为86 W/m2。系统冷源设于地下2层，制冷机选用两台离心式制冷机组，单机制冷量为2 638 kW，冷冻水供、回水温度为7/12℃，由3台变频水泵循环运行。冷却水进/出水温度为35/30℃，两组冷却塔设置于裙楼的屋面上。

空调热源设置于地下1层的锅炉房内，选用4台燃气真空热水锅炉和2台燃气蒸汽锅炉。其中，燃气真空热水锅炉单台额定热功率为1 396 kW，工作压力为1.6 MPa，供回水温度为60/50℃，为本空调系统供热。蒸汽锅炉单台额定蒸发量为1 t/h，工作压力为0.7 MPa，为酒店提供生活热水及洗衣房、厨房用汽。

1.3 空调水系统设计

本空调水系统采用两管制变频一次泵变流量系统，主立管采用双管下供下回异程式系统，每层水平支管采用同程式，每层水平支管上设动态压差平衡阀平衡各层水量。所有风机盘管和新风机组的冷凝水均由设于每层吊顶内的冷凝水排水干管排至卫生间内的冷凝水排水立管。

为达到缓蚀、除锈、除垢、超净过滤等功能，采用多相全程水处理器对本空调系统的冷热水补水进行软化，采用变频水泵进行定压。因冷却水水温、水质等对系统制冷效率有较大影响，该中央空调的冷却水系统采用机械通风循环冷却系统，循环水采用多相全程水处理器处理，具有杀菌、灭藻、防垢、缓蚀及超净过滤等功能。为充分利用冷却塔填料的换热面积，实现制冷机组负荷变化时冷却塔风机的转速调节，该冷却水系统采用4台冷却塔并联、共同为2台制冷机组服务的多机对多塔冷却水循环系统，冷却塔置于裙楼屋面。

1.4 空调风系统设计

为保证本空调系统的使用功能，同时兼顾造价、节能和运行管理等方面，根据酒店各功能区划分的特点，在具体功能区采用的空调通风方式如下：

1）1层大厅采用吊顶空调箱加新风系统，便于室温独立控制；

2）1~6层的全日餐厅、咖啡厅、KTV包间及餐饮包间等采用风机盘管加新风机组系统，新风机组选用热回收式吊顶空调机组。

5层多功能会议厅等大空间公共用房采用带热回收功能的一次回风全空气低速空调系统。空调机组采用转轮式热回收空调机组，有效回收排风中的能量。在过渡季节，转轮停止运转，系统采用全新风方式运行，以充分利用室外空气中的新鲜空气改善室内环境。空调机组的功能段包括新风初、中效过滤段、热回收段、表冷加热段、加湿段、送风机段、回风机段、回风初效过滤段、热回收段及排风段等。其中，加湿器选用VHC型滴下浸透气化式加湿模块，具有加湿效率高、拆卸、安装和清洗方便等特点。

3）在第6层以上的办公室、客房、生态阳光厅等房间，均采用风机盘管加新风系统，便于独立控制室温。

1.5 空调系统的自控设计

为保证空调系统获得高效、节能、环保的使用效果，本空调系统采用先进的楼宇自控系统。制冷机房、锅炉房可根据用户负荷变化控制制冷机组及锅炉的运行台数、冷热水的出水温度等。冷却塔的运行可根据负荷变化控制风机转速，根据出水水温启闭旁通阀，根据水位高度启停补水泵。

多功能会议厅等全空气空调系统由设置于回风管上的温、湿度传感器所测数值与设定值进行比较，通过控制回水管及加湿管上的电动二通调节阀开度，以达到控制室内温度、湿度的目的。

空调机组、新风机组及风机盘管上的电动二通阀均与风机做连锁控制，且新风管上所有的电动对开多叶调节阀均与风机启动连锁。每台空气处理机组均设压差监测装置，当压差超过设定值时报警，以防止过滤器堵塞。在所有的空气处理机组均设表冷（加热）器表面温度测定装置，以控制电动对开多叶调节阀及电动二通阀，防止在严寒季节表冷（加热）器冻结。

为实现空调房间室温的可控可调，每台风机盘管均设三速开关和室内温控器，温控器优先控制三速开关调节风量，其次控制风机盘管回水管上的电动二通阀调节冷冻水流量。

2 通风系统设计

在该酒店内的地下停车场、厨房、洗衣房等空间，根据房间特点，需设置单独的通风系统。其主要设计内容包括以下几方面。

2.1 地下车库的通风系统设计

地下1层的机械堆垛式汽车库，共有18个停车位，设置独立的机械送、排风系统，排风量按每辆车500 m3/h计算，为保持局部负压，送风量按排风量的85%计算。由此计算得，地下1层停车场的总排风量为9 000 m3/h，送风量为7 650 m3/h。根据车辆停放特征及空气流动特点，送、排风系统设置为上下两支路，上支路排风量占总排风量的1/3，下支路占2/3；送风量比值的设置与各支路排风量相对应。

地下2层的汽车库，战时为甲类核六级二等人员掩蔽所，共设两个防护单元，防护面积分别为1 285.31 m2和1 799.32 m2，掩蔽人数分别为567人和792人。每个防护单元设置独立的通风系统，分别设置清洁式、滤毒式通风及隔绝式通风，清洁通风量按5 m3/（h·p）计算，滤毒通风量按2 m3/（h·p）计算，并满足隔绝防护时间不小于3 h，最小防毒通道40次/h的换气量和室内保持30 Pa正压所需新风量的要求，通风系统形式为上送下排。各类通风量的计算按以下公式进行计算[3]。

1）清洁通风量计算：

式中：L1——清洁通风量，m3/h；

N——掩蔽人数，p；

q1——清洁新风量指标，m3/h·p。

2）滤毒通风量计算：

式中：L2——滤毒通风量，m3/h；

q2——滤毒新风量指标，m3/h·p。

3）隔绝防护时间：

式中：L2——滤毒通风量，m3/h；

q2——滤毒新风量指标，m3/h·p；

V——隔绝空间体积，m3；

C——送入室内，有害气体浓度，%；

C0——通风前，有害气体浓度，%；

C1——经过时间t后，有害气体浓度，%。

4）最小防毒通道换气次数计算：

式中：n——最小通道换气次数，次；

V0——最小防毒通道体积，m3；本工程取35 m3。

2.2 地下制冷机房送排风系统设计

地下制冷机房送排风系统的气流组织设计为上送、上下联合排风方式，通风量按6次/h计算。同时考虑事故通风，事故通风量按12次/h计算，事故通风系统平时与机械排风系统兼用。同时，在制冷机房设置有害气体浓度报警装置，并和事故排风风机连锁控制。

2.3 地下燃气锅炉房通风系统设计

地下燃气锅炉房设独立机械通风系统，通风装置应防爆，送风量由正常换气量和锅炉燃烧空气量组成，正常换气量按12次/h，通风系统形式为上送下排。同时，锅炉间设事故通风系统，通风量按12次/h计算[4]，与平时机械排风系统兼用。在锅炉间设置可燃气体浓度报警装置，并和事故排风风机连锁控制。

2.4 厨房操作间通风系统设计

厨房操作间机械通风系统的通风量按40次/h计算，排风系统由全面排风和局部排风组成，65%排风量由局部排风罩排出，其余35%由厨房全面换气排风口排出。局部排风系统由专业厨房工艺公司另行设计。为保持厨房一定的负压，送风量为排风量的80%，补风系统在冬、夏季节分别采用加热、冷却处理。厨房操作间也设置事故通风系统，事故排风量按12次/h计，可与平时厨房机械排风系统兼用。

3 防排烟系统设计

防排烟系统能及时排除火灾发生时产生的大量烟气，防止烟气向防烟分区外扩散，确保建筑物内人员的疏散逃生，并为消防救援创造有利条件，是高层民用建筑中不可或缺的重要部分。本工程防排烟系统设计的主要内容包括以下几方面[5]。

3.1 防烟楼梯间及消防电梯间防排烟系统设计

本建筑中，在所有不满足自然排烟条件的防烟楼梯间及其前室、消防电梯间前室及合用前室均设置机械加压送风系统，地上、地下共用楼梯间每隔2层设置一个多叶送风口，合用前室每层设置一个多叶送风口。当发生火灾时，相应防火分区内的防烟楼梯间、消防电梯间前室及合用前室的加压风机启动，楼梯间的多叶送风口根据火灾发生区域，按地上、地下分别开启，合用前室着火层及其上下两层的加压送风口全部打开送风。

3.2 地下室、地下车库防排烟系统设计

根据相关规范，位于地下1、2层的地下车库应结合机械排风系统设计机械排烟系统，排烟量按6次/h换气次数确定，车库的送风机兼做火灾发生时的机械补风系统。同时，位于地下1层的酒店总厨房、总仓库等可燃物较多区域，均应结合机械通风系统设置合理的防排烟分区，以防止火灾蔓延。每个排烟系统担负一个防烟分区进行排烟，排烟量不小于60 m3/h。

3.3 排烟风机、风管和风口的设置

地下车库送、排风机选用变频调速风机，可有效降低车库使用时段的风机运行能耗，同时设置一氧化碳气体浓度传感器，可根据一氧化碳浓度自动控制风机运行。

采用挡烟垂壁划分各防烟分区，平时各防烟分区的排烟口通过常闭型排烟口保持关闭，火灾发生时手动或自动开启本防烟区的排烟口。手动或自动开启装置与排烟风机连锁，当系统内任一排烟口开启时，排烟风机即可启动。

排烟口按防烟分区布置，每个防烟分区内的排烟口据最远点的距离不得超过30 m。排烟风机入口设置温控型防火阀，且与排烟风机联动，当烟气温度超过280℃时，能自动关闭排烟防火阀。

4 空调系统节能与环保设计

中央空调是酒店正常运营过程中的耗能大户，其耗费的电量占整个酒店年耗电量的60%左右，因此，中央空调系统的节能设计显得尤为重要。

在设计过程中，空调冷、热负荷的计算通常参考冬夏季节极端天气工况进行设计，并且保留10%~20%的富余量。然而，在绝大部分时间空调不会在满负荷状态运行存在较大富裕。所以，空调系统采取节能措施的必要性强，潜力大。以下就本工程空调系统的节能与环保措施做一简单介绍[6-7]。

4.1 空调系统节能设计

制冷压缩机是空调系统中能耗最大的设备，经计算可知，若本工程采用水冷离心式冷水机组，当冷却水进水温度为30℃，冷冻水进水温度为7℃时，机组性能系数 COP（Coefficient of Performance）达5.75；而在相同条件下，若采用水冷螺杆式冷水机组，其性能系数只有5.40。因此，本空调系统选用性能系数较高的水冷离心式冷水机组。仅此一项，每年可节省电费近10万元。

冷冻水系统采用如图1所示的一次泵变流量变频系统[8]。

图1 中央空调一次泵变流量冷冻水系统图

该系统中，并联水泵和并联制冷机组相互串联，制冷机组和循环泵进行连锁控制，使循环泵和制冷机组同步启停以保证系统的安全运行。当一台制冷机组或循环泵发生故障时，有备用的制冷机组和循环泵，系统运行的可靠性得以提高。同时，系统采用变压差控制法，根据系统最不利回路对压头和水量的需要，对水泵台数或转速进行控制，以实现最佳的节能效果。

除此以外，每个冷却塔的风机设置变速装置，可满足部分负荷下的节能要求。在酒店门厅、多功能会议厅等公共区域采用一次回风全空气低速空调系统，设热回收组合式空调机组回收排风中的余热，热回收效率大于60%，送、排风风机均采用变频风机，以适应负荷及风量的变化。在过度季节，空调系统转换为全新风运行，在提高室内空气品质的同时降低系统能耗。

4.2 空调系统环保设计

因建设单位对本工程项目的定位高，对系统的环保设计提出了具体的要求。为此，在空调系统设计中，所有的机电设备均选用低噪声产品，冷却塔选用超低噪声设备，且与相邻房间之间做隔音屏障；空调机组送、回风管上均设置防火帆布软管，以防止机械噪声的传至室内；冷水机组、空调机组及水泵等转动设备均设减振器，冷冻、冷却水泵均采用机械密封型水泵，且在机房设置隔音措施。制冷机组的冷媒则采用环保型制冷剂R134a，具有传热系数高、低毒、不燃等特点。其他环保措施，应按照通风与空调系统相关的验收规范严格执行。