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Energy Reports: (6)2020 487-497
酒店暖通空调布局设计与利用的方法综述
Yamile Diaz Torresa,Hernan Hernandez Herrerab,*,Mario A.Alvares Guerra Plasenciaa,Eduardo Perez Novoc,Lester Pimentel Cabrerad, Dries Haeseldonckxe, Jorge Ivan Silva-Ortegaf
a Study Center of Energy and Environment, University Carlos Rafael Rodriacute;guez, Cienfuegos, Cuba
b Universidad Simoacute;n Boliacute;var, Facultad de Ingenieriacute;as, Barranquilla, Colombia
c Language Study Center, University Carlos Rafael Rodriacute;guez, Cienfuegos, Cuba
d Faculty of Engineering, University Carlos Rafael Rodriacute;guez, Cienfuegos, Cuba
e Mechanical Engineering Technology TC, Group T Leuven Campus, Andreas Vesaliusstraat., Belgium
f Energy Department, Universidad de la Costa, Barranquilla, Colombia
Received 1 August 2020; received in revised form 2 September 2020; accepted 26 September 2020
摘要：旅游业是世界各地可持续发展经济的主要行业之一，正体现出它的生命力和适应力。这个行业为满足质量、客人舒适度和运价水平需求，对能源使用的增加使其成为了有着巨大能耗的庞然大物。即使是位于同一地区的场所，许多因素也能够对酒店能耗产生显著的差异，在四星级酒店这种差异能达到114kwh/㎡/年。这篇文章论述了其中消耗的30-50%能量用于暖通空调系统的酒店设计，活动，服务种类，占用模式，运行点和效率。同时，对先前基于非传统能源资源执行的工作进行了综述，比如用光伏项目去替代依赖燃料和高成本电费的工程。然而，初始的资本投资与回收期是高昂且漫长的，需要在这些场所中不断考虑新的因素。
关键词：酒店；设施；暖通空调系统；资源利用
1引言
旅游业一直是世界各地的领头经济行业之一。根据世界旅游组织，尽管偶发危机，旅游业仍有着持续性的增长，这体现出它的生命力和适应力。上个世纪入境旅游人数持续增加，在1950年旅客人数达到了25,000,000，1980年278,000,000，2000年674,000,000，2015年1186,000,000并且在2018年[1]超过了1400,000,000。然而，这种势不可挡的增长趋势也表明了会消耗更多的能源，自然资源和产生大量的废弃物和污染物[2,3]。在1995年，美国能源信息管理局公布了酒店被认为是贸易和服务行业五座最大能源消耗建筑中的第一，同时，在2012年中国建筑节能年度报告中表明了酒店是在购物广场之后的最高能耗建筑。通常能源消耗会随着酒店的不同位置和种类有很大变化，然而总的来说酒店依然是能源密集型场所[4,5]。现如今，旅游业占据了全球温室气体排放量的8%，其中大部分归因于运输客人和供给，及确保他们在酒店的舒适体验[6]。几项因素影响着一个酒店为了达到更好的室内舒适度和服务质量的能源消耗。文献[7]和[8]分析了如酒店种类，总建筑面积，使用年限的因素，结果展示在表格1中。
分析的其他因素有能源品质，水系统，生产实践，维修计划，客户档案（假期或者出差），服务类型。所有这些因素导致了位于相同地区场所能耗的显著变化。表格2提出将能源利用指数的变化作为这种变化的一种体现。
几项研究证实了酒店里极大一个百分比的能耗是由暖通空调系统引起的。根据一份184个被选中的酒店样本来看[11]，一半的能源被暖通空调系统所消耗。一项在亚热带酒店量化实行的研究表明[19]，暖通空调系统消耗了35%～50%的电力。在两个热带酒店测量的电力消耗[20]，已经展示在图1a和1b中。在两个案例中，冷冻机能耗分别高达总能耗的61%和48%。因此，在暖通空调系统中酒店的节能是一个重要的问题。
这些系统的能耗被如它们的连续操作性（一天24小时，一年365天），入住模式和受文化和环保意识影响的顾客对于不同室内舒适度的偏好差异组成的功能区等许多因素所影响[21]。
这篇文章旨在总结对酒店设施的空调方案设计有影响的基本问题。这项研究回顾了影响到空调系统使用的酒店场所的特征，针对达到节能的不同方法，大多数酒店采用暖通空调方案。完成一个高效系统的设计需要有暖通空调技术，酒店设施以及它们运行方式的全面知识。
2 酒店特点
从结构方式上看，酒店设施是一个为其客人精心设计并有着提供不同服务的三个功能区的组合体[22]。
客房服务区：包含了客房和套间。其主要特征就是含有根据客人行为表现，个人偏好和服务需求的可变负载的独立空间。舒适的房间温度设置可以作为这种变化和偏好的一个例子。
公共区域：它包含例如接待处，大厅，游泳池，商店，饭馆，会议室等其他常用区域。其一个重要的特征，就是和室外空间有着高度的热交换率，并且有由入住密集程度，灯光以及电力设备和工具引起的高额内部负载。
服务区：包括了厨房，仓库，洗衣房，机房，管理区，办公室，员工场所，及其他为客人提供服务的区域。相比于其他区域和能源使用情况，它们有着不同的占用情况。它们采用密集的灯具，大量的电子和电力设备，还有蒸汽设备。通常来说，除了办公室和员工场所，这些地方的舒适度需求由这个设备使用的专业标准决定。
热负荷情况
确定由入住情况引起的热负荷是暖通空调设计的重要一步。一个酒店的设施并不总是全负荷使用。由于客房瞬变的占用情况（相较于白天晚上客房大量使用）导致一天循环中的负荷多样性是一种常见的现象，并且这种多样性与辅助设施的运行密不可分。
一些案例如图2和3[21，23]所示。这些文献描述了基于酒店单元模式的日常电力负载表现。这项负载在黎明期间下降并且在06：00～23：00之间上升，直到23：00后又开始下降。由笔者看来，这些变化可能是由于功能区的平常办公时间引起的。除此之外，夜间负载的增加是与休息室以及如饭馆，夜总会等其他为它们的客人提供服务的公共区域息息相关的。
如果分析中考虑到公共区域在其日常工作时间内的间歇性运行，那么就有可能确定热负荷变化。复查位于韩国的不同酒店[24]，结果证实了由于使用时间和每小时设施活动水平的影响，电负荷情况随着工作日和周末变化，如图4a和4b所示。
另外，建议通过重新布置加热/冷却需求和模拟重置入住情况来消除由住宿情况引起的负荷多样性[25]。有着相似入住情况简介的客人可以安置在相同的地方。也就是说，为了消除入住情况多样性，在特定区域的客人应该有相似的行为模式。同样的，大堂经理过去常常为同一类型的客人提供同一楼层区域的住宿[19]。
根据热负荷需求去选择暖通空调系统，同时考虑不同功能区有着其独特的的舒适度需求是必要的。这可以通过标准的或者当地特定的建筑规范进行调整。如表格3所示。
部分负载工况
酒店的暖通空调系统通常是在部分负载工况下工作的。一般来说，暖通空调设备只处于部分或者低负载，很少出现最大负载。文献[27]评估了一个酒店每年的冷能，其最大冷负荷在0.5～1比率之间波动的时间占据了酒店冷冻机所有运行时间的47%。文献[28]中为了提高冷水机组效率，建立了一个冷水机组序列并且运行更少的冷水机组来避免效率波动。同样的，文献[29]评估了不同的选项来为冷水机组确定尺寸；并分析了一个热带酒店冷水机组一年的运行小时数。结果显示了平均在33.5%左右的低使用率。此外，关于运行时长对冷容量的研究表明只有在设备153小时的运行期间内需要更多的冷容量（461RT），并且这低于装机负荷的冷容量（720RT）。这项解决方案每月节能10.5%。
基于上述提到的工况，有几种暖通空调系统布局方式；每个空调系统有千变万化。因此，选择一个系统并不是件简单的事。自设计阶段起就该考虑暖通空调系统的选择与调整了。这个阶段是在所有设施中减少能耗和确保能源效率的最佳机会。
噪音等级
噪音会引起听力问题，产生压力，改变睡眠模式并影响可听区域范围。为了达到噪音标准必须对不同区域中高质量的设备进行选择。例如，文献[30]中提到了在工作区不同空调系统的噪音等级，见表格4。美国暖通工程师协会应用指南（2007）中提到噪音等级和声音隐私应该通过声学手段来控制。其第47章节为声音故障排除和振动问题提供了对音质设计和暖通空调系统相应的相关施工阶段的指导以及规范。另一考虑方向就是为了减少由发电或输电系统产生的噪音，空调设备需要进行分离。比如，冷却水塔（冷凝机组）必须设计和坐落在避免打扰到建筑居住人员或者附近建筑物的位置。
作为暖通空调系统设计准则的一般性建议，以下考虑因素如表格5所示。
3 可用暖通空调系统推荐
此外，国家可能会采用影响到在酒店场所应用哪种暖通空调系统的决定的准则规范，表格6列举了世界旅游组织采用的暖通空调要求[34,35]。
对处于湿润气候的酒店，为了减少使用昂贵模具和防止霉菌问题，美国暖通工程师协会标准建议保持最小必须新风量来满足空气质量。在这种开关循环单元或者增压空间不足的地区，空调不会适当地除湿或者除去空气中多余的水汽。Priyadarsini等人[36]指出在新加坡几个酒店中，当客人不在房间里的时候空调仍保持开启状态，且设定的温度点（25℃）比舒适温度（24℃）略高。
Udawatta等人[37]提到，作为惯例，尽管是空置房间，大多数优质酒店为了防止产生臭味或不适气味会维持房间的温度在26℃左右。因此，空置的房间可以认为是部分负载的。
Acost等人[38]和Lara Boris等人[39]提到的所安装的暖通空调系统是中央空调系统冷水机组，其由一个主回路（四台风冷冷水机组）和副回路（风机盘管机组）组成，过去通常用于传递冷却水和维持室内区域的舒适度要求。文献[21]中为中央空调全年提供了相同的天气条件。该中央空调设备由四个完全相同的海水冷却离心式制冷机组成，每个有2040kW的冷容量。其余的暖通空调系统包括空气处理机组用风机和一次空气处理机组，最后是一次和二次冷冻水泵。位于香港的一家酒店空调系统包含了三个完全相同的水冷离心式制冷机，以确保在部分负荷工况下的灵活性和备用容量[27]。直到每个运行的制冷机都在满负荷下工作时，冷却装置才开始运行。其冷却塔依赖于在喷射过程中水的蒸发性，因此不得不考虑制冷机运行时水的消耗量。
在汽车旅馆，低层公寓，和位于温和气候的居住地，蒸发式冷却装置是很普遍的。在其他地方，举个例子，位于欧洲的高档酒店（希尔顿）一般都配备集中式系统，包括有锅炉，冷冻机和冷却塔[11]。当经过分散系统冷却时，如果是中端市场酒店（斯坎迪克），那么其场地供暖和民用热水则由集中设备进行提供。位于尼泊尔的一个酒店配备有一个标准的空气-空气型热泵作为一个独立的暖通空调系统，为每个客房装配加热设定值为20℃和冷却设定值为26℃的恒温器[14]。在混合模式下运行时，也考虑用自然通风进行冷却。最后，另一个例子就是由来自巴利阿里群岛的20个三星级和11个四星级酒店（海滩酒店）组织实施的研究，所有的场所都配备了冷冻机和风机盘管。此外，它们中的大多数都有装着柴油锅炉和一个热水集中系统的集中供热装置。考虑到集中型厂房，能为热能储存提供良好机会是其一个强项。恰当的设计能够准许装机容量的减少，这样在电费上涨的时候不但减少了高峰负荷还减少了能耗[40]。在文献[41-45]中描述了关于TES系统主要的难题。其另一个优势就是热回收系统。在拥有集中式空调系统的酒店场所，卫生热水生产系统由包括能够进行显热回收和在压缩进程出口提取制冷剂潜热的水冷机组组成。这些潜热可以在所有设备运行工况下利用并且可以用来供暖，烹调或者洗衣房
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