摘要:介绍了上海市某酒店的负荷特性，并依据上海的气象参数对冷却塔免费制冷的影响，结合项目就冷却塔免费制冷、冷水机组制冷、加大新风量，这三种过渡季节的制冷技术进行了经济性比较分析。 关键词:酒店；免费供冷；间接供冷；湿球温度；经济性 0 引言 随着社会经济的发展，建筑能耗不断增加，空调能耗又占到了建筑总能耗的50%以上[1]。如何降低空调能耗，也是人们关注的一个焦点。冷却塔免费制冷技术，是在常规的水冷机组系统的基础上，增加免费制冷板换及相应的阀门管件，当室外湿球温度低于某个值时，关闭水冷主机，用流经冷却塔的水，直接或间接提供给空调系统制冷，以达到节能的目的。 1 项目概况 本项目坐落于上海市，定位为五星级酒店。总建筑面积约5万平，地上15层，地下2层。地下室为车库、酒店配套后勤、机电用房，1~4层为裙房，5层以上酒店客房。根据酒店工程标准要求，空调系统采用四管制，可实现冷热自由切换。 根据建筑平面的布置情况，一些面积较大的区域，由于无外围护结构或进深大，内区不 受外围护结构的日射得热、温差传热、空气渗透负荷等影响，具有相对稳定的内边界温度条件，这部分区域主要只受照明、设备、人员散热的影响，需要全年供冷。针对本项目，宴会厅、中餐厅、酒吧（地下室）无外围护结构，全部计入内区房间；其他餐厅、健身房进深较大，划分内外区。其中，宴会厅和全日餐厅采用全空气系统。其他功能房间，采用风机盘管+新风系统。
2 室外气象参数
确定冷却塔免费制冷的室外转换温度是实现该技术的一个关键点。随着过渡季节及冬季到来，室外温度降低，室外相对湿度及湿球温度降低，室内要求的除湿量减少，此时可适当提高冷冻水供水温度，减少除湿能力，完全能满足空调舒适性要求。文献表明[2]，冷却塔供冷时所需的湿球温度为9℃左右，相应的供水温度可提高到14℃。
根据上海市（夏热冬冷地区）典型室外气象参数表（来自《中国建筑热环境分析专用气象数据表》），上海市的室外气象参数如表1。按照室外大气湿球温度低于9℃时，可利用冷却塔供冷系统为建筑提供部分冷量。选取12月~3月共计4个月，考虑提供免费制冷。
表1 上海市室外干湿球温度
3 冷负荷
根据建筑功能特点，酒店在过渡季或冬季需要冷负荷的区域主要集中在大空间且内区较大的区域，比如餐厅、宴会厅等。冷负荷组成包括：人体散热、照明负荷、设备负荷。计算结果详见表2。
表2 内区冷负荷
备注：
内区：按距离外维护结构4m以内的区域计算
人体散热量选取，餐厅按极轻劳动，健身房按重度劳动，酒吧按中等劳动；
食物散热不计入；
设备的散热，包括手机、平板、电脑、开敞式厨房电气、舞台镭射灯、音响设备、电视、健身器材等。
4 方案分析
本项目配置了3台1400kW（400RT）的螺杆式冷水机组，对应3台370m3/h的开式冷却塔。以下就三种不同的免费制冷方案，进行对比分析。
一 冷却水免费制冷
在冷水机组侧旁通一个免费制冷板换，冷却水管上设置电动阀，用于夏季及过渡季制冷切换。免费制冷板换的冷源测设计供/回水温度9/12℃，负荷侧供回水温度10/15℃。当免费制冷时，冷却水量为157m3/h，只需开启其中一台冷却塔的40~50%左右，即可满足制冷要求。需要开启的耗电设备：冷却塔、冷却水循环泵、冷冻水循环泵，各1台。需要增加的设备为：免费制冷板换及相关阀门。相应需增加机房面积约15m2。
方案二、冷水机组制冷
直接开启冷水机组进行制冷。但是，冷水机组的启动条件要求冷凝器进水温度不能低于15℃。根据上海市室外气象参数，12月~3月的湿球平均温度为4.87℃，一般冷却塔的冷幅为3~5℃，此时冷却塔的出水温度约为9℃，冷水机组无法直接开启。冷却塔需设置辅助电伴热装置，按照每天满负荷运行4h计，电加热功率=4.2kJ/kg.℃ x 43.5kg/s x (15-9)℃x 480h=526,176kWh。需要开启的耗电设备：螺杆机组、冷却塔、冷却水循环泵、冷冻水循环泵，各1台。需要增加的设备为：冷却塔辅助电伴热装置。
方案三、加大新风量制冷
当室外空气焓值低于室内空气焓值时，可利用室外全新风制冷。根据室内温度，控制
全新风量，并调节对应的排风机风量，达到室内温度控制及风量平衡要求。根据室外平均湿球温度4.87℃，干球温度7℃，焓值18.5kJ/kg。冬季室内设计干球温度22℃，相对湿度30%，焓值34.8℃。消除余热所需的风量=余热量/（室内焓值-室外焓值）=548kW/（34.8-18.5）kJ/kg=121,020m3/h。需要额外提供约70,000m3/h新风量/排风量，对应各增加新/排风各4.5m2井道或防雨百叶11m2。此方案适用于全空气系统，对于风机盘管+新风系统有适用局限性，一方面，如健身房、酒吧等房间的新风机组与同一防火分区的其他功能房间合用，在免费制冷的同时难以保证其他房间满足室内温湿度要求；另一方面，随着新风量的增加，要求室内的新/排风管道尺寸加大很多（特餐厅、中餐厅、健身房、酒吧），也会增加造价并影响房间净高。
5 经济性比较分析
本项目的设备配置：
3台螺杆式冷水机组，制冷量1400kW/台。考虑过渡/采暖季冷却水温度低，即冷凝温度低，冷水机组COP高，按照COP=8考虑；
3台370m3/h的横流式冷却塔，电机功率22kW/台，风机变频调节；
4台端吸式冷冻水泵（1台备用），流量222 m3/h，扬程36m，电机功率37kW/台，变
频运行；
4台端吸式冷却水泵（1台备用），流量320m3/h，扬程30m，电机功率45kW/台，变频电机，定频运行；
变频水泵/风机的功率N2=N1（）3，其中N代表电机功率，n代表转速。
备注：
1)按照每天4小时满负荷运行计算；
2)商业用电按照0.8元/kWh考虑。
6结论
由于本项目的内区较多，如宴会厅、中餐厅、酒吧均无外围护结构，还有一些大空间的房间存在内区，因此采暖季/过渡季节免费制冷具有实用性。通过以上经济型比较分析可知：
1)方案一和方案二可随时冷暖切换，满足酒店四管制运行的要求，且室内的温湿度均可控制。方案一的年运行费用约为2万，方案二的年运行费为46.6万，方案二的运行费中电伴热占了42万元。考虑初投资后，方案一半年可以收回成本。因此，方案一具有可行性和
经济性。
2)方案三虽然成本增加少，但是房间热舒适性无法保证，对风机盘管+新风系统的房间，无法满足不同房间同时冷暖切换及温湿度保证的功能性要求，不符合酒店设计标准的需求。
另外，在其他一些实际项目中，冷水机组的运行有最低负荷率要求，一般离心机为30~40%，当负荷率偏低时，机组会频繁启停或出现喘振。在这种情况下，提供一套免费制冷板换，可以解决以上现象。
参考文献:
[1]季阿敏,刘玮,李杰.冷却塔供冷节能技术应用研究[J]哈尔滨商业大学学报（自然科学版），2009，25（2）：214-217.
[2]张殿光,高兴,张宁.冷却塔免费制冷系统在大连地区的应用研究[J]制冷与空调,2018，32（2）：131-136.
[3]薛琴.冷却塔免费供冷系统在商业建筑中应用初探[J]建筑节能,2013，41（5）：28-31.
[4] [M]中国建筑热环境分析专用气象数据表
