随着我国城镇化进程的持续推进、经济的快速发展和人民生活水平的日益提高, 建筑能耗持续增长, 目前我国建筑能耗已>7.5亿tce (吨标准煤) , 约占全社会总能耗的25%, 已成为我国能源消耗的大户^[1]。推进建筑节能发展, 是加快生态文明建设、走新型城镇化道路的重要途径, 也是促进节能减排和应对气候变化的有效手段。既有公共建筑能耗远高于居住建筑, 而公共建筑中酒店类建筑尤其是四星级及以上的酒店, 体量通常较大, 由于功能需求相比于其他类公共建筑能耗强度通常较高, 根据相关统计数据, 夏热冬冷地区四星级、五星级酒店平均综合电耗>200kW·h/ (m²·a) , 而从酒店费用支出组成情况来看, 能源消耗占经营成本的比例可达30%^[2], 因此, 星级酒店建筑节能对于降低酒店经营成本、促进地区节能减排目标的实现具有重要意义。

现有星级酒店节能技术应用分析方面的文章并不多, 根据调研, 袁瑗等对上海某星级酒店空调系统与生活热水系统节能改造方案及效果进行了分析^[3];刘腊美等对夏热冬冷地区某星级酒店用能系统进行了能耗结构分析, 提出空调系统改造建议^[4];马信海等阐述了节能量保证型合同能源管理在上海四星级酒店节能改造中的应用, 并分析了酒店在空调及热水系统冷热源、照明和厨房燃烧器上的节能潜力^[5];宋智勇等通过数据分析得出某五星级酒店近3年供冷季总运行能耗和空调运行能耗的变化趋势, 提出星级酒店空调及生活热水系统节能方向^[6];杨青等基于某五星级酒店能耗数据, 分析了酒店在空调系统、热水系统及照明光源等方面的节能潜力^[7];何丹等系统分析了如何通过技术改造手段和运行管理方法做到酒店建筑精细化能源管理^[8], 相关研究主要针对酒店用能设备节能方面。本文通过多种节能措施协同使用, 最大限度降低上海某星级酒店建筑能耗, 并且考虑酒店常年人员结构、房间用能功能等基本一致, 采用改造前后2年用能数据进行对比分析, 直观展现节能措施的应用效果, 对酒店建筑能源管理具有重要的指导意义。

上海某星级酒店于20世纪90年代建成, 酒店共有35层, 其中地上33层, 地下2层, 建筑面积近6万m²。酒店外墙为干挂式单元板块幕墙, 屋面分为上人屋面和非上人屋面, 因建造标准的差异, 且经过十几年运行, 改造前酒店玻璃幕墙、非上人屋面等围护结构保温不满足节能标准的要求。此外, 用能设备方面也存在诸多问题, 如空调过渡季节运行负载不足、频繁开停机、照明灯具效率低等。经账单分析发现, 酒店每年用于能源费用的支出占酒店营业收入的比例较大。

建筑能耗影响因素如表1所示, 其中气候、使用条件、建筑形体等固有影响因素通常难以改造, 建筑节能中便于改造和优化的主要是围护结构热工性能、用能设备系统、能耗管理制度等方面。因此, 本文使用复合节能改造的设计思路, 协同使用围护结构保温、低能耗空调系统改造、照明系统改造、能耗管理制度优化等方面技术, 对某星级酒店建筑进行了升级改造。

酒店原有制冷量为2 286, 1 125kW的离心式冷水机组各2台 (见表2) , 分别向12层以下的低区及14层以上的高区供冷, 过渡季节客房供冷存在较多问题, 一方面由于负载不足导致机组无法正常开启, 通过调节导叶阀的开启度满足部分负荷要求, 耗电量很大;另一方面, 在分时段运行策略下, 过渡季节开停机次数频繁, 不仅影响设备的正常使用寿命, 还会造成空调冷冻水温度波动较大, 导致酒店空调舒适度欠平衡, 多次引起客人投诉。

为解决空调系统过渡季节运行时出现的问题, 酒店于2006年对空调系统进行了改造, 在地下1层空调机房内增加1台制冷量为352kW螺杆式冷水机组 (见表3) , 于过渡季节和低客房率时向高区提供冷源, 通过增加连通管, 使得原有2台向高区供冷的1 125kW离心式冷水机组在过渡季节向低区供冷, 代替低区2台2 286kW离心式冷水机组供冷, 其他时间空调系统按照原有模式运行。

酒店外墙采用干挂式单元板块幕墙, 板块间留置落水槽, 板块上石材及玻璃缝隙采用密封胶封堵, 改造前外墙单元板块间密封胶已脱落, 局部出现里外见光, 石材幕墙玻璃点窗及转角玻璃幕墙为单玻窗, 传热系数>6.0 W/ (m²·K) , 不满足节能标准的要求, 石材幕墙传热系数为0.43W/ (m²·K) 。经检测分析, 改造前非上人屋面热工性能也不满足节能标准的规定。

为提高围护结构保温性能、改善立面条件, 酒店于2008—2011年对幕墙、非上人屋面实施节能改造。其中, 石材幕墙玻璃点窗由单玻窗改造为中空钢化镀膜玻璃窗、三层夹胶中空钢化镀膜玻璃窗;石材幕墙内部填充保温岩棉和石膏板, 并更换石材幕墙及转角玻璃幕墙密封胶;转角玻璃幕墙内侧增设1层钢化玻璃, 与原有的幕墙单层玻璃共同形成中空玻璃;非上人屋面增加70.0mm厚岩棉保温层 (见图1) 。

酒店于2013年开始实施照明系统改造, 采用节能型灯具和LED光源代替先前的白炽灯、大功率卤素帕灯, 如将咖啡厅、宴会厅、会议厅、客梯厅等非节能光源照明改为LED光源。另外, 大堂、宴会厅、多功能厅照明采用智能场景控制, 公共楼道照明采用声光控制。

作为上海首家金叶级的绿色饭店, 酒店建立一套完善的能源管理体系, 明确了酒店节能组织机构, 制定了《能源管理制度》《能源统计工作制度》《酒店各部门节能措施》《用电管理制度》《空调新风机、排风扇开关规范》《室外灯光管理办法》以及台账和相关运行、统计记录等制度文件^[9]。

为强化能源管理, 酒店在2012年完成能源分项计量系统安装调试工作, 对楼内各项用能设备进行数据采集、实时监测和分析整理, 从而掌握酒店各项用能设备设施的运行参数及能效状况, 进行节能降耗技术改进, 制定相应节能措施。为了正确记录能源消耗数据, 规范能源统计工作, 落实责任到人, 制定有关能源统计的工作制度。

此外, 酒店还通过能源考核的方式对各部门实施节能目标管理, 分为无量考核和有量考核。无量考核为管理考核, 按酒店各部门的节能考核内容分配系数, 并根据考核内容评分, 满分为100分;有量考核是以上年度电、水、气的实际能耗数据及当年能耗预计数据为基数, 将当前实际能耗数据与基数做比较进行考核 (见图2) 。将考核结果作为奖惩依据, 通过酒店自定的奖励办法确定具体的奖励金额。

空调改造工程于2006年底完成, 表4所示为通过2006年和2007年的能耗账单得出的冷水机组运行月份酒店耗电量。

由表4可看到, 2006年6—11月用电量为527.07万k W·h, 2007年6—11月用电量为495.39万k W·h, 2007年6—11月用电量与2006年同比减少31.68万kW·h, 电费减少25.34万元, 根据历史统计数据, 2006年和2007年客房率相差不大, 故忽略客房率对能耗的影响, 可将冷水机组运行月份电能减少量作为空调系统改造节电量, 另外, 改造后每年节约的冷冻油费用约0.25万元, 新增辅助冷水机组改造费用为58.84万元, 则空调系统改造静态投资回收期约2.3年。

经检测分析, 改造后石材幕墙玻璃点窗、转角玻璃幕墙传热系数为2.9W/ (m²·K) , 石材幕墙传热系数为0.32W/ (m²·K) , 非上人屋面传热系数为0.7W/ (m²·K) , 符合改造阶段所执行的GB 50189—2005《公共建筑节能设计标准》要求。外墙红外热像检测结果显示, 改造后外墙立面温度分布较均匀, 无明显热工缺陷 (见图3) 。

照明灯具改造节能量如图4所示, 合计节电量为39.23万k W·h, 电费按照0.8元/ (kW·h) 计算, 年节约电费31.38万元。根据项目资料, 酒店照明灯具改造总投资为44.32万元, 则静态投资回收期约1.4年。

由图5～7可看出, 协同应用多项节能措施后, 酒店电耗、水耗、燃气消耗量总体呈现下降趋势, 相对于2006年, 2016年电耗、水耗、燃气消耗总量分别下降21.70%, 16.11%, 13.50%。

电、天然气、水的折标系数分别取2.88tce/ (万kW·h) ^[10], 13tce/万m^3[10], 0.857tce/万m^3[11], 通过计算分析得到, 2016年酒店全年能耗相对于2006年减少了约642tce, 节能率达到20%, 节能效果十分可观 (见表5) 。

基于2016年酒店能耗情况, 计算得到酒店单位面积能耗约43kgce/ (m²·a) , 达到DB31/T 551—2011《星级饭店建筑合理用能指南》中先进值≤55kgce/ (m²·a) 的要求。酒店改造后, 由原来的四星级升至五星级, 于2011年被评为上海市既有公共建筑节能改造示范项目, 并于2016年被评为旅游饭店领域上海能效“领跑者”。

根据酒店节能改造投资及能源节省等情况, 对酒店节能技术措施应用经济效果进行分析, 取基准折现率为8%, 按照式 (1) 计算改造起始年份至目前各年的净现金流量现值、累计值。

式中:NPV为净现值;n为计算期期数;i为设定折现率;CI为现金流入量;CO为现金流出量; (CI-CO) _t为第t年现金流量。

各年净现金流量现值、累计值汇总如表6所示, 通过计算, 得到整个计算期净现值为13.68万元, 酒店节能技术措施在经济上可行。

1) 酒店从技术、管理两方面着手, 采取的节能措施包括对空调系统、围护结构、照明系统进行节能改造, 以及建立完善的能源管理体系及能源考核制度, 安装分项计量系统, 实施能源统计、分析等。

2) 空调系统改造后, 酒店全年空调用电量减少31.68万kW·h, 静态投资回收期约2.3年;照明系统改造后, 酒店全年照明用电量减少39.23万kW·h, 静态投资回收期约1.4年;围护结构改造后, 热工性能达到改造时所执行节能标准的要求, 酒店外立面无明显热工缺陷。

3) 综合采取多种节能措施后, 酒店年总能耗减少约642tce, 节能率达20%, 有效实现了绿色酒店能耗最优目标, 为企业获得一定的经济收益, 改造后酒店由原来的四星级升至五星级, 为行业树立了节能标杆。