商郡城暨万豪国际大厦位于陕南明珠商洛市风景如画的丹江之畔,总建筑面积48 428m²,建筑高度69.65m,是按国际标准设计,配套设施完善的五星级酒店。各层的使用功能为:-1层为人防、地下车库、酒店管理用房及设备用房,设备用房包括消防水池、泵房等;1~2层为酒店大堂、厨房、餐厅、会议室等,3层为游泳池、水疗洗浴、健身房等;3~4层之间为管廊层,4~6 层为办公区;7~16 层为酒店客房,共有客房232间,床位442张。在设计初期,甲方就确定了由万豪国际酒店管理集团来管理运营,设计除了满足我国现有设计规范外,同时还要满足该酒店管理公司的设计标准,两个设计标准要求不同时,根据工程实际和经济性综合考虑。

　　 本工程需要提供热水的场所有酒店客房、厨房、洗衣房、水疗洗浴、游泳池、公共卫生间等。酒店客房、水疗洗浴及公共卫生间为一个系统,生活热水系统设备设于-1层水泵、水处理间:包括水质处理设备、水加热设备及循环设备。厨房、洗衣房、游泳池均各自成独立系统,分区域设系统,以节省管道与能耗。

　　 本工程生活热水系统设4 个分区,其中-1~3层为1区,4~6 层为2 区,7~9 层为3 区,10~16层为4区。每个分区热水由2台HRV半容积式水-水换热器制备,采用闭式系统,全日制机械式循环。

　　 大厦3 层设游泳池,包括1 个半标游泳池和1个按摩池,需要提供热水。热源由多种热媒供应系统提供,其中初次加热采用蒸汽锅炉高温蒸汽经板式热交换器换热,循环加热池水。另外,采用除湿热泵热水系统保证池水的恒温。

　　 除湿热泵系统的设计理念,即基于能源再生与环保的概念,把游泳池水表面蒸发的暖湿气体通过风管引入到除湿热泵中加以回收利用,再将经过处理的干热空气通过风管输送到泳池室内。这样,一方面通过热泵内部的蒸发器,将暖湿气体中冷却后产生冷凝水,既对干燥空气达到除湿的效果,又可以回收蒸发掉的水分至泳池,减少泳池补充水;另一方面可将在蒸发器中回收到的热量,通过压缩机做功再经过回热冷凝器给空气回热,亦可经过池水冷凝器给池水加温,在夏季时,还可通过户外冷凝器将热量排到户外,从而给室内制冷。

　　 采用除湿热泵能源再生系统可使室内恒温泳池达到恒湿、恒温、节能、节水、环保的效果,大大节约了运行成本。

　　 本项目属五星级酒店建筑,涉及众多的设计单位和供货商,厨房、洗衣房均由甲方指定的专业设计公司负责,本次给排水设计仅预留接口。

　　 对洗衣房用水和生活热水加热前需进行软化处理,采用全自动软水器对加压后的给水按分区进行软化。对厨房用水加热前首先采用超滤膜技术进行深度处理,然后进行紫外线消毒,从而保证饮用水安全。

　　 由于本项目为五星级酒店,其客房卫生间使用的卫生洁具多,浴缸容量大,故客房的热水用量标准取160L/(人·d)(60℃),最高日热水用量为101.09m³。

　　 本项主要为厨房用热水,同时还有餐厅的卫生间用热水。热水用量按用餐人数,并综合考虑厨具专业设计公司提供的数据,计算其热水用量。

　　 这个耗热量指提供保持池水恒温所需要的热量。3层游泳池、戏水池使用面积分别为198 m²、17.1m²,体积分别为267.3m³、13m³;游泳池和按摩池的设计水温分别为29 ℃和35 ℃。根据《游泳池给水排水工程技术规程》(CJJ 122-2008)7.2节,计算出游泳池和按摩池总表面蒸发散热量31.65kW、各种传导损失热量6.33kW、补充水耗热量23.33kW,每天总耗热量相当于最高日60 ℃热水用量2.43m³。

　　 洗衣房热水量按洗衣量计算,专业设备公司提供的洗衣房所需蒸汽耗量1 100kg/h ,换算成60 ℃热水用量为8.39m³/h,热源由地下1 层蒸汽锅炉提供。

　　 热水热源的确定是热水系统设计的重要环节,关系到系统的节能、节地、环保及今后运行、维护的费用,也关系到系统供热的可靠性、稳定性、安全性,应根据工程项目的特点、当地的气候条件、有关政策法规等因素,进行综合技术经济比较,才能对其做出正确的选择。因此,在热源的选择问题上,本设计搜集了不少资料,参考了酒店管理公司的设计要求,借鉴了其他高级酒店的设计经验。根据《建筑给水排水设计规范》(GB 50015-2003,2009年,以下简称“建水规”)5.2条,热源的选择次序为:a.利用工业余废热或地热;b.太阳能;c.各种类型热泵;d.热力管网;e.热水机组。

　　 本工程附近无工业余废热可供利用,虽有地热资源,但短期内难以实现,也没有城市公共热力管网可供利用。太阳能为可持续利用的清洁能源,但因为本工程为高层建筑,屋面面积有限,无法设置足够面积的太阳能集热板。若采用空气源热泵,则要在屋面设置大容积的热水箱,结构荷载大,经济性不合理,而且冬季的使用效果不好。这样比较起来,可行的热源只有从空调废热回收及热水锅炉和蒸汽锅炉这几项。

　　 为节约能源,本项目其中1台空调制冷机组(螺杆式冷水机组)采用部分热回收型冷水机组,用作预热生活热水补水。热回收空调制冷机组在运行中会产生大量的废热,其冷却水的温度可达到45 ℃ 以上,经与暖通专业配合,确定采用以燃气锅炉为主热源,利用热回收空调制冷机组产生的高温冷却水为冷水预热的加热方式。

　　 由于锅炉同时作空调采暖的热源,故锅炉设计具体由暖通专业负责,采用2台蒸汽锅炉和2台热水锅炉作为热源。蒸汽锅炉作为游泳池及洗衣房热源,蒸汽压力0.8 MPa;热水锅炉作为生活热水热源,热媒的出水温度为95℃,回水温度为70℃。给排水专业向暖通专业提供蒸汽耗气量和热水耗热量。

　　 综合考虑运行的稳定性和可靠性,以及热交换效率,根据规范要求及酒店管理公司的设计标准,选用了S31608 全不锈钢壳体,U型换热管(紫铜管T3)的HRV系列导流型半容积式热交换器。每一水加热器罐体上装温度计、压力表、安全阀,热媒入口管上装温度自动控制阀,可以更精确地控制热交换器的出水温度,且保证运行的稳定。换热器的进水温度为5 ℃,出水温度为60 ℃,回水温度为55 ℃,设有热水循环泵,当回水温度低于55 ℃时启动,以保证系统的水温。其中4区冷水经热回收型冷水机组预加热后,进入热交换器加热。

　　 热水供水系统的分区同冷水的分区,共分为4个区。

　　 半容积式热水加热器的设计小时供热量按设计小时耗热量计算,计算公式见 “建水规”式(5.3.1-1),半容积式热水加热器的加热面积计算见 “建水规”式(5.4.6)。本工程的主要设计参数见表2。

　　 另外,4区设有利用热水收空调机组高温冷却水作为热媒的预热热水器,型号同4区主加热热水器。在3层游泳池设备间设2 套气- 水板式换热器,分别为264kW/套(供游泳池加热使用),38kW/套(供戏水池加热使用)。洗衣房热水经软化后由高温蒸汽加热,耗热量为537kW;厨房热水经超滤净化后加热,耗热量为667kW。

　　 各个分区均自成系统,采用上行下给的方式。本项目定位为豪华五星级酒店,为提高使用的舒适性,保证热水出水随时随地达到瞬间即有的要求,采用了支管循环的方式,即热水供水管从最末端的用水点接出,再接至热水回水立管,即使该用水点没有用水,其支管中的热水仍保持循环,保证了用水点的水温。该循环方式避免了普通干管循环中支管积存冷水,用水初期须先排放积存冷水的不足,达到了最大限度节水的目的。在设计中根据用水点在建筑平面上的位置,尽量合理布置供水干管、立管及循环回水干管的位置,尽可能做到供水管路大体同程,保证循环水的均匀分配。

　　 热水系统原理详见图1,热交换器布置见图2。

　　 根据万豪酒店管理集团的要求,热水管道的管材要首选铜管,铜管是国际上广泛采用的管材,大多为钎焊连接,这种连接方式有其优点,但是由于国内施工人员的焊接技术水平参差不齐,尤其对中小管径的焊接质量难以保证。经过多方对比,本工程热水系统管道均采用卡压式铜管,管径≤DN100均采用卡压式铜管采用卡压式连接,管径>DN100铜管采用钎焊式铜管管件连接,密封圈采用氯化丁基橡胶圈(CI-IR),执行国标《铜管接头第2 部分:卡压式管件 》(GB/T 11618.2—2008)。采用铜质阀门;管道、阀门均采用橡塑泡棉保温,水加热器采用岩棉制品、硬聚氨酯发泡塑料等保温,保温材料厚度分别由计算确定;热媒管道和热水管道设有伸缩节,设置距离由计算确定,并按照规范要求设置滑动支架和固定支架。

　　 本工程采用承压式热水器,闭式系统,按规范要求需要设置安全阀、膨胀罐等设施,保证系统压力正常。“建水规”要求,日用热水量小于30m³的热水系统可采用安全阀等泄压措施,日用热水量大于30m³的热水系统应设置压力式膨胀罐;所以本工程热水系统1区、4区的换热器回水管上设压力式膨胀罐,2区、3区设安全阀。除同程系统外,所有热水回水主/立管及接设备热水回水管均设静态平衡阀。在客房生活热水循环系统安装Armstrong型号DRV80R-BS1的电子控制混水阀门,通过此电子控制混水阀门的热水供水温度为45℃(可调),以防烫伤。

　　 国外酒店管理公司设计标准与国内设计规范的比较及整合。

　　 由于酒店管理公司的介入,引入了他们自己的设计标准,这对设计工作提出了较高要求。酒店管理公司的标准是根据其运营酒店的经验指定的,涉及酒店机电设备的各个方面,内容详尽细致严格,为满足其要求,需要将国内现有设计规范与其设计标准进行比较,对存在差异的部分,按严格者执行。下面具体分析对设计有较大影响的标准比较和选择。

　　 万豪设计标准中所提及热水系统为开式系统,采用板式换热器或热水机组加热,采用水泥衬里的水箱储存热水,并设置热水循环泵和温度感应开关等保证热水箱内水温恒定。开式系统的优点是随时保证足够的热水量;缺点是热水箱要么设在屋面,荷载过大,结构设计较困难;要么将热水箱设在地下室,但还要设置专门的热水加压泵,而且长期开敞的水泥衬里热水箱会滋生病菌,水质难以保证。由于本工程建筑高度大,加之后期管理运营分区计费,所以给水系统分区较多,根据本工程实际与设计实践,对给水按不同分区进行加压,热水是由加压后的冷水经容积式换热器换热后供给相应分区。这样整个热水系统是闭式的,不用经过水箱(水泥衬里的蓄水箱会对水产生二次污染),不用再加压,系统更加安全可靠,简便实用,机房占地面积小,管理维护方便。经过与酒店管理公司沟通,设计采用容积式换热器生产热水,生活热水系统为闭式系统。

　　 万豪设计标准要求,除断水时不影响酒店正常运作的供水外(如绿化灌溉及车库供水等),不得由市政管道直接供水:供水须通过水池/水箱,以免断水时立时影响酒店运营。由于国内给排水设计对节能审查非常严格,要求能利用市政水压到达楼层的给水尽量利用市政水压,根据本工程实际,我们将接入酒店给水系统分为3个区,高区及中区均由水箱与变频泵加压供水,其中低区利用市政水压与水箱变频泵混合供水:当市政水压不足或断水的情况下,由地下室水箱水泵联合供水(在管路上设电动阀,自动切换)。这样既充分利用了市政水压,满足节能审查要求,又保证了酒店供水的安全。经过与酒店管理公司沟通,设计在满足供水点压力不低于0.275MPa,对1区采用市政直接供水及变频水泵供水,但切换须采用手动阀门切换,不采用电动阀自动切换。

　　 本工程市政给水的总硬度为222.2 mg/L(以CaCO₃计)。“建水规”要求:洗衣房原水总硬度(以CaCO₃计)为150~300 mg/L时,宜进行水质软化处理。其他生活日用热水量(按60℃计)大于或等于10m³且原水总硬度(以CaCO₃计)大于300 mg/L时,宜进行水质软化或阻垢缓蚀处理。酒店管理方要求:当原水硬度超过170ppm(1ppm=1mg/L)时,生活热水系统须设软化水处理设施;超过120ppm时,洗衣房及厨房供水系统须设软化水处理设施。根据水质、水量、水温、水加热设备的构造、使用要求等因素经技术经济比较,对生活热水及洗衣房热水加热前,采用离子交换法进行软化处理。

　　 酒店管理公司对不同使用区域的水温有不同要求,譬如客房、厨房洗手池和其他区域:储存温度57 ℃,在连接到任何装置时的温度为53 ℃;厨房准备间、洗涤盆、洗碗间水温60 ℃;相关研究资料显示:温度大于60 ℃ 时,一是将加速设备与管道的结垢和腐蚀,二是系统热损失增大,温度小于55 ℃时,则不易杀死滋生在温水中的各种细菌,尤其是军团菌之类致病菌。 所以综合考虑水质、安全、保温等因素,将热交换器的出水温度统一为60℃,回水温度统一为55 ℃;客房热水温度较管理公司标准略有提高,为满足要求,在每个客房热水系统上都安装2个并行连接的Armstrong DRV 80数字式恒温混合阀。 安装时需要使用管道连接,经过压力测试,且需配备隔离阀、滤器、混合逆流指示器、止回阀、温度计和混合出水口传感器。传感器连接到楼宇自动化系统(BAS),具有远程设定值调节能力。

　　 在商郡城暨万豪国际大厦集中热水系统设计中,考虑到该项目豪华五星级酒店的定位,在确保可靠、舒适、稳定的同时,兼顾经济、节能、节水、节材、节地、环保及建设方的要求,采用目前业已成熟的运行系统,结合先进的技术、设备、监控手段及智能化管理方式,注重人性化的细节设计,力求令业主满意。