某體育中心項(xiàng)目冷熱源方案分析

朱偉昌

（同濟(jì)大學(xué)建筑設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，上海 200092）

0 引言

近年來，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，綜合國(guó)力的日趨強(qiáng)大，眾多大型場(chǎng)館如綜合體育場(chǎng)館群、展覽館群陸續(xù)建設(shè)并投入使用。但是，伴隨而來的則是建筑能耗的不斷增加。在確保使用功能的條件下降低能耗、合理利用可再生能源，已成為建設(shè)資源節(jié)約、環(huán)境友好型社會(huì)的重要基礎(chǔ)。

對(duì)某一區(qū)域內(nèi)的多個(gè)建筑物供冷（熱）有兩種方案：1）區(qū)域供冷（熱）-利用集中能源中心對(duì)所有的建筑物供冷（熱）；2）常規(guī)空調(diào)方案-在每棟建筑物內(nèi)設(shè)置常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)。加強(qiáng)區(qū)域能源系統(tǒng)的深入研究，仔細(xì)分析具體項(xiàng)目的實(shí)施前提與適用性，才能設(shè)計(jì)出環(huán)保、節(jié)能和經(jīng)濟(jì)的區(qū)域能源中心[1]。區(qū)域供冷技術(shù)在供冷密度高或使用時(shí)間交錯(cuò)的復(fù)合建筑群體中使用比較適宜[2]。同時(shí)，區(qū)域供冷系統(tǒng)存在一個(gè)經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的供冷距離[3-4]，結(jié)合盡可能大的供回水溫差及緊隨負(fù)荷變化的控制策略以提高整體的系統(tǒng)能耗[5]。

為了使此大型體育中心項(xiàng)目在建成后能真正做到低能耗運(yùn)行，結(jié)合以上對(duì)于區(qū)域供冷的研究，本文擬采用建筑與系統(tǒng)動(dòng)態(tài)模擬分析軟件eQUEST，對(duì)體育中心各單體進(jìn)行了全年8760小時(shí)的逐時(shí)負(fù)荷動(dòng)態(tài)模擬，以模擬結(jié)果來指導(dǎo)冷熱源系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，在滿足環(huán)境控制的要求下，盡量減少能源消耗。

1 項(xiàng)目介紹

1.1 項(xiàng)目概況

該體育中心占地47.25公頃，總建筑面積約33萬m2。共由“一園一場(chǎng)兩中心”組成：即一座體育公園，一個(gè)體育場(chǎng)、游泳館、體育館、健身館以及體育研發(fā)和商業(yè)中心。它將成為集競(jìng)技、健身、商業(yè)、娛樂為一體的多功能、生態(tài)型體育中心。基地周圍已有居民社區(qū)陸續(xù)建成，體育中心將成為工業(yè)園區(qū)市民休閑、運(yùn)動(dòng)、賞景的重要設(shè)施。

1.2 各建筑概況

商業(yè)建筑與酒店：建筑面積105770 m2。裙樓地下一層至四層主要用于商業(yè)、餐飲，主樓五至十層為酒店，十一至十四層為辦公區(qū)。全年使用。

體育館：建筑面積50942 m2。主要用于文化演藝與體育比賽，地下一層與一層部分區(qū)域用作商業(yè)區(qū)。商業(yè)區(qū)全年使用，文化演藝活動(dòng)預(yù)計(jì)每周一次。下文eQUEST能耗模擬中，演藝活動(dòng)假定為每周日晚上19:00～23:00，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為17:00～23:00。

游泳館：建筑面積46185 m2。設(shè)有訓(xùn)練池、比賽池各一個(gè)。訓(xùn)練池全年向大眾開放，比賽池每年五月中旬至九月中旬開放。泳池開放時(shí)間，七月至八月為5:00～23:00，其余為12:00～22:00。建筑一層設(shè)有健身中心及商業(yè)區(qū)，全年開放，健身中心營(yíng)業(yè)時(shí)間為每天12:00～22:00，每周7天。

體育場(chǎng)：建筑面積88922 m2。主要用于重大體育賽事，假定5次/年（后文eQUEST能耗模擬中假定比賽時(shí)間為2、4、6、8、12月的15日～19日，各五天）。體育場(chǎng)附屬功能區(qū)還包括健身中心與商業(yè)區(qū)，全年開放。健身中心開放時(shí)間與游泳館健身中心相同。

2 eQUEST能耗模擬

為了準(zhǔn)確計(jì)算本項(xiàng)目四座建筑全年空調(diào)、采暖、生活熱水能耗，從而為冷熱源方案對(duì)比分析提供依據(jù)，選用eQUEST能耗模擬軟件對(duì)本項(xiàng)目四幢建筑分別進(jìn)行全年8760 h能耗模擬計(jì)算。

2.1 模型參數(shù)

本項(xiàng)目所在的蘇州市位于夏熱冬冷地區(qū)，緯度、氣候條件與上海基本一致。因此參考上海市氣象數(shù)據(jù)。具體參數(shù)如表1所示。

表1 主要功能區(qū)模型參數(shù)

2.2 模擬計(jì)算結(jié)果

研究中通過對(duì)體育場(chǎng)館的作息時(shí)間分析，并運(yùn)用eQUEST能耗模擬軟件計(jì)算出各建筑單體在全年運(yùn)行過程中的冷熱負(fù)荷（表2），以及生活熱水耗熱量（表3），最后在表4中統(tǒng)計(jì)出本項(xiàng)目各建筑全年的總耗冷、耗熱量。

表2 各建筑空調(diào)冷、熱負(fù)荷表

表3 各建筑耗熱量表

表4 各建筑全年總耗冷、熱量表/(×106kW·h)

圖1 體育館8760 h冷熱負(fù)荷分布圖

圖2 體育場(chǎng)8760 h冷熱負(fù)荷分布圖

圖3 游泳館8760 h冷熱負(fù)荷分布圖

圖4 商業(yè)（含酒店、辦公）8760 h冷熱負(fù)荷分布圖

圖5 建筑群8760 h冷熱負(fù)荷分布圖

3 冷熱源方案對(duì)比

3.1 備選冷熱源方案

由于本項(xiàng)目四個(gè)建筑在使用時(shí)間、使用頻率及使用性質(zhì)上存在較大差異，如何合理的設(shè)置冷熱源方案，使本項(xiàng)目的全年運(yùn)行能耗降到最低，是筆者關(guān)心的問題。

擬提出以下幾種冷熱源設(shè)置方案進(jìn)行分析，見表5。

表5 冷熱源方案表

3.2 各冷熱源方案經(jīng)濟(jì)性對(duì)比

根據(jù)全年8760小時(shí)eQUEST負(fù)荷模擬結(jié)果和生活熱水逐時(shí)用量，結(jié)合蘇州市公共事業(yè)電價(jià)及天然氣價(jià)格，計(jì)算了上述四種冷熱源使用方案的全年運(yùn)行費(fèi)用（包括制冷機(jī)電費(fèi)、鍋爐燃?xì)赓M(fèi)及水泵電費(fèi)），見表6。計(jì)算了各方案的初投資，見表7。

通過比較結(jié)果可以看出集中設(shè)置能源中心為整個(gè)項(xiàng)目供空調(diào)冷、熱水以及生活熱水的方案最有優(yōu)勢(shì)。

表6 各方案年運(yùn)行費(fèi)用表

表7 各方案初投資比較表

集中設(shè)置能源中心，雖然增加了冷、熱水輸送距離，需采用二次泵系統(tǒng)，水泵購(gòu)置與管路鋪設(shè)成本都有所上升，但是總裝機(jī)容量需求相比分散設(shè)置大大縮小，鍋爐、冷水機(jī)組購(gòu)置成本大幅下降。

4 結(jié)論

通過本項(xiàng)目對(duì)冷熱源方案的分析，可以得出以下結(jié)論：

1) 在較短的供冷半徑前提下，集中設(shè)置能源中心方案，在初投資和運(yùn)行成本方面均優(yōu)于分散設(shè)置冷熱源的方案；

2) 冷熱源系統(tǒng)集中程度越高，年運(yùn)行費(fèi)用越低，初投資越低；

3) 集中設(shè)置能源中心還具有便于統(tǒng)一管理的優(yōu)勢(shì)，可以減少機(jī)房管理人員數(shù)量及其工作量，大幅度降低運(yùn)行管理的人員開支；

4) 集中設(shè)置冷熱源的設(shè)備機(jī)房面積小于分散設(shè)置時(shí)的需求；

5) 在設(shè)置集中能源中心時(shí)可以考慮采用部分負(fù)荷蓄冷的冰蓄冷系統(tǒng)，以減少冷水機(jī)組的裝機(jī)容量，提高制冷機(jī)組的利用效率。

[1] 馬宏權(quán), 賀孟春, 龍惟定. 區(qū)域供冷技術(shù)的經(jīng)濟(jì)適用性分析[J]. 暖通空調(diào), 2011, 41(08): 37-42.

[2] 馬宏權(quán), 龍惟定. 區(qū)域供冷系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀與展望[J].暖通空調(diào), 2009, 39(10): 52-59.

[3] 康英姿, 仵浩, 華賁. 區(qū)域供冷系統(tǒng)經(jīng)濟(jì)供冷距離研究[J]. 暖通空調(diào), 2010, 40(08): 135-139.

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[5] 朱穎心, 王剛, 江億. 區(qū)域供冷系統(tǒng)能耗分析[J]. 暖通空調(diào), 2008, 38(1): 36-40.

[6] DGJ32/J 96-2010, 公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[S]. 2010.