夏熱冬冷地區(qū)某綜合樓空調(diào)冷熱源優(yōu)化研究

方永林

(福建工程學(xué)院生態(tài)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，福建福州350118)

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夏熱冬冷地區(qū)某綜合樓空調(diào)冷熱源優(yōu)化研究

方永林

(福建工程學(xué)院生態(tài)環(huán)境與城市建設(shè)學(xué)院，福建福州350118)

摘要:根據(jù)夏熱冬冷地區(qū)的氣候特點(diǎn)、建筑使用功能和建筑周邊資源現(xiàn)狀，對某綜合樓空調(diào)冷熱源方案的選擇進(jìn)行比較研究。通過比較優(yōu)化前后冷熱源方案，對其初投資、運(yùn)行費(fèi)用、舒適性、穩(wěn)定性等因素進(jìn)行綜合分析，結(jié)果表明當(dāng)建筑規(guī)模較大且需提供空調(diào)及熱水時(shí)，模塊式風(fēng)冷熱泵(熱回收)系統(tǒng)優(yōu)越于多聯(lián)機(jī)VRV加獨(dú)立熱源系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞:夏熱冬冷地區(qū);空調(diào)冷熱源;優(yōu)化

暖通空調(diào)設(shè)計(jì)師大多采用工程經(jīng)驗(yàn)來確定空調(diào)冷熱源及系統(tǒng)形式，這樣勢必會造成項(xiàng)目建造成本偏大，后期運(yùn)行管理不便等一系列損害建設(shè)單位財(cái)產(chǎn)及浪費(fèi)國家能源的問題。

為了設(shè)計(jì)合理的節(jié)能建筑，實(shí)現(xiàn)建筑節(jié)能，執(zhí)行福建省住房和城鄉(xiāng)建設(shè)廳發(fā)布的《福建省綠色建筑評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》(DBJ/T13－118－2014)和《福建省綠色建筑設(shè)計(jì)規(guī)范》(DBJ/T13－197－2014)，本文主要針對福建夏熱冬冷地區(qū)某綜合樓的空調(diào)冷熱源方案進(jìn)行優(yōu)化，并對初投資、運(yùn)行費(fèi)用等方面進(jìn)行分析比較，旨在找到最適合該地區(qū)該類建筑的空調(diào)冷熱源方案。

1　工程概況

本工程位于夏熱冬冷地區(qū)福建省三明市，該建筑包括裙樓和主樓，為集辦公、酒店為一體的綜合性建筑，總建筑面積24 750 m2，地上17層，建筑高度63.6 m，其中地下1層為停車庫及設(shè)備用房，主樓1層為大堂、商品展示廳和消控室等，2、3層為商務(wù)交易廳和多功能廳等，4至8層為客房，9至17層為辦公用房;東、西側(cè)裙樓: 1層為商品展示廳，2層為網(wǎng)絡(luò)中心，3層為多功能廳。該工程夏季空調(diào)冷負(fù)荷約1 766 kW，冬季空調(diào)熱負(fù)荷約1 412 kW;僅4至8層客房層要求設(shè)置全日制集中熱水供應(yīng)系統(tǒng)，其最高日熱水用水量為25 m3，最大時(shí)用水量為3.60 m3(熱水以60℃計(jì))，設(shè)計(jì)小時(shí)耗熱量120 kW。

2　冷熱源原方案

原方案采用變冷媒直接蒸發(fā)多聯(lián)機(jī)VRV系統(tǒng)，本工程共采用35臺外機(jī)(總配置制冷容量為1 883 kW，制熱容量為2 271 kW)，其中16臺外機(jī)僅負(fù)責(zé)處理新風(fēng)熱濕負(fù)荷，外機(jī)置于裙樓和主樓屋面。熱水系統(tǒng)采用2臺空氣源熱泵(輸入功率16.6 kW，制熱量72 kW)和2臺輔助電加熱器(輸出功率35 kW，容積式500 L)，這兩套互為備用的獨(dú)立系統(tǒng)為客房提供熱水，其中2臺空氣源熱泵機(jī)組置于裙樓屋面，2臺輔助電加熱器及全部的熱水循環(huán)泵、熱水水箱等置于地下室供熱機(jī)房(40 m2)。該方案熱水供熱系統(tǒng)和多聯(lián)機(jī)VRV系統(tǒng)均為獨(dú)立系統(tǒng)，互不影響，每個(gè)季節(jié)開啟對應(yīng)的模式即可，操作方便。

3　冷熱源優(yōu)化方案

優(yōu)化設(shè)計(jì)方案原先考慮采用2臺一大一小水冷螺桿機(jī)+2臺獨(dú)立空氣源熱泵系統(tǒng)，但因原設(shè)計(jì)未設(shè)計(jì)制冷機(jī)房，只設(shè)供熱機(jī)房且地下室已建成，故沒空間來布置水冷螺桿機(jī)機(jī)組，因此該方案排除。

后經(jīng)考慮，優(yōu)化方案采用風(fēng)冷熱泵機(jī)組+風(fēng)冷熱泵帶熱回收機(jī)組，既可夏天供冷、冬季供暖，也可通過熱回收機(jī)組為客房提供熱源，經(jīng)過精心對比分析［1－3］，最終將冷熱源配置情況(見表1)作為主要技術(shù)性能參數(shù)。

表1　主要技術(shù)性能參數(shù)Tab.1 The main technical parameters of module-typed air-cooled heat pump

夏季工況:機(jī)組A進(jìn)入“空調(diào)模式”，制冷量為1 560 kW;機(jī)組B進(jìn)入“空調(diào)模式”，制冷量為238.8 kW，熱回收量為304 kW;故滿足夏季冷負(fù)荷和客房熱水負(fù)荷需求。冬季工況:模式一(供熱水)采用機(jī)組B進(jìn)入“熱水模式”，兩用兩備，其制熱量為152 kW滿足客房熱水負(fù)荷;模式二(冬季采暖+供熱水)采用機(jī)組B進(jìn)入“熱水模式”，兩用兩備，其制熱量為152 kW滿足客房熱水負(fù)荷，同時(shí)采用機(jī)組A進(jìn)行采暖，其制熱量為1 680 kW，可以為大樓冬季空調(diào)采暖提供熱量。其余時(shí)間: (供熱水)采用機(jī)組B進(jìn)入“熱水模式”，兩用兩備，其制熱量為152 kW滿足客房熱水負(fù)荷。

4　經(jīng)濟(jì)性分析

4.1初投資費(fèi)用比較

兩種方案的冷熱源設(shè)備初投資比較見表2［4－5］，可以看出原方案主機(jī)初投資遠(yuǎn)大于優(yōu)化方案，而因優(yōu)化方案采用空調(diào)水系統(tǒng)，故其水泵及附屬控制設(shè)備初投資大于原方案。綜合比較，優(yōu)化方案冷熱源設(shè)備初投資只有原方案初投資的44%，節(jié)省尤為明顯。

表2　冷熱源設(shè)備初投資比較Tab.2 The comparison of initial equipment capital between two schemes

4.2年運(yùn)行費(fèi)用比較

通過分析項(xiàng)目所在地典型年全年氣候條件，設(shè)定制冷及采暖時(shí)間，具體如下:空調(diào)制冷時(shí)間為5月份下半個(gè)月－9月份，約135 d;空調(diào)采暖時(shí)間為1－3月份上半個(gè)月和12月份，約105 d;客房全年供應(yīng)熱水;一天設(shè)備平均工作時(shí)間按10 h計(jì)。

通過對項(xiàng)目空調(diào)區(qū)全年冬季熱負(fù)荷和夏季逐時(shí)冷負(fù)荷進(jìn)行計(jì)算，并結(jié)合項(xiàng)目所在地典型年全年氣候條件和冷熱源配置情況，設(shè)定制冷及采暖時(shí)負(fù)載率，具體如下:

制冷期內(nèi)出現(xiàn)滿負(fù)荷的時(shí)間為54 d，滿負(fù)載運(yùn)行時(shí)間為54×2 = 108 h，75%負(fù)載率運(yùn)行時(shí)間為54×5 = 270 h，40%負(fù)載率運(yùn)行時(shí)間為54×3 =162 h;其他制冷期內(nèi)，75%負(fù)載率運(yùn)行時(shí)間為81×5 = 405 h，40%負(fù)載率運(yùn)行時(shí)間為81×5 = 405 h;故供冷時(shí)，100%負(fù)載率運(yùn)行時(shí)間為108 h， 75%負(fù)載率運(yùn)行時(shí)間為675 h，40%負(fù)載率運(yùn)行時(shí)間為567 h。

采暖期內(nèi)出現(xiàn)滿負(fù)荷的時(shí)間為50 d，滿負(fù)載運(yùn)行時(shí)間為50×2 = 100 h，75%負(fù)載率運(yùn)行時(shí)間為50×5 = 250 h，40%負(fù)載率運(yùn)行時(shí)間為50×3 =150 h;其他采暖期內(nèi)，75%負(fù)載率運(yùn)行時(shí)間為55×5 = 275 h，40%負(fù)載率運(yùn)行時(shí)間為55×5 = 275 h;故采暖時(shí)，100%負(fù)載率運(yùn)行時(shí)間為100 h，75%負(fù)載率運(yùn)行時(shí)間為525 h，40%負(fù)載率運(yùn)行時(shí)間為425 h。

方案優(yōu)化前、后年運(yùn)行費(fèi)用分別為92.0萬元、82.8萬元，優(yōu)化方案優(yōu)勢較明顯，具體見表3;同時(shí)，優(yōu)化后的冷熱源設(shè)備的變電容量降低約186 kVA，降低配電投入。

4.3綜合分析比較

上述兩種方案應(yīng)用于本工程，其各方面綜合分析比較［2－3］，詳表4。

表3　運(yùn)行費(fèi)比較Tab.3 The comparison of operation cost between pre-and post-optimization schemes

表4　綜合分析比較Tab.4 The comprehensive comparison between two schemes

對比內(nèi)容原方案多聯(lián)式空調(diào)機(jī)組C +電輔助加熱器、空氣源熱泵機(jī)組D優(yōu)化方案模塊式風(fēng)冷熱泵A +模塊式風(fēng)冷熱泵(熱回收型)B安裝位置機(jī)房面積多聯(lián)空調(diào)機(jī)組外機(jī)及空氣源熱泵機(jī)組置于屋頂，但電輔助加熱器、熱水泵及熱水箱置于供熱機(jī)房約40 m2。機(jī)組A、B及其附屬空調(diào)水泵、熱水泵、熱水水箱等置于裙樓屋面設(shè)備置于裙樓屋頂，無需單獨(dú)提供機(jī)房。運(yùn)行管理　無需專人維護(hù)，但制冷劑管路長，極易泄漏，維修不便。主機(jī)的控制模式采用電腦控制，無須專人看守，節(jié)省了日常費(fèi)用及開支。熱舒適性　用制冷劑作介質(zhì)，制冷出風(fēng)溫度較低，溫度太低，且抽濕過分，人體感覺不適。用水作介質(zhì)，制冷送風(fēng)溫度較高，人體舒適性高。安全方面　如制冷劑泄漏將都泄至漏點(diǎn)，造成局部濃度太大，嚴(yán)重時(shí)會使人員窒息，造成危險(xiǎn)。水是環(huán)保的介質(zhì)，泄漏對人體無影響，可非常明顯地察覺，從而及時(shí)維修。

5　結(jié)論

針對夏熱冬冷地區(qū)福建省三明市某綜合樓的工程概況，通過上述兩種方案的初投資、運(yùn)行費(fèi)用、舒適性、穩(wěn)定性等因素進(jìn)行綜合分析，結(jié)論如下:當(dāng)建筑規(guī)模較大且需空調(diào)及提供熱水時(shí)，模塊式風(fēng)冷熱泵(帶熱回收)系統(tǒng)優(yōu)越于多聯(lián)機(jī)VRV加獨(dú)立熱源系統(tǒng);首先其初投資只有原方案初投資的44%，運(yùn)行費(fèi)用也節(jié)省了10%，優(yōu)勢較為明顯;其次采用水作介質(zhì)，制冷送風(fēng)溫度較高，人體舒適性得到提高，安全性也得到提高;最后采用模塊式風(fēng)冷熱泵(帶熱回收)機(jī)組，實(shí)行制熱水優(yōu)先模式，在制熱水的同時(shí)回收冷量，達(dá)到節(jié)能減排的目的。

參考文獻(xiàn):

［1］中華人民共和國住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部，中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB50736－2012，民用建筑供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)范［S］.北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社，2012.

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［3］范存養(yǎng)，楊國榮，葉大法.高層建筑空調(diào)設(shè)計(jì)及工程實(shí)錄［M］.北京:中國建筑工業(yè)出版社，2013.

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［5］吳衛(wèi)軍，孫兆軍.北京京澳中心空調(diào)冷源分析比較［J］.暖通空調(diào)，2006，36(5) :68－71.

(責(zé)任編輯:肖錫湘)

Comparison and analysis of cold and heat sources for air-conditioning system of buildings in hot summer and cold winter zone

Fang Yonglin
(College of Ecological Environment and Urban Construction，F(xiàn)ujian University of Technology，F(xiàn)uzhou 350118，China)

Abstract:Comparison and analysis of cold and heat sources for air-conditioning systems of buildings were conducted with relation to the buildings’functions，energy resources and the climate characteristics in hot summer and cold winter zone.Comprehensive analysis was made on the investment，comfortability and reliability of the cold and heat sources before and after the optimization.The results show that module-typed air-cooled heat pump with heat recovery is superior to VRV with independent heat source system in the large-scale buildings that provide hot water and air-conditioning.Keywords: hot summer and cold winter zone; air-conditioning cold and heat source; optimization

doi:10.3969/j.issn.1672－4348.2015.01.016

作者簡介:方永林(1985－)，男(漢)，福建莆田人，實(shí)驗(yàn)師，碩士，研究方向:建筑節(jié)能與建筑熱環(huán)境。

收稿日期:2014－11－18

中圖分類號:TU831.3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A

文章編號:1672－4348(2015) 01－0079－04