綿陽(yáng)某商業(yè)建筑空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)能耗分析

茍文詩(shī)

（西昌學(xué)院土木與水利工程學(xué)院，四川 西昌 615000）

0 引言

隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，人們對(duì)高品質(zhì)生活的追求日益提高，我國(guó)的能源問(wèn)題十分嚴(yán)峻。建筑能耗截至2004年已達(dá)到全球總能耗的30%[1]，根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，2001—2012年我國(guó)公共建筑能耗強(qiáng)度增長(zhǎng)了33%[2]，建筑能耗增長(zhǎng)趨勢(shì)明顯。特別是在公共建筑中，空調(diào)系統(tǒng)能耗約占建筑總能耗的50%～60%[3]。目前，我國(guó)二氧化碳排放量已躍居世界第一，人均二氧化碳排放量已高于世界平均水平[4]。溫室效應(yīng)帶來(lái)了氣溫升高、冰川融化等嚴(yán)峻的環(huán)境問(wèn)題。因此，降低能源消耗、減少二氧化碳排放量是國(guó)家持續(xù)發(fā)展的重要手段。

建筑能耗的動(dòng)態(tài)模擬是分析建筑節(jié)能的重要方法。由于實(shí)際工況的變化是由多種因素決定的復(fù)雜過(guò)程，只有通過(guò)模擬計(jì)算的方法才能有效預(yù)測(cè)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行情況。清華大學(xué)開(kāi)發(fā)的DeST（Designer's Simulation Toolkits）可用于建筑能耗模擬和環(huán)境控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)校核，起到提高設(shè)計(jì)質(zhì)量、保證設(shè)計(jì)可靠性和降低系統(tǒng)能源消耗的作用[5]。

本文以綿陽(yáng)（夏熱冬冷地區(qū)）某商業(yè)建筑為例，采用DeST-c軟件模擬該建筑的空調(diào)負(fù)荷，根據(jù)建筑所在地區(qū)及類(lèi)型，選擇適合的空調(diào)系統(tǒng)并對(duì)主要設(shè)備進(jìn)行選型，比較傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)與空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，得出空氣源熱泵系統(tǒng)具有節(jié)能減排能力。

1 建筑概況及室內(nèi)外環(huán)境參數(shù)

1.1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系

某工程位于綿陽(yáng)市市區(qū)，地上37層，地下3層，1～4層為商業(yè)部分，5～37層為住宅部分，建筑高度118.50m。本次模擬針對(duì)1～4層商業(yè)部分。具體圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)如表1所示。

表1 圍護(hù)結(jié)構(gòu)體系

1.2 室內(nèi)外設(shè)計(jì)參數(shù)

綿陽(yáng)位于我國(guó)四川盆地西北部，屬于夏熱冬冷地區(qū)，全年需供熱及制冷。綿陽(yáng)地區(qū)室外逐時(shí)干球溫度如圖1所示，室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)如表2所示。

圖1 綿陽(yáng)室外逐時(shí)干球溫度

表2 室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

2 物理模型與負(fù)荷計(jì)算

2.1 物理模型建立

利用DeST-c建立建筑模型，其中，1～4層為商業(yè)部分需要空調(diào)，5～37層為住宅部分不需要空調(diào)。本工程建筑的物理模擬如圖2所示。

圖2 建筑物理模型

2.2 負(fù)荷計(jì)算

根據(jù)DeST-c模擬出的全年逐時(shí)空調(diào)負(fù)荷數(shù)據(jù)，總空調(diào)面積為4 735.96m2，全年最大熱負(fù)荷為208.84kW，全年最大冷負(fù)荷為622.02kW。選用8月1日做冷負(fù)荷分析的典型計(jì)算日，其空調(diào)冷負(fù)荷最大值為622.02kW。如圖3，4所示。

圖3 全年逐時(shí)空調(diào)負(fù)荷

圖4 典型日逐時(shí)空調(diào)冷負(fù)荷

3 空調(diào)方案確定與能耗模擬

3.1 空調(diào)方案確定

空氣源熱泵機(jī)組自20世紀(jì)90年代初開(kāi)始在我國(guó)推廣使用，特別適合我國(guó)夏熱冬冷地區(qū)[6]。本工程根據(jù)冷熱負(fù)荷及建筑使用情況，選用2臺(tái)空氣源熱泵，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)如表3所示。為證實(shí)空氣源熱泵在節(jié)能減排上的優(yōu)勢(shì)，選用2臺(tái)螺桿式冷水機(jī)組+燃?xì)忮仩t，以及傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行分析比較，空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備如表4所示。

表3 傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

表4 空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備參數(shù)

3.2 運(yùn)行費(fèi)用估算

空氣源熱泵能充分利用自然資源減少溫室效應(yīng)。與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)相比，空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)無(wú)需設(shè)置冷卻水系統(tǒng)及鍋爐，有效節(jié)省了運(yùn)行費(fèi)用。根據(jù)室外氣候參數(shù)確定空調(diào)季與采暖季，整個(gè)建筑的空調(diào)季節(jié)天數(shù)為123d，采暖季節(jié)天數(shù)為121d，每天運(yùn)行時(shí)間為 9：00～21：00。

通過(guò)咨詢(xún)當(dāng)?shù)靥烊粴饧半娏?，商用天然氣價(jià)格為2.49元/m3，商業(yè)電網(wǎng)的電價(jià)約為1.6元/（kW·h）。根據(jù)空調(diào)運(yùn)行時(shí)間，估算出空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。計(jì)算傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用為752 132.4元，空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用為671 235.8元，可見(jiàn)，使用空氣源熱泵比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用減少9.2%。詳細(xì)計(jì)算如表5所示。

表5 年運(yùn)行費(fèi)用估算

3.3 節(jié)能量估算

根據(jù)設(shè)備功率及系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間估算空調(diào)系統(tǒng)能源消耗情況，并按住建部計(jì)算方法計(jì)算[7]，電力按0.1229kg/（kW·h）折算成標(biāo)準(zhǔn)煤，天然氣按1.330kg/m3折算成標(biāo)準(zhǔn)煤，再進(jìn)行較直觀(guān)比較。由計(jì)算可知，傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)年耗標(biāo)準(zhǔn)煤量為211 580.98t，空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)年耗標(biāo)準(zhǔn)煤為82 494.88t，后者比前者年節(jié)約標(biāo)煤量為129 086.1t；15年壽命周期內(nèi)總節(jié)標(biāo)煤量為193.6萬(wàn)t，可見(jiàn)空氣源熱泵系統(tǒng)具有良好節(jié)約能耗的能力。

4 環(huán)境影響分析

本工程采用空氣源熱泵系統(tǒng)可省去鍋爐和鍋爐房，不但節(jié)省了很大建筑空間而且全年僅采用電力，大大減輕了供暖對(duì)大氣造成的污染問(wèn)題，能有效改善城市大氣環(huán)境，并促進(jìn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)性發(fā)展。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)將空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)與傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行能耗模擬比較得出：空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)具有良好的節(jié)約能耗能力，比傳統(tǒng)空調(diào)系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用減少了9.2%，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。