某文體中心綜合樓清潔能源綜合利用設(shè)計方案探討

王曉菊 王建新

摘要：根據(jù)項目所在區(qū)域地?zé)豳Y源條件和綜合體不同區(qū)域用水特點(diǎn)，確定了生活熱水系統(tǒng)與深層地?zé)崴├涔嵯到y(tǒng)以及光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行整合的設(shè)計方案，充分利用當(dāng)?shù)氐責(zé)?、太陽能資源豐富的優(yōu)勢，通過系統(tǒng)優(yōu)化，實現(xiàn)了可再生能源利用的最大化。同時，尋找經(jīng)濟(jì)合理、技術(shù)可行的其他可再生能源利用方式，最大限度降低了生活熱水系統(tǒng)能耗，實現(xiàn)了整體項目節(jié)能降耗目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：清潔能源;生活熱水系統(tǒng);能耗

1.工程概況

本項目建筑面積15580㎡，地下一層，地上六層，為多功能綜合樓，包括：①健身功能區(qū);②文教功能區(qū);③休閑娛樂功能區(qū)等。本項目充分利用地?zé)豳Y源和太陽能資源充沛的自然條件，在可再生能源利用方面，一是利用深層地?zé)崴闹袦囟巫鳛榭照{(diào)冷熱源，降低空調(diào)系統(tǒng)能耗;二是采用光伏發(fā)電系統(tǒng)實現(xiàn)場零能耗目標(biāo);三是對降低整體建筑能耗指標(biāo)起關(guān)鍵作用的生活熱水系統(tǒng)進(jìn)行了重點(diǎn)優(yōu)化，對地?zé)崴孟到y(tǒng)和光伏發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行整合設(shè)計，實現(xiàn)可再生能源利用的最大化，最大限度降低能耗指標(biāo)。

2.生活熱水使用部位及加熱負(fù)荷分析

本項目生活熱水供應(yīng)范圍主要是四部分：①游泳池池水加熱;②戲水池池水加熱;③淋浴間用水;④衛(wèi)生間洗手盆用水等。在進(jìn)行負(fù)荷分析時，采暖季、供冷季、過渡季冷水溫度分別取4℃、22℃、15℃進(jìn)行計算。

2.1游泳池負(fù)荷分析

游泳池容積600m3，日補(bǔ)水量按其容積5%計，日需補(bǔ)水30m3，小時補(bǔ)水量為1.85m3/h。計算游泳池加熱負(fù)荷時，應(yīng)包括水面蒸發(fā)熱負(fù)荷、傳導(dǎo)熱負(fù)荷和補(bǔ)水加熱負(fù)荷三部分負(fù)荷。經(jīng)計算，采暖季、供冷季、過渡季總加熱負(fù)荷分別為：128.1kw、129.1kw、104.2kw。

2.2戲水池負(fù)荷分析

戲水池容積為24m3，日補(bǔ)水量按15%計，日需補(bǔ)水3.6m3，小時補(bǔ)水量為0.25m3/h。計算戲水池加熱負(fù)荷亦應(yīng)分別計算水面蒸發(fā)熱負(fù)荷、傳導(dǎo)熱負(fù)荷和補(bǔ)水加熱負(fù)荷。經(jīng)計算，采暖季、供冷季、過渡季戲水池總加熱負(fù)荷分別為：15.4kw、15.5kw、12.5kw。

2.3淋浴用水負(fù)荷分析

健身淋浴最高日用水量為6.6m3，最大小時用水量為1.24m3/h，供水溫度設(shè)計為60℃。經(jīng)計算，采暖季、供冷季、過渡季供熱負(fù)荷分別為：74kw、48kw、59kw。

2.4衛(wèi)生間洗手盆用水負(fù)荷分析

衛(wèi)生間洗手盆最高日熱水用量為1.8m3/d，最大小時熱水用量0.24m3/h。熱水溫度設(shè)計為60℃。經(jīng)計算，采暖季、供冷季、過渡季供熱負(fù)荷分別為：14.8kw、9.9kw、11.3kw。

3.可供選擇的熱源分析

本工程可供選擇的熱源有：①地?zé)嵛菜?②太陽能;③空氣能;④天然氣;⑤電。

3.1工程所在區(qū)域深層地?zé)豳Y源豐富，地?zé)岢鏊疁囟?8℃，流量100m3/h。根據(jù)項目所在地地?zé)豳Y源利用規(guī)劃要求，采暖季和供冷季時可抽取深層地?zé)崴虼?，上述兩季地?zé)嵛菜哂休^高的利用價值。供冷季時，地?zé)崴畵Q熱后作為驅(qū)動能源，先經(jīng)過低溫發(fā)電機(jī)組，進(jìn)、出水溫度分別為85℃、75℃，后進(jìn)入熱水型吸收式高溫冷水機(jī)組，進(jìn)、出水溫度分別為75℃、65℃。采暖季時，地?zé)崴畵Q熱后，經(jīng)發(fā)電機(jī)組進(jìn)入供暖換熱器，通過熱交換器換熱為受熱區(qū)域提供55℃/45℃熱水。

3.2 工程所在地區(qū)太陽能資源豐富，當(dāng)?shù)鼐暥葍A角平面年太陽能輻射量為5886.892MJ，當(dāng)?shù)鼐暥葍A角平面年平均日太陽能輻射量為16348KJ，可見當(dāng)?shù)靥柲苜Y源具有較高的利用價值。而且，近年來，太陽能熱水技術(shù)日趨成熟并得到廣泛應(yīng)用，太陽能熱水系統(tǒng)供應(yīng)生活熱水對于降低建筑能耗發(fā)揮的作用非常明顯。

3.3 空氣源熱泵技術(shù)近年來發(fā)展較快，其工作原理是熱泵系統(tǒng)吸收空氣中的低溫?zé)崮?，?jīng)系統(tǒng)集熱整合后成為高溫?zé)嵩矗捎米鞴┡蛱峁┥顭崴??？諝庠礋岜镁哂休^高的能效比，COP達(dá)到3.5，因此，空氣源熱泵熱水器作為繼燃?xì)鉄崴?、電熱水器和太陽能熱水器后新一代熱水器，在各類建筑中得到廣泛應(yīng)用。但是，環(huán)境溫度對空氣源熱泵的供熱性能產(chǎn)生一定的影響，供暖季效率降低。

3.4 隨著我國基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)不斷完善，燃?xì)夂碗娏?yīng)得到充足保障，作為生活熱水的常規(guī)能源，一直以來是生活熱水供應(yīng)穩(wěn)定和主要的能源。

4.不同形式熱源的能源成本分析

進(jìn)行能源成本分析的基礎(chǔ)，首先要根據(jù)當(dāng)?shù)刈匀粭l件狀況、能源供應(yīng)狀況和建筑體不同部位使用功能要求，確定計算條件：①由于采暖季和供冷季才有地?zé)崴墓?yīng)，因此，地?zé)嵛菜孟到y(tǒng)在過渡季的熱源形式為電力;②太陽能熱水系統(tǒng)的設(shè)計保證率不同季節(jié)平均值取值為50%，輔助熱源形式為電輔熱;③空氣源熱泵系統(tǒng)在采暖季的效率較低，因此，在采暖季其熱源形式為電力。以下是以健身淋浴用水為例進(jìn)行的能源成本分析：

不同熱源形式的能源成本價統(tǒng)計表（表一）

根據(jù)上表可知：利用地?zé)嵛菜訜嵘顭崴哪茉闯杀締蝺r最低，應(yīng)作為優(yōu)先方案。燃?xì)饧訜釃嵥哪茉闯杀敬沃?，但根?jù)近年經(jīng)驗，存在季節(jié)性供應(yīng)不足的風(fēng)險，燃?xì)鈨r格也存在長期向上浮動的風(fēng)險，而且，本著降低建筑能耗和提高可再生能源利用的原則，不推薦使用燃?xì)饧訜岱桨?，而是著重考慮了地?zé)嵛菜?、太陽能、空氣源熱泵方案?/p>

5.不同熱水系統(tǒng)的投資費(fèi)用分析

設(shè)計方案確定前，對采用不同能源形式的年能源費(fèi)用、初投資以及10年內(nèi)的總費(fèi)用（年維修費(fèi)用按初投資的1%計）進(jìn)行了測算。見下表：

不同熱水系統(tǒng)的投資費(fèi)用分析（表二）

由上表可以看出，綜合考慮能源成本、投資費(fèi)用以及可再生能源利用等因素，地?zé)嵛菜孟到y(tǒng)是最優(yōu)的生活熱水供應(yīng)方案，應(yīng)優(yōu)先選擇。

游泳池和淋浴用水比較集中，需配置供水可靠、經(jīng)濟(jì)合理的供水系統(tǒng)，地?zé)嵛菜N(yùn)含大量的余熱，并且滿足供水穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)合理、環(huán)保節(jié)能等要求，因此，采暖季和供冷季利用地?zé)嵛菜鳛橛境睾土茉」┧疅嵩?。關(guān)于過渡季泳池和淋浴用水，從可再生能源利用的角度出發(fā)，對太陽能熱水系統(tǒng)和空氣源熱泵系統(tǒng)進(jìn)行了工程經(jīng)濟(jì)性綜合分析，最終確定了空氣源熱泵系統(tǒng)作為過渡季熱源。

衛(wèi)生間洗手盆用水量少、用水點(diǎn)分散，對水溫要求低，同時，本項目考慮進(jìn)行光伏光熱一體化嘗試，因此，確定了太陽能熱水系統(tǒng)供應(yīng)衛(wèi)生間洗手盆用水的方案。

6.熱水供應(yīng)系統(tǒng)設(shè)計

泳池及戲水池設(shè)置獨(dú)立的循環(huán)系統(tǒng)，池水加熱系統(tǒng)分別設(shè)置。為進(jìn)一步降低能耗，夜間泳池和戲水池表面覆蓋保溫蓋板，池壁和池底增設(shè)保溫隔熱層。

健身淋浴用水采用設(shè)置在樓頂?shù)臒崴淅盟闹亓┧?/p>

衛(wèi)生間洗手盆用熱水利用安裝在樓頂?shù)墓夥鉄嵋惑w化集熱器，采用閉式機(jī)械循環(huán)系統(tǒng)，每個衛(wèi)生間安裝一個60L閉式熱水罐進(jìn)行儲水、供水。

7.結(jié)語

建筑生活熱水熱源的選擇應(yīng)結(jié)合項目的使用功能、具體需求、當(dāng)?shù)刈匀粭l件、能源供應(yīng)狀況等進(jìn)行確定，本著可再能源利用的原則，對可利用能源進(jìn)行整合和優(yōu)化，提高熱源的綜合利用效率，實現(xiàn)建筑節(jié)能環(huán)保、減排降耗目標(biāo)。本工程采用地?zé)嵛菜酂?、空氣源熱泵和太陽能集熱作為生活熱水熱源，年提供熱量占系統(tǒng)耗熱量的96.8%，有效降低了生活熱水系統(tǒng)能耗，從而大大降低了整體建筑能耗。

參考文獻(xiàn)：

[1]住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部工程質(zhì)量安全監(jiān)管司，中國建筑標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計研究院，全國民用建筑工程設(shè)計技術(shù)措施—給排水[M].? 北京：中國計劃出版社，2009.

[2]鄭瑞澄.民用建筑太陽能熱水系統(tǒng)工程技術(shù)手冊[M].? 北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

（作者單位：天津華北地質(zhì)勘查局）