沈陽市某商住綜合樓的冷熱源改造設計研究論文
摘要:目前我國建筑能耗占比與日俱增, 而為大型公共建筑提供冷熱量的冷熱源能耗又在公共建筑能耗中占有很大比例.通過對既有存在問題的大型公共建筑內部冷熱源進行改造, 從而降低公共建筑能耗浪費這一現象變得刻不容緩.以沈陽市某商住綜合樓的冷熱源改造為例, 分析了冷水機組+燃氣鍋爐、冷水機組+市政熱網、水源熱泵機組三種不同冷熱源改造方案的經濟性和可行性.通過分析得出:采用水源熱泵機組作為冷熱源可以帶來明顯的經濟效益.
關鍵詞:公共建筑; 冷熱源改造; 水源熱泵;
0 引言
公共建筑節能是整個建筑節能工作的重點[1].2014年全國公共建筑總能耗 (不含北方供暖) 為2.35億tce, 占建筑總能耗的27%, 從2001-2014年公共建筑能耗強度增長了約30%, 其中空調系統能耗占到公共建筑能耗的50%以上, 降低空調能耗勢在必行[2].結合有關冷熱源節能改造的相關研究[3-7], 本文以沈陽市某商住綜合樓的冷熱源改造為例, 對不同方案的經濟性和社會效益進行分析.
1 項目概況
沈陽市某商住綜合樓總建筑面積190 100 m, 其中商業建筑面積約7萬m, 高層住宅建筑面積約12萬m.該商住綜合樓建于2006年, 屬于節能型建筑, 建筑結構形式為鋼筋混凝土框架結構, 窗戶采取雙層玻璃, 符合相關標準的規定[8].該商住綜合樓原先采用9臺330冷噸的螺桿式熱泵機組供夏季制冷及冬季供暖.原螺桿式熱泵機組運行時間超過10年, 隨著機組使用年限的增加, 熱泵機組的運行效率出現衰減現象.經調研, 原冷熱源方案主要存在如下問題: (1) 干式蒸發器, 容易結垢導致機組堵塞, 致使電機燒毀, 經多次維修后機組報廢; (2) 冬季采暖熱經濟指標過高, 實際值遠遠高于最初設計指標; (3) 冬季住宅用戶室內的平均溫度為20℃, 無法滿足沈陽地區對冬季室內舒適性溫度的要求.根據機組運行的實際情況可知, 由于機組的低效率運行使得整個空調系統的經濟性很難滿足建筑節能的要求.不符合國家"十三五"規劃中提出的.全面推進建筑等領域節能的要求.
2 改造方案比較
經計算, 該商住綜合樓夏季空調冷負荷約為10 300 k W, 冬季空調熱負荷約為10 500 k W.針對該改造項目的實際情況, 提出以下3種冷熱源改造方案.
2.1 方案1:冷水機組+燃氣鍋爐
冷水機組+燃氣鍋爐作為冷熱源的應用技術已經十分成熟, 在許多地區已經廣泛使用.該商住綜合樓冷熱源項目改造中冷水機組+燃氣鍋爐冷熱源改造方案的主要設備及相關參數如表1所示.
表1 方案1的主要設備及相關參數
2.2 方案2:冷水機組+市政熱網
在我國北方城市, 冬季使用市政熱網進行供暖十分普遍.因此, 在夏季冷源不變的情況下, 方案2的主要設備及相關參數如表2所示.
表2 方案2的主要設備及相關參數
2.3 方案3:水源熱泵機組
早在20世紀50年代, 天津大學熱能研究所就開始研究熱泵技術, 近些年熱泵技術已在我國許多地區廣泛應用.冬季, 水源熱泵機組從河水等中吸收熱量向建筑物內供暖;夏季, 水源熱泵機組從室內吸收熱量并轉移釋放到河水等中, 實現建筑物空調制冷.在該項目中水源熱泵系統冬夏兩季運行原理圖如圖1、2所示.
該項目冷熱源改造方案3中主要設備及相關參數如表3所示.
3 不同冷熱源改造方案的比較
3.1 初投資的比較
根據3種冷熱源改造方案中主要設備及相關參數可知各個方案初投資費用如表4所示.
圖1 冬季水源熱泵工作原理
圖2 夏季水源熱泵工作原理
表3 方案3的主要設備及參數
表4 3種方案的初投資
3.2 運行費用比較
計算冷熱源設備年運行費用時, 根據沈陽地區煤氣價格為2.4元/m, 電價1元/k W·h, 得到3種方案冷熱源改造方案的不同年運行費用, 如表5所示.
表5 3種方案的年運行費用
4 結論
(1) 從初投資角度考慮, 方案2<方案3<方案1, 方案2在滿足建筑對冷熱量需要的前提下初投資約為872萬元, 相比方案1節省134萬元, 相比方案3節省38萬元, 方案2與方案3初投資費用基本持平.若從經濟性角度出發, 方案2最為合適.
(2) 從年運行費用角度考慮, 方案3<方案2<方案1, 方案3相比方案1年運行費用少176.1萬元, 相比方案2少45.1萬元.若從長遠角度考慮方案3中冷熱源設備運行1年后將會實現初投資費用和各年運行費用總額小于方案2的情況.
(3) 從社會效益角度考慮, 在滿足冬夏季工況需求的前提下, 同時考慮冷熱源設備對該特殊大型公建噪聲環境、占地因素、污染物排放等方面影響, 得出方案3最為合理.
參考文獻
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