沈陽市某商住綜合樓的冷熱源改造設(shè)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(nèi)部冷熱源進行改造, 從而降低公共建筑能耗浪費這一現(xiàn)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(wǎng)、水源熱泵機組三種不同冷熱源改造方案的經(jīng)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(jīng)濟效益.
關(guān)鍵詞:公共建筑; 冷熱源改造; 水源熱泵;
0 引言
公共建筑節(jié)能是整個建筑節(jié)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(diào)系統(tǒng)能耗占到公共建筑能耗的50%以上, 降低空調(diào)能耗勢在必行[2].結(jié)合有關(guān)冷熱源節(jié)能改造的相關(guān)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(jīng)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(yè)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(jié)能型建筑, 建筑結(jié)構(gòu)形式為鋼筋混凝土框架結(jié)構(gòu), 窗戶采取雙層玻璃, 符合相關(guān)標準的規(guī)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(xiàn)衰減現(xiàn)象.經(jīng)調(diào)研, 原冷熱源方案主要存在如下問題: (1) 干式蒸發(fā)器, 容易結(jié)垢導(dǎo)致機組堵塞, 致使電機燒毀, 經(jīng)多次維修后機組報廢; (2) 冬季采暖熱經(jīng)濟指標過高, 實際值遠遠高于最初設(shè)計指標; (3) 冬季住宅用戶室內(nèi)的平均溫度為20℃, 無法滿足沈陽地區(qū)對冬季室內(nèi)舒適性溫度的要求.根據(jù)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(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟性很難滿足建筑節(jié)能的要求.不符合國家"十三五"規(guī)劃中提出的.全面推進建筑等領(lǐng)域節(jié)能的要求.
2 改造方案比較
經(jīng)計算, 該商住綜合樓夏季空調(diào)冷負荷約為10 300 k W, 冬季空調(diào)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(yīng)用技術(shù)已經(jīng)十分成熟, 在許多地區(qū)已經(jīng)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(shè)備及相關(guān)參數(shù)如表1所示.
表1 方案1的主要設(shè)備及相關(guān)參數(shù)
2.2 方案2:冷水機組+市政熱網(wǎng)
在我國北方城市, 冬季使用市政熱網(wǎng)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(shè)備及相關(guān)參數(shù)如表2所示.
表2 方案2的主要設(shè)備及相關(guān)參數(shù)
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(shù), 近些年熱泵技術(shù)已在我國許多地區(qū)廣泛應(yīng)用.冬季, 水源熱泵機組從河水等中吸收熱量向建筑物內(nèi)供暖;夏季, 水源熱泵機組從室內(nèi)吸收熱量并轉(zhuǎn)移釋放到河水等中, 實現(xiàn)建筑物空調(diào)制冷.在該項目中水源熱泵系統(tǒng)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(shè)備及相關(guān)參數(shù)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(jù)3種冷熱源改造方案中主要設(shè)備及相關(guān)參數(shù)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(shè)備及參數(shù)
表4 3種方案的初投資
3.2 運行費用比較
計算冷熱源設(shè)備年運行費用時, 根據(jù)沈陽地區(qū)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(jié)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(jié)省134萬元, 相比方案3節(jié)省38萬元, 方案2與方案3初投資費用基本持平.若從經(jīng)濟性角度出發(fā), 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(shè)備運行1年后將會實現(xiàn)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(shè)備對該特殊大型公建噪聲環(huán)境、占地因素、污染物排放等方面影響, 得出方案3最為合理.
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