某新建建筑空調(diào)冷熱源方案可行性分析

程曄 梁宗楠

青島理工大學

某新建建筑空調(diào)冷熱源方案可行性分析

程曄 梁宗楠

青島理工大學

針對當前國家能源緊缺，空調(diào)能耗卻逐年上升的情況，結(jié)合工程實例，對建筑空調(diào)冷熱源方案進行可行性分析，提出適合實際情況的最優(yōu)方案。

冷熱源；可行性分析；最優(yōu)方案

1 引言

空調(diào)系統(tǒng)作為改善環(huán)境的工具，隨著經(jīng)濟發(fā)展和生活水平的提高日益普及。冷熱源作為空調(diào)系統(tǒng)的心臟，其初投資和運行能耗在空調(diào)系統(tǒng)總投資和總能耗中均占相當大的比重，其方案的選擇將直接影響到空調(diào)系統(tǒng)的性能。本文結(jié)合工程的實際情況，主要考慮對土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)、燃氣鍋爐+冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)和燃氣鍋爐+螺桿式冷水機組等三個方案進行可行性分析。

2 工程概況

該建筑為商業(yè)建筑，建筑面積為17400平方米，采用中央空調(diào)，并含衛(wèi)生熱水。夏季制冷160天，冬季采暖140天，每天24小時運行，當?shù)卣ｋ妰r為0.94元/度；夜間7小時谷段電價為0.564元/度。

3 負荷估算

結(jié)合建筑使用功能，采用面積指標法計算，冷指標按140w/㎡，熱指標按75w/㎡，熱水用水量定額按30L/人?天計算[]，計算可得冷負荷為2436kw,熱負荷為1305kw,熱水負荷125.8kw，總熱負荷為1430.8kw，同時使用系數(shù)取0.8，安全裕量取1.1。

4 冷熱源方案設計

4.1 土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)

4.1.1 設計依據(jù)

夏季制冷機組的COP取4.5，土壤換熱量為2618kW。冬季機組的COP取4.0，土壤換熱量為944.3KW。空調(diào)系統(tǒng)夏季向土壤的排熱量為冬季吸熱量的2.77倍，考慮土壤的吸熱排熱的熱量平衡，長時間運行將會造成土壤溫度升高，從而影響熱泵機組的效果；打孔數(shù)較多，巖石結(jié)構(gòu)打孔費用較高。采用輔助冷卻塔+土壤源熱泵集中供熱供冷[]。

4.1.2 地埋管換熱器設計

在綜合考慮地質(zhì)條件的基礎上，本方案采用雙U管垂直埋管換熱器，地下打孔總深為100米/孔，換熱器平均換熱量為：夏季為70W/m，冬季50W/m。按照冬季工況進行設計，則所需要埋管長度為18886米，井數(shù)為189個。則夏季189個換熱孔承擔的負荷為1323kW，夏季冷卻塔承擔的負荷為1295kW。

4.2 燃氣鍋爐+螺桿式冷水機組系統(tǒng)

夏季冷源采用螺桿式冷水機組，制取冷凍水送入各房間的末端；冬季采用天然氣鍋爐作為熱源。作為常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，可以按照已有的工程經(jīng)驗進行估算。其中初始投資按照360元/m2，運行費用按照100元/m2。

4.3 燃氣鍋爐+冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)

夏季冷源采用制冷機組，將建筑物空調(diào)時間所需冷量在非空調(diào)時間利用蓄冰介質(zhì)的顯熱及其相變過程的潛熱遷移等特性，將能量以冰的形式蓄存起來，然后根據(jù)空調(diào)負荷要求釋放這些冷量，這樣就能最大限度的將高峰時期用電量轉(zhuǎn)到低谷時期，達到節(jié)約電費目的；冬季采用天然氣鍋爐作為熱源。該方案因其節(jié)約電費優(yōu)勢目前已經(jīng)被工程大量運用，可根據(jù)已有的大量工程實例數(shù)據(jù)估算。其中初始投資按照400元/m2，運行費用按照87元/m2。

5 冷熱源方案可行性分析

5.1 經(jīng)濟性分析

方案經(jīng)濟性分析包括初投資、運行費用、全壽命周期成本、回收期等多方面的分析。根據(jù)上述相關分析，三種方案相關數(shù)據(jù)如下：燃氣鍋爐+螺桿冷水機組方案：初投資626.4萬元；年運行費用174萬元；燃氣鍋爐+冰蓄冷：初投資696萬元；年運行費用151.38萬元；土壤源熱泵：初投資716.66萬元；年運行費用118.63萬元。

5.1.1 現(xiàn)值總費用比較

當全壽命周期取15年時，采用土壤源熱泵系統(tǒng)的現(xiàn)值總費用為2496.11萬元，比燃氣鍋爐+螺桿冷水機組方案現(xiàn)值總費用3236.4萬元節(jié)省22.9%；比采用燃氣鍋爐+冰蓄冷系統(tǒng)現(xiàn)值總費用2966.7萬元節(jié)省15.9%。

5.1.2 回收期比較

由表2分析可知，以燃氣鍋爐+螺桿冷水機組方案作為比較的基準，則土壤源熱泵空調(diào)系統(tǒng)、燃氣鍋爐+冰蓄冷系統(tǒng)增加的初投資分別為90.26萬元和69.6萬元。但運行費用每年降低分別為55.37萬元和22.62萬元，計算增量投資回收期分別為1.6年和3.1年。

5.1.3 初投資比較

根據(jù)國家和當?shù)卣畬ν寥涝礋岜孟到y(tǒng)補助的規(guī)定，土壤源熱泵補貼按照70元/m2計算，考慮這部分費用后，則燃氣鍋爐+螺桿冷水機組方案實際初投資626.4萬元；燃氣鍋爐+冰蓄冷方案實際初投資696萬元；土壤源熱泵系統(tǒng)方案實際初投資594.86萬元。土壤源熱泵系統(tǒng)是最節(jié)省的。

5.2 節(jié)能性分析

當今能源危機加劇，我國建筑節(jié)能狀況相對落后，系統(tǒng)方案節(jié)能效果極其重要。節(jié)能包括能源消耗、土地使用、機組效率等方面。由朱春光等人研究可知[]土壤源熱泵系統(tǒng)方案相對于其他兩種方案機組效率最高、占用土地但不影響土地使用、一次能源耗量最低，因而具有更強的節(jié)能性。

5.3 環(huán)保性分析

空調(diào)給人們帶來良好的生活環(huán)境，同時也帶來了不少環(huán)境問題，甚至危害人體健康。臭氧層破壞、溫室效應、大氣污染等問題凸顯。相比其他兩種冷熱源方案，土壤源熱泵系統(tǒng)方案利用的地表淺層資源，其清潔、可再生，算是綠色環(huán)保空調(diào)，基本不會對環(huán)境造成破壞，環(huán)保性和安全性最好。

5.4 綜合評價分析

考慮冷熱源方案時，應該將經(jīng)濟性、環(huán)保性、節(jié)能性等因素綜合考慮，得出最優(yōu)方案。經(jīng)對比分析，土壤源熱泵系統(tǒng)為綜合考慮下最佳方案。

6 結(jié)束語

隨著空調(diào)普及而帶來的問題日益突出，冷熱源方案的選取對解決所面臨的問題起著關鍵作用。通過對三種方案綜合分析，采用土壤源熱泵系統(tǒng)作為冷熱源方案是最優(yōu)方案。

[1] 住房和城鄉(xiāng)建設部發(fā)布.GB50736-2012.民用建筑供暖通風與空氣調(diào)節(jié)設計規(guī)范[M].中國建筑工業(yè)出版社,2012.

[2] 張春枝,翁維安.可再生能源在某住宅建筑中的應用分析[J].建筑熱能通風空調(diào),2009,28(4):107～109.

[3] 朱春光,張歡,由世俊,梁宏博.新建廠區(qū)不同冷熱源方案選取研究[J].暖通空調(diào),2014.

[4] 工程相關數(shù)據(jù).

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.172