綿陽某商業建筑空氣源熱泵空調系統能耗分析

茍文詩

（西昌學院土木與水利工程學院，四川 西昌 615000）

0 引言

隨著經濟發展和社會進步，人們對高品質生活的追求日益提高，我國的能源問題十分嚴峻。建筑能耗截至2004年已達到全球總能耗的30%[1]，根據相關統計結果，2001—2012年我國公共建筑能耗強度增長了33%[2]，建筑能耗增長趨勢明顯。特別是在公共建筑中，空調系統能耗約占建筑總能耗的50%～60%[3]。目前，我國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]。溫室效應帶來了氣溫升高、冰川融化等嚴峻的環境問題。因此，降低能源消耗、減少二氧化碳排放量是國家持續發展的重要手段。

建筑能耗的動態模擬是分析建筑節能的重要方法。由于實際工況的變化是由多種因素決定的復雜過程，只有通過模擬計算的方法才能有效預測整個系統的運行情況。清華大學開發的DeST（Designer's Simulation Toolkits）可用于建筑能耗模擬和環境控制系統的設計校核，起到提高設計質量、保證設計可靠性和降低系統能源消耗的作用[5]。

本文以綿陽（夏熱冬冷地區）某商業建筑為例，采用DeST-c軟件模擬該建筑的空調負荷，根據建筑所在地區及類型，選擇適合的空調系統并對主要設備進行選型，比較傳統空調系統與空氣源熱泵空調系統的運行能耗，得出空氣源熱泵系統具有節能減排能力。

1 建筑概況及室內外環境參數

1.1 圍護結構體系

某工程位于綿陽市市區，地上37層，地下3層，1～4層為商業部分，5～37層為住宅部分，建筑高度118.50m。本次模擬針對1～4層商業部分。具體圍護結構參數如表1所示。

表1 圍護結構體系

1.2 室內外設計參數

綿陽位于我國四川盆地西北部，屬于夏熱冬冷地區，全年需供熱及制冷。綿陽地區室外逐時干球溫度如圖1所示，室內設計參數如表2所示。

圖1 綿陽室外逐時干球溫度

表2 室內設計參數

2 物理模型與負荷計算

2.1 物理模型建立

利用DeST-c建立建筑模型，其中，1～4層為商業部分需要空調，5～37層為住宅部分不需要空調。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 負荷計算

根據DeST-c模擬出的全年逐時空調負荷數據，總空調面積為4 735.96m2，全年最大熱負荷為208.84kW，全年最大冷負荷為622.02kW。選用8月1日做冷負荷分析的典型計算日，其空調冷負荷最大值為622.02kW。如圖3，4所示。

圖3 全年逐時空調負荷

圖4 典型日逐時空調冷負荷

3 空調方案確定與能耗模擬

3.1 空調方案確定

空氣源熱泵機組自20世紀90年代初開始在我國推廣使用，特別適合我國夏熱冬冷地區[6]。本工程根據冷熱負荷及建筑使用情況，選用2臺空氣源熱泵，傳統空調系統主要設備參數如表3所示。為證實空氣源熱泵在節能減排上的優勢，選用2臺螺桿式冷水機組+燃氣鍋爐，以及傳統空調系統進行分析比較，空氣源熱泵空調系統主要設備如表4所示。

表3 傳統空調系統主要設備參數

表4 空氣源熱泵空調系統主要設備參數

3.2 運行費用估算

空氣源熱泵能充分利用自然資源減少溫室效應。與傳統空調系統相比，空氣源熱泵空調系統無需設置冷卻水系統及鍋爐，有效節省了運行費用。根據室外氣候參數確定空調季與采暖季，整個建筑的空調季節天數為123d，采暖季節天數為121d，每天運行時間為 9：00～21：00。

通過咨詢當地天然氣及電力公司，商用天然氣價格為2.49元/m3，商業電網的電價約為1.6元/（kW·h）。根據空調運行時間，估算出空調系統運行費用。計算傳統空調系統年運行費用為752 132.4元，空氣源熱泵空調系統年運行費用為671 235.8元，可見，使用空氣源熱泵比傳統空調系統年運行費用減少9.2%。詳細計算如表5所示。

表5 年運行費用估算

3.3 節能量估算

根據設備功率及系統運行時間估算空調系統能源消耗情況，并按住建部計算方法計算[7]，電力按0.1229kg/（kW·h）折算成標準煤，天然氣按1.330kg/m3折算成標準煤，再進行較直觀比較。由計算可知，傳統空調系統年耗標準煤量為211 580.98t，空氣源熱泵空調系統年耗標準煤為82 494.88t，后者比前者年節約標煤量為129 086.1t；15年壽命周期內總節標煤量為193.6萬t，可見空氣源熱泵系統具有良好節約能耗的能力。

4 環境影響分析

本工程采用空氣源熱泵系統可省去鍋爐和鍋爐房，不但節省了很大建筑空間而且全年僅采用電力，大大減輕了供暖對大氣造成的污染問題，能有效改善城市大氣環境，并促進經濟可持續性發展。

5 結語

本文通過將空氣源熱泵空調系統與傳統空調系統進行能耗模擬比較得出：空氣源熱泵空調系統具有良好的節約能耗能力，比傳統空調系統年運行費用減少了9.2%，具有良好的經濟效益和環境效益。