沈阳市某商住综合楼的冷热源改造设计研究

　　摘要:目前我国建筑能耗占比与日俱增, 而为大型公共建筑提供冷热量的冷热源能耗又在公共建筑能耗中占有很大比例.通过对既有存在问题的大型公共建筑内部冷热源进行改造, 从而降低公共建筑能耗浪费这一现象变得刻不容缓.以沈阳市某商住综合楼的冷热源改造为例, 分析了冷水机组+燃气锅炉、冷水机组+市政热网、水源热泵机组三种不同冷热源改造方案的经济性和可行性.通过分析得出:采用水源热泵机组作为冷热源可以带来明显的经济效益.

　　关键词:公共建筑; 冷热源改造; 水源热泵;

　　0 引言

　　公共建筑节能是整个建筑节能工作的重点[1].2014年全国公共建筑总能耗 (不含北方供暖) 为2.35亿tce, 占建筑总能耗的27%, 从2001-2014年公共建筑能耗强度增长了约30%, 其中空调系统能耗占到公共建筑能耗的50%以上, 降低空调能耗势在必行[2].结合有关冷热源节能改造的相关研究[3-7], 本文以沈阳市某商住综合楼的冷热源改造为例, 对不同方案的经济性和社会效益进行分析.

　　1 项目概况

　　沈阳市某商住综合楼总建筑面积190 100 m, 其中商业建筑面积约7万m, 高层住宅建筑面积约12万m.该商住综合楼建于2006年, 属于节能型建筑, 建筑结构形式为钢筋混凝土框架结构, 窗户采取双层玻璃, 符合相关标准的规定[8].该商住综合楼原先采用9台330冷吨的螺杆式热泵机组供夏季制冷及冬季供暖.原螺杆式热泵机组运行时间超过10年, 随着机组使用年限的增加, 热泵机组的运行效率出现衰减现象.经调研, 原冷热源方案主要存在如下问题: (1) 干式蒸发器, 容易结垢导致机组堵塞, 致使电机烧毁, 经多次维修后机组报废; (2) 冬季采暖热经济指标过高, 实际值远远高于最初设计指标; (3) 冬季住宅用户室内的平均温度为20℃, 无法满足沈阳地区对冬季室内舒适性温度的要求.根据机组运行的实际情况可知, 由于机组的低效率运行使得整个空调系统的经济性很难满足建筑节能的要求.不符合国家"十三五"规划中提出的全面推进建筑等领域节能的要求.

　　2 改造方案比较

　　经计算, 该商住综合楼夏季空调冷负荷约为10 300 k W, 冬季空调热负荷约为10 500 k W.针对该改造项目的实际情况, 提出以下3种冷热源改造方案.

　　2.1 方案1:冷水机组+燃气锅炉

　　冷水机组+燃气锅炉作为冷热源的应用技术已经十分成熟, 在许多地区已经广泛使用.该商住综合楼冷热源项目改造中冷水机组+燃气锅炉冷热源改造方案的主要设备及相关参数如表1所示.

　　表1 方案1的主要设备及相关参数

　　2.2 方案2:冷水机组+市政热网

　　在我国北方城市, 冬季使用市政热网进行供暖十分普遍.因此, 在夏季冷源不变的情况下, 方案2的主要设备及相关参数如表2所示.

　
　表2 方案2的主要设备及相关参数

　　
        2.3 方案3:水源热泵机组

　　早在20世纪50年代, 天津大学热能研究所就开始研究热泵技术, 近些年热泵技术已在我国许多地区广泛应用.冬季, 水源热泵机组从河水等中吸收热量向建筑物内供暖;夏季, 水源热泵机组从室内吸收热量并转移释放到河水等中, 实现建筑物空调制冷.在该项目中水源热泵系统冬夏两季运行原理图如图1、2所示.

　　该项目冷热源改造方案3中主要设备及相关参数如表3所示.

　　3 不同冷热源改造方案的比较

　　3.1 初投资的比较

　　根据3种冷热源改造方案中主要设备及相关参数可知各个方案初投资费用如表4所示.

　　图1 冬季水源热泵工作原理

　　图2 夏季水源热泵工作原理

　　             表3 方案3的主要设备及参数

　
　表4 3种方案的初投资

　　

       3.2 运行费用比较

　　计算冷热源设备年运行费用时, 根据沈阳地区煤气价格为2.4元/m, 电价1元/k W·h, 得到3种方案冷热源改造方案的不同年运行费用, 如表5所示.
 

　　表5 3种方案的年运行费用

　　4 结论

　　(1) 从初投资角度考虑, 方案2<方案3<方案1, 方案2在满足建筑对冷热量需要的前提下初投资约为872万元, 相比方案1节省134万元, 相比方案3节省38万元, 方案2与方案3初投资费用基本持平.若从经济性角度出发, 方案2最为合适.

　　(2) 从年运行费用角度考虑, 方案3<方案2<方案1, 方案3相比方案1年运行费用少176.1万元, 相比方案2少45.1万元.若从长远角度考虑方案3中冷热源设备运行1年后将会实现初投资费用和各年运行费用总额小于方案2的情况.

　　(3) 从社会效益角度考虑, 在满足冬夏季工况需求的前提下, 同时考虑冷热源设备对该特殊大型公建噪声环境、占地因素、污染物排放等方面影响, 得出方案3最为合理.

　　参考文献

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　　[2]清华大学建筑节能研究中心.中国建筑节能年度发展研究报告2016[M].北京:中国建筑工业出版社, 2016.
　　[3]张喜盈.京燕饭店冷热源节能改造效果分析[J].建筑技术开发, 2011, 38 (5) :70-73.
　　[4]薛岑, 由世俊, 张欢, 等.利用蒸汽双效溴化锂吸收式热泵回收热电厂余热的研究[J].暖通空调, 2014, 44 (1) :101-104.
　　[5]郭志民.某宾馆冷热源系统的节能改造实例分析[J].节能, 2014, (6) :56-59.
　　[6]光俊杰, 张海燕.北京某新建综合办公楼的冷热源方案比较[J].建筑节能, 2013, (7) :25-29.
　　[7]张挺, 张晓阳.中国美术馆空调改造工程冷热源方案比较[J].暖通空调, 2003, 33 (5) :74-76.
　　[8]GB50189-2005, 公共建筑节能设计标准[S].