风冷式螺杆热泵冷热源在办公建筑中的能耗分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 风冷式螺杆热泵冷热源在办公建筑 中的能耗分析 摘要：指出了冷热源是空调系统 中最重要的组成部分，冷热源的设计与 选型是否合理，直接影响到空调系统的 运行经济性和使用效果，风冷式冷热水 机组是以空气作为冷（热）源，以水作 为传热介质的中央空调机组。选用风冷 式螺杆热泵作为冷热源对建筑大楼的空 调系统设计，进行能耗模拟，与原 VRV 空调系统进行了对比，发现能耗 上升，对其能耗进行了分析，提出了冷 热源选型的策略。 中国论文网 /7/view-12990200.htm 关键词：能耗模拟；VRV 系统； 冷热源选型 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 中图分类号：TU111.4 文献标识码：A 文章编号： 16749944（2017）16013404 1 引言 建筑能耗指在建造和使用建筑物 过程中所消耗的能量总和。建筑能耗在 社会总能耗中占有很大的比例，随着建 筑业的快速发展、建筑功能要求的不提 高，以及近年来我国城镇化进程的快速 推进，建筑能耗的占比例越来越大1 。而在建筑能耗中，空调能耗又占主要 比例。因此，对空调系统进行节能研究， 具有重要的社会意义。 研究对象是上海市某办公建筑的 空调系统，通过 eQUEST 软件对该建筑 的原 VRV 空调系统的能耗水平进行分 析和研究，以螺杆式风冷热泵为冷热源 研究对象，在其他参数不改变的条件下， 进行空调系统设计，建立以螺杆式风冷 热泵为冷热源的对比模型，与原空调模 型进行对比，分析两种模型的能耗水平， 并提出空调系统冷热源选择的建议。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 2 工程概况及模型建立 上海市某综合办公楼为甲类建筑， 高 49.9 m，建筑面积约 13567.21 m2。 计算得出，该大楼冬季、夏季的冷热负 荷需求分别为 1249 kW、920 kW。采用 的空调形式为 VRV 智能化中央空调系 统，主楼 412 层室外机设于主楼屋顶， 通过管道接至室内机，空调气液管均设 于管井。除大会议室采用四面出风型卡 式风盘，其余均采用天花板嵌入导管内 藏式，室内机标配冷凝水提升泵。 2.1 物性参数的设定 外墙围护结构综合传热系数 0.72 W/（m2 k） ，屋顶围护结构综合传热 系数 0.46 W/（m2 k） 。 窗户为断桥铝合金低辐射中空玻 璃窗（6+12A+6 遮阳型） ，传热系数为 2.20 W/（m2 k） ，综合遮阳系数 Sw 为 0.35，气密性为 6 级，可见光透射比 为 0.61。该大楼东、南、西、北各方的 窗墙比分别为 31.5%、 10.4%、31.5%、10.4% 。 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 2.2 室内温度、新风量及热扰 办公大楼的热扰主要是人员、照 明和设备三大类，人员密度、照明密度 和设备功率密度以及新风量和室内温度 设定见表 1，人员逐时在室率见图 1。 2.3 空调系统模型模拟 该大楼选用的是多联机智能化中 央空调系统，23 台室外机，该空调系统 的制冷、制热量分别为 1299 kW、1462 kW（标况） 。 夏季，空调冷负荷从 7：00 开始 迅速上升，8：00 时刻达到最大，峰值 为 1201.16 kW，见图 2。冬季，空调系 统的最大热负荷也在 8：00 时刻出现， 为 870.43 kW，主要是围护结构有蓄热 功能，而模拟计算的结果是不计代价的， 见图 3（注：该办公楼有卧室功能区， 故夜间也有冷/热负荷） 。 2.4 建筑物能耗构成 办公建筑的能耗一般包括空调能 耗、照明能耗、办公设备能耗以及电梯 设备能耗。大楼各能耗占比情况见图 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 4。 3 风冷热泵系统能耗模拟及差异 分析 3.1 螺杆式风冷热泵空调系统的 设计 针对前述的建筑物以及冷热负荷 情况，新建模空调型，以螺杆式风冷热 泵为冷热源，末端为风机盘管 FCU。风 冷式冷水机组采用空气冷却方式，省去 了冷却水系统所必不可少的冷却塔、冷 却水泵和管道系统，避免水质过差地区 造成冷凝器结垢、水管堵塞，还节约了 水资源，是冷水空调设备产品中，维修 保养最经济、简单的机种。因此在商场、 医院、宾馆、工厂、办公大楼等不同类 型的建筑中得到了广泛应用。 夏志，等：风冷式螺杆热泵冷热 源在办公建筑中的能耗分析 能源与节能 螺杆式风冷热泵机组的具体参数 见表 2。 为了简化模拟计算，只选用一种 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 型号为 FP-136 的风机盘管，共 171 台， 具体参数见表 3。 在新风机方面，根据 大楼 41000 m3/h 的总新风量设计要求， 选择某厂家 CLCP-014 型号的组合式空 气处理机组，共 3 台，单台风量为 14000 m3/h，功率为 12 kW。此外，选 用某厂家生产的 BYQDL150-30-2 型号 变频水泵 2 台，功率为 30 kW，流量为 140 m3/h，扬程为 49 m，转速为 2950 r/min，夏季用作冷冻水泵，冬季用作热 水泵。 3.2 与 VRV 空调系统能耗的比较 热泵+FCU 模型的建筑物总能耗 模拟结果如图 5、表 4 所示。 通过计算可知，热泵+FCU 空调 系统总能耗 884.1 MW h，单位面积 空调能耗为 65.16 kW/m2。VRV 空调系 统总能耗 550.6 MW h，单位面积能 耗为 40.58 kW/m2。热泵+FCU 模式下， 空调能耗上升 37.73%。 4 模拟结果分析 针对所建立的建筑模型，根据空 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 调系统运行时间，对全年供冷季节冷负 荷率（小于 30 kW 的忽略） 、分布时间 进行了统计，结果如D6 所示。 由图 6 可以看出，全年满负荷供 冷的时间特别少，约 23 h。为便于比较 分析，按冷负荷率的大小，把空调系统 的运行分布分为低、中、高负荷三个档 次：低负荷运行（冷负荷率 10% 20%） ；中负荷运行（冷负荷率 30% 70%） ；高负荷运行（冷负荷率 80% 100%） ；三个档次运行所占总供 冷时间的比例如图 7 所示。 在供冷季节，设备有 43.63%的 时间处于低负荷运行状态，40.13%的时 间在中负荷下运行，仅有 16.24%的时 间在高负荷下运行。而冷水机组只有在 高负荷运行的情况下才能高效运行2。 除 VRV 系统之外的中央空调系统，从 制冷机出来的冷量，必须经过二次冷媒 -水，才能传递到空调区域的空气中， 实现制冷降温。具体地讲，VRV 系统 首先需要用水泵把冷源蒸发器中的冷水 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 送至空调机组的冷水盘管中，然后由中 央风机把空调机组换热产生的冷空气， 经过大型的风管网络，送至各末端热区 域，从而得以与区域的回风掺混，实现 空调制冷的目的3；对于 FCU 系统， 则需要用水泵把冷源蒸发器中的冷水经 过水管网络带到末端风机盘管，两种系 统都存在着二次换热过程及冷冻水的传 输能耗。由于总的换热效率降低，不可 避免地产生冷损失，致使能耗增加。对 于水冷式制冷机，还需要冷却塔和冷却 水泵，增加了换热环节，使冷凝换热效 率降低，虽然其主机 COP 较采用风冷 方式的制冷机为高，却带来了冷却水的 传输能耗。VRV 作为一种直接膨胀式 空调系统，省却了上述的换热环节，避 免了二次冷媒的动力传递损失，提高了 能源利用效率4。 以螺杆式风冷热泵为冷热源对研 究对象进行空调系统设计，在不改变其 他参数的情况下，建立以螺杆式风冷热 泵为冷热源的对比模型，与参照建筑进 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 行对比，发现对比模型空调能耗较之原 始模型上升 37.73%，说明 VRV 空调系 统在节能方面具有很大的潜力，并且对 VRV 系统的节能原因进行分析，主要 是因为空调系统全年运行时，有绝大部 分的时间是处在低负荷运行 状态，而冷水机组在低负荷运行 时性能表F 差，与之相反， VRV 机组 在部分负荷时表现突出，在 40%负荷时， 机组的 COP 值达到最高（图 8） 。 5 冷热