191_某公共建筑空调系统节能改造设计与分析

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1、某公共建筑空调系统节能改造设计与分析重庆大学邓博，卢军，陈明摘要：从节能改造的角度出发，提出了将重庆市某公共建筑原有电锅炉供暖方式改为水源热泵供暖的方案，并根据建筑的采暖要求和周围的地理环境，设计了该湖水源热泵系统的原理和实施方案。通过DeST建模，计算出建筑冬季的逐时热负荷，再利用湖水源模拟软件对热泵的运行进行模拟。模拟结果显示：整个冬季，水源热泵系统的运行能耗比电加热锅炉系统节省.2kWh，节能率为74.86%，最后分析了该热泵系统中取水能耗占机组与取水总能耗的比例，提出水源热泵设计应尽量优化取水方案，以达到更好的节能目的。关键词：建筑节能电加

2、热锅炉湖水源热泵系统能耗模拟0、引言重庆市作为国家水源热泵示范城市,一直致力于水源热泵的研究和利用。利用水源热泵技术降低空调系统的能耗,既符合现代绿色建筑的设计理念,又能实现节能减排，节省运行投资。本工程位于重庆市某主城区内，利用该建筑南面的人工湖泊作为冬季采暖热源，实现建筑冬季的采暖，从而取代原有电锅炉的供暖模式，达到节省冬季能耗的目的。1、工程概况该建筑是集多种使用功能为一体的综合性大楼。该大楼北临嘉陵江，南临人工湖；总建筑面积约70032平方米，建筑总高度为99.1米，建筑分为裙楼一、裙楼二和塔楼三部分；地下三层，地上二十六层；其中地下三层为

3、设备用房，地下二层为车库，地下一层至六层为综合楼，七层至二十六层为办公室及会议厅；空调范围为除地下车库及设备用房外的其他部分，夏季总空调面积约为37042平方米，冬季总采暖面积约为14104平方米。对工程冷热负荷、使用频率进行了计算与分析，本工程空调系统的冷负荷约为8900kW；冬季为大楼一层到五层供暖，热负荷约为1100kW。空调水系统采用二管制，夏季循环冷水，冬季循环热水，整个大楼为一个水系统。2、湖水源热泵方案设计2.1原工程分析本工程原采用功率为1200kW的电加热锅炉对一层至五层进行供暖。锅炉置于负三层，已使用达5年之久，由于使用时间较长

4、，现加热管已多处损坏，炉膛已有局部老化，使得锅炉热效率逐渐降低，耗电增多，运行及维修成本十分昂贵。经计算，在满负荷1100kW下运行，按该建筑实际用电电价0.52元/kWh计算，电加热锅炉一天（连续运行12小时）的运行费用约为6864元。分析可以看出，原有电锅炉采暖设计，虽然形式简单，便于控制，但能耗大，运行费用高，不符合现代建筑节能的运行要求，故考虑采用水源热泵系统，取代电加热锅炉的采暖形式。2.2湖水源热泵系统设计2.2.1螺杆机组改造将大楼原有螺杆压缩式冷水机组改造为水源热泵机组，改造之后该机组冬季制热量为1200kW，采暖侧供回水设计温度为

5、45/40℃，湖水源侧供回水设计温度为10/5℃。2.2.2取水系统设计考虑该建筑南面有一大型人工湖泊，经测试，该湖水冬季水温基本维持在9-10℃，湖面积约为10000㎡，平均深度约为2.5m，适合作为水源热泵冬季的采暖热源。在采用开式还是闭式取水系统上，考虑开式系统减少了湖水换热器，增加了地表水与制冷剂之间的传热温差，因此比闭式地表水源热泵机组的换热量增大，即在相同条件下，增加了机组的制冷量或制热量。冬季，将来自热泵机组的低温水排放到湖水上部温度较低的区域，可以尽量保证湖水温度分布不发生改变，对湖水温度的影响小。所以，根据人工湖的水质情况和换热效

6、率，本次工程设计的取水形式采用开式系统。取水动力上，考虑人工湖离大楼有约120m的直线距离，实际取水管路距离约为304m，且机房与湖面有15.06m的垂直高差，机房内原有水泵扬程为37m，不能满足取水扬程要求，故在人工湖边建立取水泵房，增设两台取水泵，一用一备，其扬程为37m、流量为250m³/h，联合冷热源机房内原有的水泵，采用二次泵的形式，进行水源侧的取水。考虑到取水与排水存在一定的温差，将取水口与排水口分开设置，相隔约48m，以降低取水和排水的相互影响。按湖水进入热泵的方式，水源侧系统可分为直接式和间接式，直接式是指把湖水经过简单处理后直接进

7、入热泵机组的冷凝器或蒸发器,其特点是:不设板式换热器,无换热温度能级损失,运行能效高;间接式是指利用板式换热器将江水与热泵侧的冷热源水进行分隔的系统。从提高节能效益考虑,直接式比间接式存在较大优势,所以本项目的湖水源热泵系统采用直接式系统。在冷热源机房内，增设旋流除砂装置和水处理装置，不设板式换热器，并对原有管路进行改造，冬夏季依靠电动阀门切换，达到供暖、制冷的目的。2.2.3湖水源热泵系统原理根据热泵的运行原理和建筑的空调特性，设计了该热泵系统的原理图：通过对1-11号阀门进行开闭切换，实现热泵的冬夏季运行。图1湖水源热泵原理图3．热泵系统与锅炉

8、能耗模拟及分析3.1湖水源模拟软件功能介绍3.1.1湖水源热泵空调系统的设计计算输入建筑面积、标高、取水距离、湖体尺寸、空