姚靈鋒 何照傲

1浙江綠城建筑設(shè)計有限公司

2浙江大學(xué)建筑設(shè)計研究院

1 工程概況及負荷分析

1.1 工程概況

本項目總建筑面積為1642.37m2，建筑總高10.8m，共三層，一層建筑面積624.31m2，層高3.20m，房間使用性質(zhì)為餐廳、廚房、化驗室、辦公室及接待室；二層建筑面積550.68m2，層高3.20m，房間使用性質(zhì)為辦公室和會議室；三層建筑面積467.38m2，層高3.20m，房間使用性質(zhì)為宿舍和活動室（由于供水廠工作性質(zhì)的特殊性，部分辦公室為24小時工作辦公室，本文統(tǒng)稱為值班室）。

1.2 負荷分析

本文主要依據(jù)相關(guān)文獻[1]的要求來確定室內(nèi)設(shè)計參數(shù)。并采用HDY-SMAD軟件對其進行設(shè)計日的負荷計算，采用DeST軟件對其進行全年動態(tài)負荷的模擬，并對負荷特點進行分析。

1.2.1負荷計算

設(shè)計日各項冷負荷計算結(jié)果如圖1所示。

圖1 夏季新風(fēng)、人員、照明、設(shè)備及圍護逐時冷負荷

圖2 辦公綜合樓全年空調(diào)動態(tài)負荷統(tǒng)計圖

全年空調(diào)負荷動態(tài)模擬結(jié)果如圖2所示。

1.2.2負荷特點分析

1）由負荷計算可知：夏季最大總冷負荷（含新風(fēng)）為179.6kW，發(fā)生時刻：16:00；冬季最大總熱負荷（含新風(fēng)）為138.3kW，發(fā)生時刻：7:00；夏季總濕負荷為29385g/h，冬季總濕負荷為21905g/h。

2）由全年建筑動態(tài)負荷模擬結(jié)果可知：辦公綜合樓的全年最大熱負荷發(fā)生在第511小時（1月22日上午7點），全年最大熱負荷值為140.2kW；全年最大冷負荷發(fā)生在第4288小時（6月28日下午16點），全年最大冷負荷值為181.4kW。

全年建筑動態(tài)負荷模擬結(jié)果中的全年最大熱負荷及全年最大冷負荷（140.2kW，181.4kW）均略大于用HDY軟件計算設(shè)計日最大負荷（138.3kW，179.6kW），相差1.36%和1%，基本一致。故取系統(tǒng)的最大空調(diào)制冷量為181.4kW，最大空調(diào)供熱量為140.2 kW。

全年空調(diào)動態(tài)負荷的模擬結(jié)果，作為空調(diào)冷熱源系統(tǒng)的選擇依據(jù)，而各個房間負荷的特點可作為空調(diào)末端的選擇依據(jù)。

2 水源熱泵系統(tǒng)的經(jīng)濟性評價

2.1 冷熱源方案的確定

根據(jù)建筑的特點及常見的暖通空調(diào)方式對辦公綜合樓做如下三種冷熱源方案，并對這三種冷熱源方案進行比較。

方案一：水源熱泵系統(tǒng)供冷供熱；

方案二：空氣源熱泵系統(tǒng)供冷供熱；

方案三：VRF系統(tǒng)供冷供熱。

體成交。3）各設(shè)備選用常見廠家進行詢價；4）比較以水源熱泵初投資為基準進行。

2.2 三種方案主要設(shè)備參數(shù)及初投資比較

三種方案的初投資等信息詳見表1。

表1中各設(shè)備的價格均為典型設(shè)備商提供的參考價格，采購時的價格可能會視具體情況有所變動。設(shè)備的價格只選取了典型的設(shè)備商，存在片面性，但一定程度上也能反映各種方案的初投資情況。

2.3 三種方案運行費用比較

2.3.1運行費用的計算方法

運行費用主要包括能耗費用、投資攤銷費用和維修費用等。

本文假設(shè)三種方案的投資攤銷費用和維修費用相等，運行費用的比較只考慮能耗費用造成的差異。即把運行費用簡化為能耗費用。

運行費用（能耗費用）的計算可以簡化為下式：

式中：Cr為運行費用，元；En為能耗量，kJ；Ep為能源價格，元 /kJ。

要計算能耗費用，可以先計算系統(tǒng)的全年能耗，然后乘以相應(yīng)的能源價格就能得到能耗費用。

2.3.2全年動態(tài)能耗計算方法

本文計算全年能耗的方法是在全年動態(tài)負荷的基礎(chǔ)上，根據(jù)機組在不同負荷下的動態(tài)效率計算出全年的動態(tài)能耗，累加機組運行時間段內(nèi)的所有能耗得到全年總能耗。這種方法的基礎(chǔ)是有比較科學(xué)合理可信的全年動態(tài)負荷，并將機組的部分負荷效率和全年動態(tài)負荷進行耦合，配以科學(xué)的運行控制策略，得到全年的動態(tài)能耗。表2[1]和表3中規(guī)定了空調(diào)系統(tǒng)的日運行時間表和年運行時間表。全年的動態(tài)能耗計算原理如下式：

式中：En(t)為t時刻的動態(tài)能耗量，kWh；f(t)為t時刻的動態(tài)負荷，kW；g(t)為t時刻的系統(tǒng)動態(tài)能效比，W/W。

?

由表3空調(diào)系統(tǒng)的年運行時間表可知，夏季制冷時間段為6月1日至9月30日，冬季供熱時間段為11月15日至來年的3月15日。全年能耗負荷包括制冷能耗和供熱能耗，其中制冷能耗可由式（3）計算，供熱能耗可由式（4）計算：

表3空調(diào)系統(tǒng)的年運行時間表

式中：Enc為制冷能耗，kWh；Enh為供熱能耗，kWh。

2.3.3全年動態(tài)能耗計算結(jié)果

三種冷熱源方案的運行能耗情況，匯總于表4中。

?

由表4可知：在額定工況下本工程三種冷熱源方案中水源熱泵系統(tǒng)的全年能耗是最少的，其次是空氣源熱泵系統(tǒng)，VRF系統(tǒng)最大。水源熱泵系統(tǒng)相對于空氣源熱泵系統(tǒng)的節(jié)能率為15%，相對于VRF系統(tǒng)的節(jié)能率為26.22%。

2.3.4運行費用計算結(jié)果

全年運行費用由全年運行能耗乘上加權(quán)電價計算而得。電價選用浙江省的電網(wǎng)銷售電價，浙江省一般工商業(yè)及其他用電六時段分時電價時段劃分：尖峰時段 19:00～21:00；高峰時段 8:00～11:00、13:00～19:00、21:00～22:00；低谷時段:11:00～13:00、22:00～ 次日 8:00。由文獻[2]中可知，尖峰時電價取1.456元/kWh，高峰時電價取1.151元/kWh，低谷電價取0.628元/kWh，加權(quán)電價取0.915元/kWh。

表5三種冷熱源方案運行費用表

圖3 各個冷熱源方案年運行費用比較情況

表5中已列出三種冷熱源方案的全年能耗，三種方案的運行費用可由式（1）計算，計算結(jié)果詳見表5及圖3。

2.4 三種方案的經(jīng)濟性評價

1）方案一與方案二的比較分析

方案一（水源熱泵系統(tǒng)）的初投資為64.75萬元，年運行費用為10.63萬元；方案二（空氣源熱泵系統(tǒng)）的初投資為55.29萬元，年運行費用為12.22萬元。方案一比方案二初投資多投入9.46萬，年運行費用節(jié)省了1.59萬，投資回報期為5.95年。

2）方案一與方案三的比較分析

方案一（水源熱泵系統(tǒng)）的初投資為64.75萬元，年運行費用為10.63萬元；方案三（VRF系統(tǒng)）的初投資為61.35萬元，年運行費用為13.42萬元。方案一比方案三初投資多投入3.4萬，年運行費用節(jié)省了2.79萬，投資回報期為1.22年。

3 結(jié)論與展望

根據(jù)某水廠辦公綜合樓的特點，選取水源熱泵系統(tǒng)、空氣源熱泵系統(tǒng)及VRF系統(tǒng)這三種典型的冷熱源方案，分別計算了三種方案的初投資、全年能耗及年運行費用，在此基礎(chǔ)上針對三種方案進行了投資經(jīng)濟效果評價，最后得出水源熱泵系統(tǒng)優(yōu)于其他兩種方案的結(jié)論。

[1] 公共建筑節(jié)能設(shè)計標準(GB50189-2005).北京:中國計劃出版社,2005

[2] 浙江省物價局關(guān)于調(diào)整省電網(wǎng)銷售電價有關(guān)事項的通知(浙價資[2011]382號).2011