天津地区文体中心空调冷热源方案分析

唐天巍

广州大学 广东省广州市 510006

摘要：冷热源是空调系统的核心，冷热源选型在一定程度上决定了空调系统的成功与否。影响空调冷热源选型的因素有很多，如当地天然冷热源状况，建筑动态负荷，气候条件，能源价格，政府态度和政策，用户接受程度等。随着空调行业的发展，空调的冷热源形式也越来越多，各有特色，这为空调冷热源选型提供了更多新选择，同时也使得选型更加复杂。本文分析天津地区能源情况，比较了现有的冷热源系统优劣势，为天津地区文体中心热冷源选择提供参考。

关键词：热冷源，天津，能源

一、引言

公共建筑能耗主要由三部分组成[1]：空调系统能耗、照明系统能耗以及相应配套设备系统的能耗。其中，空调系统能耗占比约40-50%，照明系统能耗大约占30-40%，建筑配套设备系统能耗大致占比10-20%。对空调系统能耗研究[2]表明，冷热源机组能耗占比最大，占空调系统能耗的47%，其次是末端空调设备，能耗占比为25%。可以分析出，对公共建筑空调系统冷热源机组进行选型研究，可以有效降低空调系统能耗[3]。

目前，国内外许多专家学者对冷热源技术进行了性能分析，并结合实际工程应用情况分析其发展前景，但是对于选择适合某一地区的公共建筑冷热源方案还存在许多待完善的地方。

本文根据天津市某综合文体中心冷热负荷特征，参考寒冷地区既有公共建筑冷热源方案选型，对目标建筑在基于原冷热源方案的基础上提出多种冷热源方案，研究其在经济、环保和能耗性方面的表现[4]。

二、气候条件与能源情况

天津位于华北平原海河五大支流汇流处，东临渤海，北依燕山，海河在城中蜿蜒而过，暖温带半湿润大陆季风型气候，其特征是：春季风多干燥，夏季炎热多雨，秋季天高气爽，冬季寒冷干燥特点，降水量四级分配不均。夏季炎热、冬季寒冷，且过渡季时间较长，冬夏季节约各四个月时间。四季分明，春季多风，干旱少雨；夏季炎热，雨水集中；秋季气爽，冷暖适中；冬季寒冷，干燥少雪。冬半年多西北风，气温较低，降水也少；夏半年太平洋副热带暖高压加强，以偏南风为主，气温高，降水也多。有时会有春旱。天津的年平均气温约为14℃，7月最热，月平均温度28℃；历史最高温度是41.6℃。1月最冷，月平均温度-2℃。历史最低温度是-17.8℃。年平均降水量在360－970毫米之间，（1949－2010）平均值是600毫米上下。

周边电力、热力、燃气等市政配套齐全，且有峰谷电价。

(1)市政热网：周边道路设有热力管道，供、回水温度一次网120/70，二次网80/60°C，可满足本项目冬季供热需求。供暖期为11月15日至转年3月15日，市政热力使用价格为40元/ m²（地上建筑面积）。如按热价收费：125元/GJ。

(2)电力资源：周边道路具备市政电网，电压等级为380V，可满足本项目电力需求。峰平谷电价：高峰时段1.31元/度(8:30~11:30,18:00~23:00)，低谷时段0.43元/度(23:00~7:00)，平谷时段0.86元/度(7:00~8:30,11:30~18:00)。

(3)燃气资源：周边道路具备市政天燃气管网，热值为8600kcal/Nm³，可满足本项目制冷和供热需求。天然气价格为3.4元/Nm³。

(4)地热能：天津市所在地有较为丰富的地热资源。

三、建筑特点

从空调的角度而言，商业文体中心，具有如下鲜明的特点。

1.建筑不同部分的空调系统的使用时间不同。文体功能区的使用时间是早上九点到晚上九点。而像报告厅、活动室等人员短时间密集的高大空间，开放时间不确定，空调系统使用时间不同，应针对不同使用时间和使用功能的空间进行空调系统分区。

2.在冷热负荷的构成与比例上，报告厅等人员短时间密集的空间人员负荷和新风负荷占比大，而走道、社区展廊等区域人员数量波动大，具有不确定性和多样性。

3.所以为了空调系统设计的合理、灵活与可靠，通过对同类建筑调研的结果，并结合所参阅的相关文献，参照项目周边建筑用途和分布后将本文体中心的空调系统设计目标定位如下：建筑为一般中小型商业文体中心，文体中心主要满足周边社区居民的使用要求。空调系统设计的总体原则为：技术成熟；系统合理灵活；能够最优组合系统的冷热能力；兼顾节能与环保；最大程度上利用当地的扶持性政策。

四、冷热源方案对比

方案 比较	磁悬浮冷水机组 +板换	地源 热泵	螺杆冷水机组 +板换	直燃溴化锂机组	水蓄冷 +板换	水源热泵	风冷热泵
初投资	高	较高	较低	较高	高	较高	较高
运行管理维护	方便	方便	方便	方便	复杂	方便	方便
运行 费用	较低	低	高	较高	低	低	较高
应用 限制	无	需要地埋场	无	需要余热、废热或燃气	蓄水槽体积大	湖水源深度	寒冷地区机组冻结
节能 优势	有	有	无	无	有	有	有
结论	备选	备选	备选	备选	备选	备选	剔除

五、结论

通过对比多种冷热源方案组合，分析周边能源情况，我们得出如下结论：

1、天津地区能源丰富，要根据时间情况判断冷热源方案的可行性。比如，虽然天津地区地热资源丰富，但是地源热泵系统需要地埋场来安置设备，所以要具体考虑周边环境；水源热泵也要考虑周边是否有足够深度的湖水。

2、冷热源方案不是绝对确定的，要综合判断一个方案是否合适，除了系统本身特征外，还需要考虑该方案的运行费用、管理维修费用、生命周期等。根据初选方案，运用数学分析和能耗模拟可以得到较为准确的结果，依据此结果，可以得到适合该建筑的最优方案。运行费用的计算主要根据软件全年模拟结果，可得知对应负荷率情况下的运行小时数，机组对应运行的功率按总功率和负荷率的乘积计算，进而算出各负荷率情况下耗电量，之后乘以对应时间段的能源价格后得到运行费用。同时应当将实地调查与相关数据搜集工作纳入研究过程中，并将实际能耗数据与模拟计算能耗数据进行对比，增加结论的说服力。

3、本文的研究对象只是一栋建筑，得出的关于冷热源方案选型评价的结论也只适用于与此建筑有相同业态分区，且建筑周边气候条件大致相同的建筑。考虑到综合性公共建筑种类之多样，体量之庞大，各地区气候条件之复杂，建筑周边能源分布之多变，因此在该研究方向的下一步研究内容中，应对种类更多的综合性建筑做全面而细致的研究，从而得出普适性更强的结论。

参考文献

[1]彭章娥.公共建筑能耗和碳排放单位指标分析[J].上海应用技术学院学报（自然科学版）,2014,2:151-154.

[2]张惠民.大型公共建筑节能研究与应用[D].重庆: 重庆大学建筑与土木工程专业,2016.

[3]龚光彩，常世钧．冷热源及建筑节能的研究现状和进展[J]．建筑热能通风空调，2003，5：18-23．

[4] DB29-153-2016，《天津市公共建筑节能设计标准》.

作者简介：唐天巍(1995-)，男，汉族，重庆合川人，广州大学硕士研究生，研究方向：供热、供燃气、通风及空调工程