單戶住宅各種空調(diào)方案的能耗

單戶住宅各種空調(diào)方案的能耗分析摘要：選擇煙臺(tái)地區(qū)一典型單戶住宅，對(duì)其進(jìn)行了動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算。提出了八種空調(diào)方案，計(jì)算并分析比較了各方案的能耗，為單戶住宅的空調(diào)方案選擇提供了參考。關(guān)鍵字：?jiǎn)螒糇≌照{(diào)方案能耗隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，單戶住宅（包括別墅式住宅）得到迅速的發(fā)展。特別在沿海發(fā)達(dá)地區(qū)的小城鎮(zhèn)，這類建筑更是隨處可見(jiàn)。隨著人民生活水平的提高，對(duì)居住條件的要求也愈來(lái)愈高。在我國(guó)緯度30°～40°地區(qū)的氣候，要求稍高的住宅不僅夏季有空調(diào)供冷，冬季也需有采暖。如何采用合理的全年空調(diào)方案以降低能耗，也成為人們關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。本文對(duì)幾種可行的單戶住宅空調(diào)方案進(jìn)行了全年的能耗分析比較。1典型住宅和冷熱負(fù)荷選擇煙臺(tái)地區(qū)典型單戶住宅作為研究對(duì)象，建筑共兩層，建筑面積330m2。房間包括客廳、臥室、餐廳、廚房、書房、衛(wèi)生間，其中樓梯間、走廊、衛(wèi)生間和廚房不考慮空氣調(diào)節(jié)。利用清華大學(xué)環(huán)境控制系統(tǒng)模擬分析工具包（DeSTⅡ），計(jì)算出該建筑逐時(shí)負(fù)荷，最大熱負(fù)荷為15.92kW，最大冷負(fù)荷為13.23kW。2空調(diào)方案確定與能耗計(jì)算方法根據(jù)單戶住宅空調(diào)負(fù)荷部分負(fù)荷率高的特點(diǎn)，在考慮了對(duì)太陽(yáng)能及地下水資源的利用后，提出近期幾種可行的空調(diào)方案，分析其全年能耗。2.1方案1－太陽(yáng)能地板采暖+房間空調(diào)器系統(tǒng)夏季用房間空調(diào)器供冷，冬季用太陽(yáng)能供暖（地板采暖系統(tǒng)）。當(dāng)有太陽(yáng)輻射熱時(shí)，集熱器工作,向建筑供熱,多余熱量蓄存于蓄熱水箱中,不足熱量由輔助熱源補(bǔ)充。當(dāng)沒(méi)有太陽(yáng)輻射時(shí)，用蓄熱水箱供暖，不足熱量由輔助熱源補(bǔ)充。經(jīng)計(jì)算，該建筑需真空管式太陽(yáng)能集熱器面積共85m2，蓄熱水箱取每m2集熱器面積50升[1]，則容積為4.2m3。輔助熱源為161GO小型壁掛式燃?xì)鉅t，供熱量是18.6kW，熱效率85%。夏季時(shí)采用房間空調(diào)器進(jìn)行供冷，每個(gè)房間裝設(shè)一臺(tái)海爾空調(diào)機(jī)，型號(hào)選擇從KFR-25G到KFR-58G，性能系數(shù)COP平均為2.6。冬季太陽(yáng)能集熱器的集熱量與集熱器進(jìn)口水溫有關(guān)，而用戶對(duì)供水溫度也有要求，故蓄熱水箱考慮分層蓄水、取水。該系統(tǒng)耗能設(shè)備有燃?xì)鉅t、水泵和房間空調(diào)器。燃?xì)鉅t耗能量根據(jù)補(bǔ)充不足熱量計(jì)算，水泵能耗為消耗功率與運(yùn)行時(shí)間的乘積，房間空調(diào)器的每運(yùn)行時(shí)刻的能耗為該時(shí)刻消耗功率與運(yùn)行時(shí)間的乘積，累加即得供冷季總能耗。2.2方案2－燃?xì)忮仩t+房間空調(diào)器系統(tǒng)夏季用房間空調(diào)器供冷，冬季采用燃?xì)忮仩t供應(yīng)85℃熱水，末端采用散熱器采暖。選用與方案1相同的小型壁掛式燃?xì)鉅t；夏季仍然采用海爾空調(diào)機(jī)。耗能設(shè)備為燃?xì)忮仩t、水泵和房間空調(diào)器。在整個(gè)采暖季熱負(fù)荷已知的條件下，根據(jù)燃?xì)忮仩t的熱效率，即可得到能耗；水泵和房間空調(diào)器能耗計(jì)算方法同上。2.3方案3－電熱水鍋爐+蓄熱器+房間空調(diào)器夏季采用房間空調(diào)器供冷，冬季采用電熱水鍋爐+蓄熱器系統(tǒng)供暖。該系統(tǒng)可利用夜間低谷電，本文采用三種運(yùn)行模式：同時(shí)蓄熱與供熱、釋熱、鍋爐單獨(dú)供熱。鍋爐只在“谷時(shí)段”和“平時(shí)段”運(yùn)行，即在這兩時(shí)段進(jìn)行蓄熱、供熱運(yùn)行。選擇CWDR0.03-95/70型電熱水鍋爐，電功率30kW，熱效率98%；蓄熱器容積為6.3m3。夏季仍然采用海爾空調(diào)機(jī)。該系統(tǒng)耗能設(shè)備有電熱水鍋爐、水泵和房間空調(diào)器。電熱水鍋爐能耗根據(jù)采暖負(fù)荷即可確定，為計(jì)算能耗費(fèi)用采用了分時(shí)段計(jì)算能耗。水泵和房間空調(diào)器的能耗計(jì)算方法同前。2.4方案4－熱泵型變制冷劑流量系統(tǒng)（VRV系統(tǒng)）夏季按風(fēng)冷式空調(diào)器運(yùn)行，冬季按空氣-空氣熱泵運(yùn)行。根據(jù)夏季制冷工況進(jìn)行設(shè)備選擇，室內(nèi)機(jī)根據(jù)各房間最大冷負(fù)荷選擇，型號(hào)為FXYC20KVE和FXYC25KVE；室外機(jī)根據(jù)室內(nèi)機(jī)的容量系數(shù)確定為大金的RSXY5K，名義制冷量為14kW，制熱量為16kW。全負(fù)荷時(shí)COP冬季為3.04（室外7℃），夏季為2.3（室外35℃）。理能耗設(shè)備為室搭外機(jī)和室內(nèi)機(jī)婦。機(jī)組具有良耳好的部分負(fù)荷須性能，由樣本堂可回歸得到冬倦、夏不同部分竟負(fù)荷率和不同法室外溫度下旱的壘CO騾P盲值，室外機(jī)耗餡電量由每時(shí)刻紫冷熱負(fù)荷除該叔時(shí)刻和該負(fù)荷捎率下境的氣CO宮P拉并累積得到；助并考慮了除霜噸損失。室內(nèi)機(jī)亭能耗按運(yùn)行時(shí)屯間進(jìn)行累積。憤2.5閥真方嘩案來(lái)5身－風(fēng)冷式熱泵個(gè)型冷熱水機(jī)組接為冷熱源的系孔統(tǒng)屠夏季按風(fēng)冷式混冷水機(jī)組運(yùn)行趟，供債應(yīng)支7因～介1椒2價(jià)℃浸冷凍水，冬季打按空氣源熱泵墓運(yùn)行，供撤應(yīng)稀4捐0帽～嚴(yán)5籌0矛℃搞熱水。該系統(tǒng)鏟熱泵機(jī)組選用蕩約克小型冷熱茄水機(jī)組，型航號(hào)伶YCAC-H削-PACK1抵5狡，名義制冷量退為餓13.9k媽W(xué)鉆，制熱量疊為差16.5k巨W池，機(jī)組自帶循項(xiàng)環(huán)水泵，并帶鵝有一個(gè)絞5進(jìn)0運(yùn)升雹的水箱；冬季苗輔助熱源選用燒了友DR-塘3役電加熱器，功泰率嘩3k規(guī)W障；末端采用風(fēng)醉機(jī)盤管，型號(hào)河從脖0揭2廈到敲0貧6孟。機(jī)組停開(kāi)控栗制，冬、夏昌停告/酒開(kāi)溫度分別種為陳55/4甩0犁℃拒、僑4/1為2式℃而。攏該系統(tǒng)的耗能內(nèi)設(shè)備有熱泵機(jī)輕組、輔助熱源救、水泵和風(fēng)機(jī)翅盤管。熱泵機(jī)堵組能耗與室外瓶溫度和水側(cè)的指溫度有關(guān)，為多此首先根據(jù)樣殃本回歸得到了越冬、夏機(jī)組的盼特性（制熱量祖、制冷量、耗宮功率），然后月考慮了系統(tǒng)蓄恐熱（系統(tǒng)總水墳容量秘170kg脊）條件，模擬晉計(jì)算了每個(gè)時(shí)繼刻系統(tǒng)的水溫白，并根據(jù)機(jī)組果特性計(jì)算該時(shí)傳刻的能耗，最罪后累計(jì)得到機(jī)責(zé)組的總能耗，沫并考慮了除霜頓損失。水泵能晶耗計(jì)算同前，呈輔助熱源根據(jù)薯各時(shí)刻的不足提熱量即可累計(jì)角得到電功率。慣風(fēng)機(jī)盤管能耗蛛為平均耗功量懲與運(yùn)行時(shí)間的呀乘積。事2.6賓伴方肉案載6恩－太陽(yáng)能熱源中水踩-百水熱泵系統(tǒng)傾該系統(tǒng)的太陽(yáng)笨能收集系統(tǒng)同六方痰案井1坐。具水刺-告水熱泵機(jī)組在蕉冬季按熱泵運(yùn)猜行，它從太陽(yáng)楚能收集系統(tǒng)的租蓄熱水箱中取干熱，制出的熱質(zhì)水供到房間中霞的末端設(shè)備（園風(fēng)機(jī)盤管），簡(jiǎn)向房間供熱，刑不足熱量由輔距助熱源補(bǔ)充。波在夏季，熱泵黑按制冷運(yùn)行（閑由四通閥換向使），冷凝器放熄出的熱量通過(guò)主冷卻塔排到室透外。太陽(yáng)能集熔熱系統(tǒng)只用于奉用戶的熱水供喉應(yīng)。熱泵機(jī)組追按停開(kāi)控制，處冬夏瓦停遷/貌開(kāi)溫度分別隊(duì)為徹49/4踐0任℃柿、佳4/1氧2句℃幼。為避免機(jī)組散頻繁啟動(dòng)，在畢系統(tǒng)回水管路守中，連接一個(gè)約容積為鑼0.4m惑3孟的水箱，以增酒大系統(tǒng)的容水及量，本系統(tǒng)太哭陽(yáng)能集熱面積艙為襖58m斯2擔(dān)，蓄熱水箱容蘿積為閉3m脖3彩。櫻水肯-撲水熱泵機(jī)組很為虧WP036-喘07巡0估冷熱水機(jī)組，搜風(fēng)機(jī)盤管選擇誼同方洲案臣5紗。輔助熱源為貝小型壁掛式燃斬氣爐，型號(hào)同認(rèn)方蘿案拿1閑。劣該系統(tǒng)耗能設(shè)箭備為熱泵機(jī)組召、風(fēng)機(jī)盤管、垃輔助熱源和水涌泵。養(yǎng)水波-駝水熱泵機(jī)組的饒冬季能耗與低臭位熱源（太陽(yáng)竟能）的溫度及壽熱水溫度有關(guān)死，而夏季能耗翠與室外濕球溫污度及冷凍水溫栽度有關(guān)。為此坦，根據(jù)樣本回仍歸了熱泵制熱旦量與耗功率隨頃兩側(cè)水桂溫變化的特性融，夏季制冷量說(shuō)、耗功率隨室姥外濕球溫度和委冷凍水溫度的朵特性。與方客案僚5掉一樣需確定任這一時(shí)刻系統(tǒng)冷院凍水或熱水的系溫度，太陽(yáng)能或集熱系統(tǒng)中的讀蓄熱水箱較小階，難于分層計(jì)災(zāi)算，近似的模滋擬出水箱中兩爐層（上層熱、級(jí)下層冷）的水禾溫。從而根據(jù)夏機(jī)組兩側(cè)溫度撕的變化再計(jì)算眨任一時(shí)刻的能徒耗并累加。其嗎他設(shè)備的能耗摔與上述方案中載相同設(shè)備一樣覽進(jìn)行計(jì)算。廢2.7僚菜方切案攪7臥－地下水熱源液水貌-萌水熱泵系統(tǒng)朽在該地區(qū)，地般下水溫度約在猛1熊3毫℃殊左右，這種溫銹度的水在濕負(fù)叉荷不大的住宅敘中可直接用作頃冷源。經(jīng)計(jì)算亦，風(fēng)機(jī)盤管在禍1肢3刻℃臨水溫下處理過(guò)確程的熱濕比約旱為租23000k減J/k惱g柿，可滿足一般能房間熱濕比的魯要求。由于水覽溫稍高，所選屑用的風(fēng)機(jī)盤管矩型號(hào)要大一些喬。本方案在夏倆季由深井泵將辭地下水直接送嫁到風(fēng)機(jī)盤管中壯應(yīng)用，回水回棍灌到另一口井上中；冬季從夏瀉季的回灌井中馳由深井泵取水量，作仰水傻-攜水熱泵的低位隙熱源，使用后來(lái)的水回灌到夏段季的取水井中彎。這樣夏季可殺獲得較低溫度可的水，而冬季廣獲得較高溫度祖的水。本方案至有兩口井，井讀深粗2弓0竿米洋，取水量為祝4.2m匙3茅/詢h痰；普水根-挎水熱泵機(jī)組選今擇同方彎案馬6將。熱泵機(jī)組冬員季運(yùn)行時(shí)制熱趨量及耗功率只豪與熱水側(cè)溫度舉有關(guān)，機(jī)組也百是停開(kāi)控制（首停開(kāi)溫度秀為讓49/4坐0叼℃份）。用方億案縣6帖相類似的方案信計(jì)算冬季功率卡；深井泵、風(fēng)致機(jī)盤管能耗計(jì)穿算方法同前。哨2.8棗訂方霞案殺8蒜－直燃式溴化訊鋰吸收式冷熱押水機(jī)寄組覺(jué)+證風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)味采暖季和供冷識(shí)季由直燃式溴看化鋰吸收式冷蟻熱水機(jī)組給風(fēng)討機(jī)盤管提供熱繳水和冷水。本袖方案選用遠(yuǎn)才大恐BCT1怖6茂的小型直燃式怪溴化鋰吸收式局冷熱水機(jī)組，敲名義制冷量和厭制熱量均災(zāi)為糖16k蠢W似，額定耗氣量誘冬季為奸1.8m粗3貓/隱h絞夏季為萌1.5m概3卷/羨h賄，額定耗電量別冬季元為銹0.4k拌W佩，夏季料為吳1.0k孕W輔。該機(jī)組自帶水冷熱水的循環(huán)富水泵和小型冷奔卻塔?？湎到y(tǒng)的耗能設(shè)雀?jìng)涫抢錈崴畽C(jī)睡組和風(fēng)機(jī)盤管災(zāi)。冷熱水機(jī)組嚇具有良好的部想分負(fù)荷性能，積其任一時(shí)刻的詞耗電量和耗氣屆量與部分負(fù)荷蟻率的關(guān)系由樣鷹本得到，按任躍一時(shí)刻的負(fù)荷怎即可計(jì)算出能團(tuán)耗，累加即可沒(méi)得到全年能耗腸。風(fēng)機(jī)盤管耗頂電量計(jì)算方法層同前。扎3指餃能耗結(jié)果及分橫析薄各個(gè)方案均使襪用清糾華甚DeS恥T鮮Ⅱ迎軟件計(jì)算出逐摧時(shí)刻的負(fù)荷，椅再根據(jù)上節(jié)所覺(jué)述的能耗計(jì)算碼方法，計(jì)算各沫時(shí)刻的能耗（遼電功率消耗、版燃?xì)夂牧浚?，墓再進(jìn)行累加即笨得到各方案冬喂季、夏季以及止全年的能耗。覆由于各系統(tǒng)所臘消耗的能源種滴類不同，這里孤把它們都轉(zhuǎn)化帽成一次能源和渴標(biāo)準(zhǔn)煤的消耗崇量，來(lái)進(jìn)行比數(shù)較分析。為了卻更直觀起見(jiàn)，溪以較普通的方膚案駝2含作基準(zhǔn)計(jì)算各央方案的相對(duì)值株。能耗計(jì)算結(jié)錘果見(jiàn)商表裝1友，由富表菠1飽可見(jiàn)：勺（樣1獵）冬季，方害案煮1俯的太陽(yáng)能地板土輻射采暖能耗總最小，僅是燃尾氣爐采暖（方緊案符2碼）鐵的票48.5帽%泳，它的能耗主酸要是輔助熱源總消耗的。方厲案炎3械的電熱水鍋爐飽采暖系統(tǒng)，由片于消耗高品位憐能源（電能）奪而成為能耗最妖大的方案。方秩案辰8臭的直燃式溴化丈鋰吸收式冷熱海水機(jī)組的系統(tǒng)貌，冬季運(yùn)行相裝當(dāng)于燃?xì)鉅t，南故它的能耗與死方第案你2攏接近；由于空訴調(diào)末端設(shè)備用航了風(fēng)機(jī)盤管，星而方酒案猜2剪用散熱器，因齊此方揭案嶺8潮的能耗略大于青方氣案寬2券。方羽案盆4丘～吃7忌都是熱泵型機(jī)鞭組的空調(diào)系統(tǒng)邀，各方案能耗扒相差無(wú)幾，其曠中方界案齊4歷、枕5糧的空氣源熱泵奶稍大一些。襯表流1惜島各方案能耗統(tǒng)捷計(jì)衰監(jiān)方案序號(hào)鞭夏季能耗別冬季能耗撇全年能耗鑰標(biāo)準(zhǔn)熄煤烘(陽(yáng)kg)蘭相對(duì)值綢標(biāo)準(zhǔn)驢煤騾(謊kg)滴相對(duì)值慢標(biāo)準(zhǔn)前煤滋(詢kg)腫相對(duì)值話1擺1361引1.000皮1367躬0.485患2728誦0.653海2亡1361冬1.000倦2817跌1.000倒4178雜1.000協(xié)3叮1361尾1.000濃8386晨2.977猜9747殘2.333崖4敏983易0.722殺3341帳1.186近4324迷1.035薪5變1546仰1.136告3326笨1.181竄4872申1.166搬6恨1467蛾1.078胳2965好1.053煙4432瓣1.061蠅7脅632響0.464蹤3005攔1.067畢3637狼0.871攤8刑1211靈0.890魯2912撫1.034裳4123累0.987也（地2門）夏季，方紡案橋7屑的地下水直供及冷方案最節(jié)能涉，它僅為方齡案姥2支（常規(guī)的房間懶空調(diào)器）能耗錘的諒46.4玩%嘆，當(dāng)然隨著井章深的增加能耗養(yǎng)會(huì)增加。方龜案策4椒（短VR折V測(cè)系統(tǒng)）由于有僚良好的部分負(fù)忌荷特性，因此差也明顯優(yōu)于方粒案伍2傭。方摟案詞8冊(cè)的小型直燃式字機(jī)組的空調(diào)方蒙案也比方夸案糠2謎要節(jié)能。方斬案濾5瞞和方呀案甲6傳分別是風(fēng)冷和差水冷的冷水機(jī)岸組供冷方案，謠對(duì)于用于大型勢(shì)建筑中的大型櫻機(jī)組，它們具營(yíng)有較高的性能幻系數(shù)，通常是防優(yōu)于采用分散雁式的房間空調(diào)起器。但在單戶弱住宅中使用的遣小型機(jī)組，其作性能系數(shù)小，工如方撲案遮5起的風(fēng)冷機(jī)組在膛額定工況下的煌制冷性能系數(shù)橡為崖2.8屋8礦，而且還不包悉括冷凍水泵的翻功耗；小型水皂泵目前國(guó)內(nèi)無(wú)辜低揚(yáng)程的泵可跑選，只能選揚(yáng)船程比要求巴大采1藥～掠3貴倍的泵，且它染們的效率很低警，一般求僅乎30眼%訂～壞40哈%絮，且只要有負(fù)城荷就必須運(yùn)行暮、耗填能；此外小型刻機(jī)只能用停開(kāi)博來(lái)調(diào)節(jié)，部分娃負(fù)荷特性也不術(shù)優(yōu)良，因此它囑們的運(yùn)行能耗析比額定工況下輔制冷性能系數(shù)搭為戀2.引6果的房間空調(diào)器舊還大。負(fù)（就3陸）就全年能耗出而言，利用可災(zāi)再生能源的方緒案斤1睛和方守案監(jiān)7秘優(yōu)于其他方案貝，尤其是方誤案畫1雹，它的能耗僅汁為方險(xiǎn)案旗2犯的棒65.3畫%遲。而使用電鍋輩爐系統(tǒng)仍是所他有方案中能耗瘋最高的。以燃透氣為主要能源偶的方案（方填案豬8食和忽1均）在單戶住宅免中應(yīng)用也是能對(duì)耗較少的方案紗。其他幾個(gè)使軍用熱泵的方案釋（方灘案叉4猾、脆5至、厚6角）全年能耗相賽差不多，均稍鞭高于方奏案室2喝，其原因是這撫類熱泵機(jī)組、染水泵等設(shè)備都喉是小型設(shè)備，限能量效率都不怎高，大部分機(jī)哄組沒(méi)有能量調(diào)哈節(jié)措施。崇（借4哨）利用可再生鞠能源（太陽(yáng)能硬和地下水）的紀(jì)方案應(yīng)該說(shuō)是很值得推廣的方格案，尤其在太維陽(yáng)能或地下水進(jìn)資源豐富的地瓦方，更值得提異倡。但是太陽(yáng)古能的設(shè)備費(fèi)很廳高，目前在推孕廣中存在一定趁困難。方艷案領(lǐng)6跡的太陽(yáng)能熱源顆水臭-養(yǎng)水熱泵方案，美既采用了較貴腹的太陽(yáng)能設(shè)備絡(luò)，系統(tǒng)也比較繳復(fù)雜，能耗方芒面也沒(méi)有優(yōu)勢(shì)膝，因此不宜推雄廣。方油案者3鎮(zhèn)使用電鍋爐的毯系統(tǒng)，從能耗墓來(lái)說(shuō)肯定是最拔不合理的方案最，因此只能用賊于當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)峰豆谷差很大需要趕削峰填谷，且額有充足電力的擁地區(qū)。方偶案叔