第1章緒論

1.1課題的提出
能源是一個(gè)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)命脈，隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展全球能源局勢(shì)發(fā)展越來(lái)越嚴(yán)峻。如何合理的應(yīng)用有限的能源，減少環(huán)境污染，提高能源利用效率成為亟待解決的問(wèn)題。能源問(wèn)題是全世界各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)，我國(guó)已然成為一個(gè)能源消耗大國(guó)，其中建筑能耗占據(jù)的很大比重，建筑能耗的過(guò)度消耗及產(chǎn)生的環(huán)境問(wèn)題日益凸顯，使得我國(guó)在建筑節(jié)能上倍加關(guān)注[1]。近20年來(lái)，我國(guó)建筑業(yè)進(jìn)入了高速發(fā)展的階段，2000年至今，年建筑面積翻了一倍多，年平均增長(zhǎng)了13.3億m2，增速為11.3%，遠(yuǎn)快于上個(gè)世紀(jì)90年代的增速，其中在“十一五”期間，我國(guó)的建筑面積累計(jì)增長(zhǎng)了85億m2，至2010年底總建筑面積高達(dá)453億m2[2]，目前已經(jīng)成為世界上最大的建筑市場(chǎng)。數(shù)據(jù)表明，在眾多新建建筑中節(jié)能建筑占據(jù)比例很低，僅占3%~5%，其他建筑都存在著能源的浪費(fèi)。經(jīng)過(guò)國(guó)內(nèi)外學(xué)者的研究表明，在眾多節(jié)能方式中建筑節(jié)能是緩解當(dāng)前全球能源緊張最有效的節(jié)能方式，通過(guò)合理的建筑節(jié)能方式解決經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展與能源供應(yīng)緊缺之間的矛盾[3]。建筑能耗是指建筑物從建造開(kāi)始到建筑物正常運(yùn)行階段所消耗的能量總和，包括：空調(diào)能耗、采暖能耗、照明能耗、熱水能耗、餐飲能耗、電器能耗等。通過(guò)分析研究現(xiàn)有公共建筑的總能耗，可以得知現(xiàn)今建筑空調(diào)系統(tǒng)能耗占據(jù)建筑總能耗相當(dāng)高的比重。因此，尋求解決采暖空調(diào)能耗過(guò)高問(wèn)題的方法得到了暖通相關(guān)專(zhuān)業(yè)人員的大量關(guān)注。暖通相關(guān)專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員從本專(zhuān)業(yè)的特點(diǎn)出發(fā)，對(duì)采暖空調(diào)在建筑中的能耗進(jìn)行了大量的研究工作，研究表明，采暖空調(diào)系統(tǒng)主要分為三部分：空調(diào)冷熱源機(jī)組的能耗、機(jī)組配套輔助設(shè)備的能耗和空調(diào)末端設(shè)備的能耗。其中，冷熱源能耗占采暖空調(diào)總能耗的一半左右，且這一比重還在不斷增加[4]�？照{(diào)冷熱源方案的選擇，直接影響到整個(gè)空調(diào)方案的能耗。因此，如何有效的減少采暖空調(diào)系統(tǒng)的能耗，或者說(shuō)如何減少采暖空調(diào)冷熱源的能耗成為一個(gè)非常重要的課題。
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1.2國(guó)外研究現(xiàn)狀
國(guó)外學(xué)者對(duì)空調(diào)冷熱源的研究起步較早，已經(jīng)取得諸多顯著成效。各種建筑冷熱源系統(tǒng)相繼開(kāi)始投入應(yīng)用，歐美地區(qū)對(duì)海水源熱泵進(jìn)行了深入的研究，目前在奧地利、瑞典、丹麥等國(guó)已經(jīng)將海水源熱泵系統(tǒng)成熟的運(yùn)用在區(qū)域集中供冷供熱上，并取得了良好的使用效果。美國(guó)本著節(jié)能環(huán)保的目的在國(guó)內(nèi)大力推廣地源熱泵系統(tǒng)，并頒布了相關(guān)的法規(guī)細(xì)則，使得美國(guó)地源熱泵系統(tǒng)占據(jù)整個(gè)空調(diào)系統(tǒng)很大的比例，節(jié)能效果顯著。世界各國(guó)投入大量物力人力在計(jì)算機(jī)模擬軟件開(kāi)發(fā)上，開(kāi)發(fā)出眾多能耗模擬軟件，通過(guò)建立建筑模型及空調(diào)系統(tǒng)模型進(jìn)行能耗模擬，開(kāi)發(fā)出的有代表性的軟件為:DOE-2、V-DOE、EnergyPlus、TRNSYS、BLAST、HASP、ENERGY2等。此類(lèi)軟件可以完成目標(biāo)建筑空調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)能耗模擬分析，但由于模擬軟件自身計(jì)算過(guò)程繁瑣操作復(fù)雜，因此該方法難以被應(yīng)用[10]。
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第 2 章 各種能耗模擬軟件的介紹

2.1 各類(lèi)能耗軟件的發(fā)展歷程
建筑冷熱源能耗占據(jù)了空調(diào)系統(tǒng)能耗相當(dāng)大的比例，為了進(jìn)行建筑冷熱源能耗的分析研究，首先要對(duì)目標(biāo)建筑進(jìn)行全年逐時(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)荷的計(jì)算，通過(guò)不同的冷熱負(fù)荷特點(diǎn)選擇出不同的冷熱源組合方式。全年動(dòng)態(tài)負(fù)荷的計(jì)算需要依靠計(jì)算機(jī)軟件的模擬來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，世界各國(guó)相繼對(duì)建筑能耗模擬軟件進(jìn)行研發(fā)，并取得了顯著成果。BLAST 和 DOE-2 是最先發(fā)開(kāi)的建筑能耗模擬軟件，歐美各國(guó)又相繼開(kāi)發(fā)了 ESP-r、TRNSYS、HVACSCIM+等軟件。亞洲各國(guó)同樣進(jìn)行了建筑能耗模擬軟件的開(kāi)發(fā)，比較有代表性的軟件為：日本的 HASP 和中國(guó)清華大學(xué)的 De ST。
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2.2 各類(lèi)能耗軟件的介紹
下面進(jìn)行各種軟件的介紹[11~19]：DOE-2 特點(diǎn)：適用于住宅建筑和商業(yè)建筑，對(duì)目標(biāo)建筑進(jìn)行逐時(shí)能耗分析。計(jì)算能力強(qiáng)大，可模擬分析較為復(fù)雜的建筑，輸出結(jié)果種類(lèi)較多。操作軟件需要在 DOS 程序下進(jìn)行，對(duì)專(zhuān)業(yè)知識(shí)的要求程度較高，需要進(jìn)行專(zhuān)門(mén)培訓(xùn)。BLAST 特點(diǎn)：適用于工業(yè)設(shè)施供熱，供冷負(fù)荷的分析計(jì)算，建筑中電力設(shè)備和空氣處理系統(tǒng)的能耗模擬，建筑熱舒適度的分析及輻射換熱及變傳熱系數(shù)狀況下的能耗分析。Energy Plus 特點(diǎn)：適用于建筑物熱性能、太陽(yáng)能適用方案研究及多區(qū)域氣流的相關(guān)分析。通過(guò)輸入建筑的高度朝向、建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)相關(guān)信息、各類(lèi)熱繞等進(jìn)行模擬，可以對(duì)所需的若干結(jié)果進(jìn)行輸出。TRNSYS 特點(diǎn)：適用于空調(diào)相關(guān)系統(tǒng)的控制研究，太陽(yáng)能相關(guān)研究。采用模塊搭接的形式連接系統(tǒng)，可以按照使用需求自定義編輯模塊�？蓪�(duì)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行分時(shí)段的模擬，通過(guò) Sim CAD 對(duì)建筑物進(jìn)行詳細(xì)描述。SPARK 特點(diǎn)：適用于房間功能多樣、建筑空間關(guān)系復(fù)雜的公共建筑的能耗模擬。對(duì)計(jì)算機(jī)操作技巧要求較高，需要進(jìn)行較復(fù)雜的建筑模型的建立，復(fù)雜的空調(diào)系統(tǒng)模型的建立。ESP-r 特點(diǎn)：適用于建筑能耗特性和相關(guān)環(huán)境特性的深入研究。軟件可以通過(guò) CAD 軟件將建筑信息進(jìn)行導(dǎo)入，對(duì)建筑布局和空調(diào)的詳細(xì)信息進(jìn)行描述�？梢园焉鲜龈髂芎哪M軟件歸納為以下兩大類(lèi)：（1）空調(diào)系統(tǒng)仿真軟件。在進(jìn)行空調(diào)系統(tǒng)中各設(shè)備部件的仿真模擬時(shí)，通常采用 TRNSYS，SPARK 和 HVACSIM+等軟件，此類(lèi)軟件相對(duì)比較靈活，可以通過(guò)各種可編輯的模塊搭接組成系統(tǒng)。軟件是通過(guò)復(fù)雜的系統(tǒng)模型和簡(jiǎn)單的建筑模型組成的，操作者可以靈活地通過(guò)模塊連接成系統(tǒng)并對(duì)其進(jìn)行相關(guān)的控制，常用于系統(tǒng)的高頻動(dòng)態(tài)特性系統(tǒng)的模擬與分析。（2）建筑能耗模擬。在進(jìn)行立足于建筑本身的能耗模擬時(shí)，通常用DOE-2、Energy Plus 和 ESP-r 等軟件。此類(lèi)軟件適合模擬目標(biāo)建筑及其系統(tǒng)的長(zhǎng)周期的動(dòng)態(tài)熱特性，軟件是通過(guò)簡(jiǎn)單的控制系統(tǒng)模型和相對(duì)完善的房間模型進(jìn)行控制模擬的，常用于建筑模擬與分析。
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第3章建筑的空調(diào)冷熱負(fù)荷分析.........13
3.1長(zhǎng)春市氣候特點(diǎn).......13
3.2建筑概況.....14
3.3全年動(dòng)態(tài)空調(diào)負(fù)荷的計(jì)算....15
3.3.1模型的建立.......16
3.3.2圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)的設(shè)定....17
3.3.3空調(diào)參數(shù)的設(shè)定......18
3.4模擬計(jì)算結(jié)果及分析......22
3.5本章小結(jié).....28
第4章冷熱源方案的選擇及能耗計(jì)算........29
4.1建筑用空調(diào)冷熱源簡(jiǎn)介........29
4.1.1空調(diào)熱源設(shè)備..........29
4.1.2空調(diào)冷源設(shè)備..........30
4.1.3兼做冷熱源設(shè)備......31
4.2空調(diào)冷熱源方案選擇......32
4.2.1空調(diào)冷熱源方案選擇原則..........32
4.2.2空調(diào)冷熱源方案的確定.......34
4.3建筑冷熱源能耗計(jì)算......42
4.4本章小結(jié).....60
第5章冷熱源方案的經(jīng)濟(jì)性比較.........61
5.1冷熱源方案經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法.......61
5.2冷熱源方案經(jīng)濟(jì)性分析........63
5.3本章小結(jié).....76

第 5 章 冷熱源方案的經(jīng)濟(jì)性比較

5.1 冷熱源方案經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)方法

經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)是進(jìn)行投資項(xiàng)目或方案評(píng)價(jià)的核心過(guò)程，采用不同方案的經(jīng)濟(jì)性是不一樣的，可以用一個(gè)項(xiàng)目產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效果作為這個(gè)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)指標(biāo)。采用最適宜所評(píng)價(jià)項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方法來(lái)評(píng)價(jià)出經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)的方案。經(jīng)濟(jì)評(píng)價(jià)方案按照考慮時(shí)間價(jià)值與否可以分成兩大類(lèi)：靜態(tài)分析法及動(dòng)態(tài)分析法。靜態(tài)分析法在對(duì)資金時(shí)間價(jià)值不進(jìn)行考慮的前提下，對(duì)建設(shè)項(xiàng)目在分析期內(nèi)的收支進(jìn)行分析計(jì)算的一種傳統(tǒng)方法。靜態(tài)分析法的優(yōu)點(diǎn)是計(jì)算簡(jiǎn)便，工作量少。但分析比較粗略，計(jì)算結(jié)果與實(shí)際存在一定誤差，適用于投資金額相對(duì)較小、分析期較短的中小型項(xiàng)目。經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)中常用的靜態(tài)分析法為：投資回收期限法和投資收益率法[48]。靜態(tài)分析法計(jì)算簡(jiǎn)單，但它沒(méi)有考慮資金時(shí)間價(jià)值因素，以及其它可變因素，如銀行利息率、價(jià)格變化、通貨膨脹率等。對(duì)于分析期較長(zhǎng)、投資金額較大的項(xiàng)目就會(huì)使經(jīng)濟(jì)分析所得的結(jié)果產(chǎn)生一定誤差，不能正確的反映方案的真實(shí)效益，因此，本項(xiàng)目采用動(dòng)態(tài)分析法。

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結(jié)論

本文在研究嚴(yán)寒地區(qū)公共建筑的發(fā)展、能源使用特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，以長(zhǎng)春市一大型商業(yè)辦公綜合體為研究對(duì)象，運(yùn)用 De ST 軟件進(jìn)行建模，通過(guò)輸入各熱特性參數(shù)進(jìn)行全年逐時(shí)動(dòng)態(tài)負(fù)荷計(jì)算，結(jié)合目標(biāo)建筑的特點(diǎn)提出五種有代表性的空調(diào)冷熱源組合方案，對(duì)五種空調(diào)冷熱源方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)技術(shù)評(píng)價(jià)，可以得出以下結(jié)論：
（1）從初投資方面來(lái)看，方案二＞方案四＞方案三＞方案一＞方案五。得益于直燃機(jī)可以冬夏兩用，減少了設(shè)備的數(shù)量，方案五的初投資最低；采用冷水機(jī)組+城市熱網(wǎng)的方案二和方案四初投資較高，這是因?yàn)槌鞘袩峋W(wǎng)中的熱力增容費(fèi)較高，導(dǎo)致總的初投資高于其他方案。
（2）從年運(yùn)行費(fèi)用方面來(lái)看，方案五＞方案二＞方案四＞方案一＞方案三。方案三和方案一年運(yùn)行費(fèi)用最低，得益于高性能的電動(dòng)式冷水機(jī)組及長(zhǎng)春市較低的商業(yè)電價(jià)。方案二和方案四的年運(yùn)行費(fèi)用大于方案三和方案一，這是因?yàn)榧泄岜扔萌細(xì)鉄崴仩t供熱略貴一些；方案五的年運(yùn)行費(fèi)用最高，主要是因?yàn)樘烊粴鈨r(jià)格較高及直燃機(jī)能效比較低。
（3）從凈年值來(lái)看，方案五＞方案二＞方案四＞方案一＞方案三。方案三凈年值最低，方案二次之，可以看出電動(dòng)冷水機(jī)組+燃?xì)忮仩t方案較其他方案更經(jīng)濟(jì)；電動(dòng)冷水機(jī)組+城市熱網(wǎng)方案凈年值略高，可以得出城市熱網(wǎng)供熱要比燃?xì)忮仩t供熱花費(fèi)更多，這是因?yàn)槌鞘袩峋W(wǎng)供熱初投資有較高的熱力增容費(fèi)，且每年供熱資費(fèi)也較燃?xì)忮仩t供熱要高，，可見(jiàn)降低熱力整容費(fèi)，降低一、二次網(wǎng)熱損失，提高制熱效率，從而降低供熱資費(fèi)，對(duì)提高城市熱網(wǎng)供熱方案經(jīng)濟(jì)性有很大的促進(jìn)作用；方案五的凈年值最高，經(jīng)濟(jì)性較其他四中方案差。通過(guò)上述分析可知，從凈年值的角度分析，方案三為最優(yōu)方案。
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參考文獻(xiàn)(略)

本文編號(hào)：119151