单户住宅各种空调方案的能耗

单户住宅各种空调方案的能耗分析摘要：选择烟台地区一典型单户住宅，对其进行了动态负荷计算。提出了八种空调方案，计算并分析比较了各方案的能耗，为单户住宅的空调方案选择提供了参考。关键字：单户住宅空调方案能耗随着经济的发展，单户住宅（包括别墅式住宅）得到迅速的发展。特别在沿海发达地区的小城镇，这类建筑更是随处可见。随着人民生活水平的提高，对居住条件的要求也愈来愈高。在我国纬度30°～40°地区的气候，要求稍高的住宅不仅夏季有空调供冷，冬季也需有采暖。如何采用合理的全年空调方案以降低能耗，也成为人们关注的一个问题。本文对几种可行的单户住宅空调方案进行了全年的能耗分析比较。1典型住宅和冷热负荷选择烟台地区典型单户住宅作为研究对象，建筑共两层，建筑面积330m2。房间包括客厅、卧室、餐厅、厨房、书房、卫生间，其中楼梯间、走廊、卫生间和厨房不考虑空气调节。利用清华大学环境控制系统模拟分析工具包（DeSTⅡ），计算出该建筑逐时负荷，最大热负荷为15.92kW，最大冷负荷为13.23kW。2空调方案确定与能耗计算方法根据单户住宅空调负荷部分负荷率高的特点，在考虑了对太阳能及地下水资源的利用后，提出近期几种可行的空调方案，分析其全年能耗。2.1方案1－太阳能地板采暖+房间空调器系统夏季用房间空调器供冷，冬季用太阳能供暖（地板采暖系统）。当有太阳辐射热时，集热器工作,向建筑供热,多余热量蓄存于蓄热水箱中,不足热量由辅助热源补充。当没有太阳辐射时，用蓄热水箱供暖，不足热量由辅助热源补充。经计算，该建筑需真空管式太阳能集热器面积共85m2，蓄热水箱取每m2集热器面积50升[1]，则容积为4.2m3。辅助热源为161GO小型壁挂式燃气炉，供热量是18.6kW，热效率85%。夏季时采用房间空调器进行供冷，每个房间装设一台海尔空调机，型号选择从KFR-25G到KFR-58G，性能系数COP平均为2.6。冬季太阳能集热器的集热量与集热器进口水温有关，而用户对供水温度也有要求，故蓄热水箱考虑分层蓄水、取水。该系统耗能设备有燃气炉、水泵和房间空调器。燃气炉耗能量根据补充不足热量计算，水泵能耗为消耗功率与运行时间的乘积，房间空调器的每运行时刻的能耗为该时刻消耗功率与运行时间的乘积，累加即得供冷季总能耗。2.2方案2－燃气锅炉+房间空调器系统夏季用房间空调器供冷，冬季采用燃气锅炉供应85℃热水，末端采用散热器采暖。选用与方案1相同的小型壁挂式燃气炉；夏季仍然采用海尔空调机。耗能设备为燃气锅炉、水泵和房间空调器。在整个采暖季热负荷已知的条件下，根据燃气锅炉的热效率，即可得到能耗；水泵和房间空调器能耗计算方法同上。2.3方案3－电热水锅炉+蓄热器+房间空调器夏季采用房间空调器供冷，冬季采用电热水锅炉+蓄热器系统供暖。该系统可利用夜间低谷电，本文采用三种运行模式：同时蓄热与供热、释热、锅炉单独供热。锅炉只在“谷时段”和“平时段”运行，即在这两时段进行蓄热、供热运行。选择CWDR0.03-95/70型电热水锅炉，电功率30kW，热效率98%；蓄热器容积为6.3m3。夏季仍然采用海尔空调机。该系统耗能设备有电热水锅炉、水泵和房间空调器。电热水锅炉能耗根据采暖负荷即可确定，为计算能耗费用采用了分时段计算能耗。水泵和房间空调器的能耗计算方法同前。2.4方案4－热泵型变制冷剂流量系统（VRV系统）夏季按风冷式空调器运行，冬季按空气-空气热泵运行。根据夏季制冷工况进行设备选择，室内机根据各房间最大冷负荷选择，型号为FXYC20KVE和FXYC25KVE；室外机根据室内机的容量系数确定为大金的RSXY5K，名义制冷量为14kW，制热量为16kW。全负荷时COP冬季为3.04（室外7℃），夏季为2.3（室外35℃）。理能耗设备为室搭外机和室内机妇。机组具有良耳好的部分负荷须性能，由样本堂可回归得到冬倦、夏不同部分竟负荷率和不同法室外温度下旱的垒CO骡P盲值，室外机耗馅电量由每时刻紫冷热负荷除该叔时刻和该负荷捎率下境的气CO宫P拉并累积得到；助并考虑了除霜吨损失。室内机亭能耗按运行时屯间进行累积。愤2.5阀真方哗案来5身－风冷式热泵个型冷热水机组接为冷热源的系孔统屠夏季按风冷式混冷水机组运行趟，供债应支7因～介1椒2价℃浸冷冻水，冬季打按空气源热泵墓运行，供撤应稀4捐0帽～严5筹0矛℃搞热水。该系统铲热泵机组选用荡约克小型冷热茄水机组，型航号伶YCAC-H削-PACK1抵5狡，名义制冷量退为饿13.9k妈W钻，制热量叠为差16.5k巨W池，机组自带循项环水泵，并带鹅有一个绞5进0运升雹的水箱；冬季苗辅助热源选用烧了友DR-塘3役电加热器，功泰率哗3k规W障；末端采用风醉机盘管，型号河从脖0揭2厦到敲0贫6孟。机组停开控栗制，冬、夏昌停告/酒开温度分别种为陈55/4甩0犁℃拒、侨4/1为2式℃而。拢该系统的耗能内设备有热泵机轻组、辅助热源救、水泵和风机翅盘管。热泵机堵组能耗与室外瓶温度和水侧的指温度有关，为多此首先根据样殃本回归得到了越冬、夏机组的盼特性（制热量祖、制冷量、耗宫功率），然后月考虑了系统蓄恐热（系统总水坟容量秘170kg脊）条件，模拟晋计算了每个时继刻系统的水温白，并根据机组果特性计算该时传刻的能耗，最罪后累计得到机责组的总能耗，沫并考虑了除霜顿损失。水泵能晶耗计算同前，呈辅助热源根据薯各时刻的不足提热量即可累计角得到电功率。惯风机盘管能耗蛛为平均耗功量惩与运行时间的呀乘积。事2.6宾伴方肉案载6恩－太阳能热源中水踩-百水热泵系统倾该系统的太阳笨能收集系统同六方痰案井1坐。具水刺-告水热泵机组在蕉冬季按热泵运猜行，它从太阳楚能收集系统的租蓄热水箱中取干热，制出的热质水供到房间中霞的末端设备（园风机盘管），简向房间供热，刑不足热量由辅距助热源补充。波在夏季，热泵黑按制冷运行（闲由四通阀换向使），冷凝器放熄出的热量通过主冷却塔排到室透外。太阳能集熔热系统只用于奉用户的热水供喉应。热泵机组追按停开控制，处冬夏瓦停迁/貌开温度分别队为彻49/4践0任℃柿、佳4/1氧2句℃幼。为避免机组散频繁启动，在毕系统回水管路守中，连接一个约容积为锣0.4m惑3孟的水箱，以增酒大系统的容水及量，本系统太哭阳能集热面积舱为袄58m斯2担，蓄热水箱容萝积为闭3m脖3彩。樱水肯-扑水热泵机组很为亏WP036-喘07巡0估冷热水机组，搜风机盘管选择谊同方洲案臣5纱。辅助热源为贝小型壁挂式燃斩气炉，型号同认方萝案拿1闲。劣该系统耗能设箭备为热泵机组召、风机盘管、垃辅助热源和水涌泵。养水波-驼水热泵机组的饶冬季能耗与低臭位热源（太阳竟能）的温度及寿热水温度有关死，而夏季能耗翠与室外湿球温污度及冷冻水温栽度有关。为此坦，根据样本回仍归了热泵制热旦量与耗功率随顷两侧水桂温变化的特性融，夏季制冷量说、耗功率随室姥外湿球温度和委冷冻水温度的朵特性。与方客案僚5掉一样需确定任这一时刻系统冷院冻水或热水的系温度，太阳能或集热系统中的读蓄热水箱较小阶，难于分层计灾算，近似的模滋拟出水箱中两炉层（上层热、级下层冷）的水禾温。从而根据夏机组两侧温度撕的变化再计算眨任一时刻的能徒耗并累加。其吗他设备的能耗摔与上述方案中载相同设备一样览进行计算。废2.7僚菜方切案搅7卧－地下水热源液水貌-萌水热泵系统朽在该地区，地般下水温度约在猛1熊3毫℃殊左右，这种温锈度的水在湿负叉荷不大的住宅叙中可直接用作顷冷源。经计算亦，风机盘管在祸1肢3刻℃临水温下处理过确程的热湿比约旱为租23000k减J/k恼g柿，可满足一般能房间热湿比的鲁要求。由于水览温稍高，所选屑用的风机盘管矩型号要大一些乔。本方案在夏俩季由深井泵将辞地下水直接送嫁到风机盘管中壮应用，回水回棍灌到另一口井上中；冬季从夏泻季的回灌井中驰由深井泵取水量，作仰水傻-携水热泵的低位隙热源，使用后来的水回灌到夏段季的取水井中弯。这样夏季可杀获得较低温度可的水，而冬季广获得较高温度祖的水。本方案至有两口井，井读深粗2弓0竿米洋，取水量为祝4.2m匙3茅/询h痰；普水根-挎水热泵机组选今择同方弯案马6将。热泵机组冬员季运行时制热趋量及耗功率只豪与热水侧温度举有关，机组也百是停开控制（首停开温度秀为让49/4坐0叼℃份）。用方亿案县6帖相类似的方案信计算冬季功率卡；深井泵、风致机盘管能耗计穿算方法同前。哨2.8枣订方霞案杀8蒜－直燃式溴化讯锂吸收式冷热押水机寄组觉+证风机盘管系统味采暖季和供冷识季由直燃式溴看化锂吸收式冷蚁热水机组给风讨机盘管提供热缴水和冷水。本袖方案选用远才大恐BCT1怖6茂的小型直燃式怪溴化锂吸收式局冷热水机组，敲名义制冷量和厌制热量均灾为糖16k蠢W似，额定耗气量诱冬季为奸1.8m粗3猫/隐h绞夏季为萌1.5m概3卷/羡h贿，额定耗电量别冬季元为锈0.4k拌W佩，夏季料为吴1.0k孕W辅。该机组自带水冷热水的循环富水泵和小型冷奔却塔。夸系统的耗能设雀备是冷热水机睡组和风机盘管灾。冷热水机组吓具有良好的部想分负荷性能，积其任一时刻的词耗电量和耗气届量与部分负荷蚁率的关系由样鹰本得到，按任跃一时刻的负荷怎即可计算出能团耗，累加即可没得到全年能耗肠。风机盘管耗顶电量计算方法层同前。扎3指饺能耗结果及分横析薄各个方案均使袜用清纠华甚DeS耻T鲜Ⅱ迎软件计算出逐摧时刻的负荷，椅再根据上节所觉述的能耗计算码方法，计算各沫时刻的能耗（辽电功率消耗、版燃气耗量），墓再进行累加即笨得到各方案冬喂季、夏季以及止全年的能耗。覆由于各系统所腊消耗的能源种滴类不同，这里孤把它们都转化帽成一次能源和渴标准煤的消耗崇量，来进行比数较分析。为了却更直观起见，溪以较普通的方肤案驼2含作基准计算各央方案的相对值株。能耗计算结锤果见商表装1友，由富表菠1饱可见：勺（样1猎）冬季，方害案煮1俯的太阳能地板土辐射采暖能耗总最小，仅是燃尾气炉采暖（方紧案符2码）铁的票48.5帽%泳，它的能耗主酸要是辅助热源总消耗的。方厉案炎3械的电热水锅炉饱采暖系统，由片于消耗高品位怜能源（电能）夺而成为能耗最妖大的方案。方秩案辰8臭的直燃式溴化丈锂吸收式冷热海水机组的系统貌，冬季运行相装当于燃气炉，南故它的能耗与死方第案你2拢接近；由于空诉调末端设备用航了风机盘管，星而方酒案猜2剪用散热器，因齐此方揭案岭8潮的能耗略大于青方气案宽2券。方羽案盆4丘～吃7忌都是热泵型机鞭组的空调系统邀，各方案能耗扒相差无几，其旷中方界案齐4历、枕5粮的空气源热泵奶稍大一些。衬表流1惜岛各方案能耗统捷计衰监方案序号鞭夏季能耗别冬季能耗撇全年能耗钥标准熄煤烘(阳kg)兰相对值绸标准驴煤骡(谎kg)滴相对值慢标准前煤滋(询kg)肿相对值话1摆1361引1.000皮1367躬0.485患2728诵0.653海2亡1361冬1.000倦2817跌1.000倒4178杂1.000协3叮1361尾1.000浓8386晨2.977猜9747残2.333崖4敏983易0.722杀3341帐1.186近4324迷1.035薪5变1546仰1.136告3326笨1.181窜4872申1.166搬6恨1467蛾1.078胳2965好1.053烟4432瓣1.061蝇7胁632响0.464踪3005拦1.067毕3637狼0.871摊8刑1211灵0.890鲁2912抚1.034裳4123累0.987也（地2门）夏季，方纺案桥7屑的地下水直供及冷方案最节能涉，它仅为方龄案姥2支（常规的房间懒空调器）能耗锤的谅46.4玩%叹，当然随着井章深的增加能耗养会增加。方龟案策4椒（短VR折V测系统）由于有僚良好的部分负忌荷特性，因此差也明显优于方粒案伍2佣。方搂案词8册的小型直燃式字机组的空调方蒙案也比方夸案糠2谜要节能。方斩案滤5瞒和方呀案甲6传分别是风冷和差水冷的冷水机岸组供冷方案，谣对于用于大型势建筑中的大型樱机组，它们具营有较高的性能幻系数，通常是防优于采用分散雁式的房间空调起器。但在单户弱住宅中使用的遣小型机组，其作性能系数小，工如方扑案遮5起的风冷机组在膛额定工况下的煌制冷性能系数橡为崖2.8屋8矿，而且还不包悉括冷冻水泵的翻功耗；小型水皂泵目前国内无辜低扬程的泵可跑选，只能选扬船程比要求巴大采1药～掠3贵倍的泵，且它染们的效率很低警，一般求仅乎30眼%订～坏40哈%絮，且只要有负城荷就必须运行暮、耗填能；此外小型刻机只能用停开博来调节，部分娃负荷特性也不术优良，因此它嘱们的运行能耗析比额定工况下辅制冷性能系数搭为恋2.引6果的房间空调器旧还大。负（就3陆）就全年能耗出而言，利用可灾再生能源的方绪案斤1睛和方守案监7秘优于其他方案贝，尤其是方误案画1雹，它的能耗仅汁为方险案旗2犯的棒65.3画%迟。而使用电锅辈炉系统仍是所他有方案中能耗疯最高的。以燃透气为主要能源偶的方案（方填案猪8食和忽1均）在单户住宅免中应用也是能对耗较少的方案纱。其他几个使军用热泵的方案释（方滩案叉4猾、脆5至、厚6角）全年能耗相赛差不多，均稍鞭高于方奏案室2喝，其原因是这抚类热泵机组、染水泵等设备都喉是小型设备，限能量效率都不怎高，大部分机哄组没有能量调哈节措施。崇（借4哨）利用可再生鞠能源（太阳能硬和地下水）的纪方案应该说是很值得推广的方格案，尤其在太维阳能或地下水进资源丰富的地瓦方，更值得提异倡。但是太阳古能的设备费很厅高，目前在推孕广中存在一定趁困难。方艳案领6迹的太阳能热源颗水臭-养水热泵方案，美既采用了较贵腹的太阳能设备络，系统也比较缴复杂，能耗方芒面也没有优势膝，因此不宜推雄广。方油案者3镇使用电锅炉的毯系统，从能耗墓来说肯定是最拔不合理的方案最，因此只能用贼于当地电网峰豆谷差很大需要赶削峰填谷，且额有充足电力的拥地区。方偶案叔