第1章緒論

1.1課題的提出
能源是一個國家的經(jīng)濟命脈，隨著經(jīng)濟的高速發(fā)展全球能源局勢發(fā)展越來越嚴峻。如何合理的應用有限的能源，減少環(huán)境污染，提高能源利用效率成為亟待解決的問題。能源問題是全世界各國關注的焦點，我國已然成為一個能源消耗大國，其中建筑能耗占據(jù)的很大比重，建筑能耗的過度消耗及產生的環(huán)境問題日益凸顯，使得我國在建筑節(jié)能上倍加關注[1]。近20年來，我國建筑業(yè)進入了高速發(fā)展的階段，2000年至今，年建筑面積翻了一倍多，年平均增長了13.3億m2，增速為11.3%，遠快于上個世紀90年代的增速，其中在“十一五”期間，我國的建筑面積累計增長了85億m2，至2010年底總建筑面積高達453億m2[2]，目前已經(jīng)成為世界上最大的建筑市場。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。經(jīng)過國內外學者的研究表明，在眾多節(jié)能方式中建筑節(jié)能是緩解當前全球能源緊張最有效的節(jié)能方式，通過合理的建筑節(jié)能方式解決經(jīng)濟高速發(fā)展與能源供應緊缺之間的矛盾[3]。建筑能耗是指建筑物從建造開始到建筑物正常運行階段所消耗的能量總和，包括：空調能耗、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)今建筑空調系統(tǒng)能耗占據(jù)建筑總能耗相當高的比重。因此，尋求解決采暖空調能耗過高問題的方法得到了暖通相關專業(yè)人員的大量關注。暖通相關專業(yè)的技術人員從本專業(yè)的特點出發(fā)，對采暖空調在建筑中的能耗進行了大量的研究工作，研究表明，采暖空調系統(tǒng)主要分為三部分：空調冷熱源機組的能耗、機組配套輔助設備的能耗和空調末端設備的能耗。其中，冷熱源能耗占采暖空調總能耗的一半左右，且這一比重還在不斷增加[4]�？照{冷熱源方案的選擇，直接影響到整個空調方案的能耗。因此，如何有效的減少采暖空調系統(tǒng)的能耗，或者說如何減少采暖空調冷熱源的能耗成為一個非常重要的課題。
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1.2國外研究現(xiàn)狀
國外學者對空調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)相繼開始投入應用，歐美地區(qū)對海水源熱泵進行了深入的研究，目前在奧地利、瑞典、丹麥等國已經(jīng)將海水源熱泵系統(tǒng)成熟的運用在區(qū)域集中供冷供熱上，并取得了良好的使用效果。美國本著節(jié)能環(huán)保的目的在國內大力推廣地源熱泵系統(tǒng)，并頒布了相關的法規(guī)細則，使得美國地源熱泵系統(tǒng)占據(jù)整個空調系統(tǒng)很大的比例，節(jié)能效果顯著。世界各國投入大量物力人力在計算機模擬軟件開發(fā)上，開發(fā)出眾多能耗模擬軟件，通過建立建筑模型及空調系統(tǒng)模型進行能耗模擬，開發(fā)出的有代表性的軟件為:DOE-2、V-DOE、EnergyPlus、TRNSYS、BLAST、HASP、ENERGY2等。此類軟件可以完成目標建筑空調系統(tǒng)的動態(tài)能耗模擬分析，但由于模擬軟件自身計算過程繁瑣操作復雜，因此該方法難以被應用[10]。
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第 2 章 各種能耗模擬軟件的介紹

2.1 各類能耗軟件的發(fā)展歷程
建筑冷熱源能耗占據(jù)了空調系統(tǒng)能耗相當大的比例，為了進行建筑冷熱源能耗的分析研究，首先要對目標建筑進行全年逐時動態(tài)負荷的計算，通過不同的冷熱負荷特點選擇出不同的冷熱源組合方式。全年動態(tài)負荷的計算需要依靠計算機軟件的模擬來實現(xiàn)。因此，世界各國相繼對建筑能耗模擬軟件進行研發(fā)，并取得了顯著成果。BLAST 和 DOE-2 是最先發(fā)開的建筑能耗模擬軟件，歐美各國又相繼開發(fā)了 ESP-r、TRNSYS、HVACSCIM+等軟件。亞洲各國同樣進行了建筑能耗模擬軟件的開發(fā)，比較有代表性的軟件為：日本的 HASP 和中國清華大學的 De ST。
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2.2 各類能耗軟件的介紹
下面進行各種軟件的介紹[11~19]：DOE-2 特點：適用于住宅建筑和商業(yè)建筑，對目標建筑進行逐時能耗分析。計算能力強大，可模擬分析較為復雜的建筑，輸出結果種類較多。操作軟件需要在 DOS 程序下進行，對專業(yè)知識的要求程度較高，需要進行專門培訓。BLAST 特點：適用于工業(yè)設施供熱，供冷負荷的分析計算，建筑中電力設備和空氣處理系統(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：適用于建筑物熱性能、太陽能適用方案研究及多區(qū)域氣流的相關分析。通過輸入建筑的高度朝向、建筑圍護結構相關信息、各類熱繞等進行模擬，可以對所需的若干結果進行輸出。TRNSYS 特點：適用于空調相關系統(tǒng)的控制研究，太陽能相關研究。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照{系統(tǒng)進行分時段的模擬，通過 Sim CAD 對建筑物進行詳細描述。SPARK 特點：適用于房間功能多樣、建筑空間關系復雜的公共建筑的能耗模擬。對計算機操作技巧要求較高，需要進行較復雜的建筑模型的建立，復雜的空調系統(tǒng)模型的建立。ESP-r 特點：適用于建筑能耗特性和相關環(huán)境特性的深入研究。軟件可以通過 CAD 軟件將建筑信息進行導入，對建筑布局和空調的詳細信息進行描述�？梢园焉鲜龈髂芎哪M軟件歸納為以下兩大類：（1）空調系統(tǒng)仿真軟件。在進行空調系統(tǒng)中各設備部件的仿真模擬時，通常采用 TRNSYS，SPARK 和 HVACSIM+等軟件，此類軟件相對比較靈活，可以通過各種可編輯的模塊搭接組成系統(tǒng)。軟件是通過復雜的系統(tǒng)模型和簡單的建筑模型組成的，操作者可以靈活地通過模塊連接成系統(tǒng)并對其進行相關的控制，常用于系統(tǒng)的高頻動態(tài)特性系統(tǒng)的模擬與分析。（2）建筑能耗模擬。在進行立足于建筑本身的能耗模擬時，通常用DOE-2、Energy Plus 和 ESP-r 等軟件。此類軟件適合模擬目標建筑及其系統(tǒng)的長周期的動態(tài)熱特性，軟件是通過簡單的控制系統(tǒng)模型和相對完善的房間模型進行控制模擬的，常用于建筑模擬與分析。
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第3章建筑的空調冷熱負荷分析.........13
3.1長春市氣候特點.......13
3.2建筑概況.....14
3.3全年動態(tài)空調負荷的計算....15
3.3.1模型的建立.......16
3.3.2圍護結構參數(shù)的設定....17
3.3.3空調參數(shù)的設定......18
3.4模擬計算結果及分析......22
3.5本章小結.....28
第4章冷熱源方案的選擇及能耗計算........29
4.1建筑用空調冷熱源簡介........29
4.1.1空調熱源設備..........29
4.1.2空調冷源設備..........30
4.1.3兼做冷熱源設備......31
4.2空調冷熱源方案選擇......32
4.2.1空調冷熱源方案選擇原則..........32
4.2.2空調冷熱源方案的確定.......34
4.3建筑冷熱源能耗計算......42
4.4本章小結.....60
第5章冷熱源方案的經(jīng)濟性比較.........61
5.1冷熱源方案經(jīng)濟性評價方法.......61
5.2冷熱源方案經(jīng)濟性分析........63
5.3本章小結.....76

第 5 章 冷熱源方案的經(jīng)濟性比較

5.1 冷熱源方案經(jīng)濟性評價方法

經(jīng)濟性評價是進行投資項目或方案評價的核心過程，采用不同方案的經(jīng)濟性是不一樣的，可以用一個項目產生的經(jīng)濟效果作為這個項目的經(jīng)濟評價指標。采用最適宜所評價項目的經(jīng)濟評價方法來評價出經(jīng)濟性最優(yōu)的方案。經(jīng)濟評價方案按照考慮時間價值與否可以分成兩大類：靜態(tài)分析法及動態(tài)分析法。靜態(tài)分析法在對資金時間價值不進行考慮的前提下，對建設項目在分析期內的收支進行分析計算的一種傳統(tǒng)方法。靜態(tài)分析法的優(yōu)點是計算簡便，工作量少。但分析比較粗略，計算結果與實際存在一定誤差，適用于投資金額相對較小、分析期較短的中小型項目。經(jīng)濟性評價中常用的靜態(tài)分析法為：投資回收期限法和投資收益率法[48]。靜態(tài)分析法計算簡單，但它沒有考慮資金時間價值因素，以及其它可變因素，如銀行利息率、價格變化、通貨膨脹率等。對于分析期較長、投資金額較大的項目就會使經(jīng)濟分析所得的結果產生一定誤差，不能正確的反映方案的真實效益，因此，本項目采用動態(tài)分析法。

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結論

本文在研究嚴寒地區(qū)公共建筑的發(fā)展、能源使用特點的基礎上，以長春市一大型商業(yè)辦公綜合體為研究對象，運用 De ST 軟件進行建模，通過輸入各熱特性參數(shù)進行全年逐時動態(tài)負荷計算，結合目標建筑的特點提出五種有代表性的空調冷熱源組合方案，對五種空調冷熱源方案進行經(jīng)濟技術評價，可以得出以下結論：
（1）從初投資方面來看，方案二＞方案四＞方案三＞方案一＞方案五。得益于直燃機可以冬夏兩用，減少了設備的數(shù)量，方案五的初投資最低；采用冷水機組+城市熱網(wǎng)的方案二和方案四初投資較高，這是因為城市熱網(wǎng)中的熱力增容費較高，導致總的初投資高于其他方案。
（2）從年運行費用方面來看，方案五＞方案二＞方案四＞方案一＞方案三。方案三和方案一年運行費用最低，得益于高性能的電動式冷水機組及長春市較低的商業(yè)電價。方案二和方案四的年運行費用大于方案三和方案一，這是因為集中供熱比用燃氣熱水鍋爐供熱略貴一些；方案五的年運行費用最高，主要是因為天然氣價格較高及直燃機能效比較低。
（3）從凈年值來看，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，可以看出電動冷水機組+燃氣鍋爐方案較其他方案更經(jīng)濟；電動冷水機組+城市熱網(wǎng)方案凈年值略高，可以得出城市熱網(wǎng)供熱要比燃氣鍋爐供熱花費更多，這是因為城市熱網(wǎng)供熱初投資有較高的熱力增容費，且每年供熱資費也較燃氣鍋爐供熱要高，，可見降低熱力整容費，降低一、二次網(wǎng)熱損失，提高制熱效率，從而降低供熱資費，對提高城市熱網(wǎng)供熱方案經(jīng)濟性有很大的促進作用；方案五的凈年值最高，經(jīng)濟性較其他四中方案差。通過上述分析可知，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(略)

本文編號：119151