北方地区既有建筑热泵与传统空调冷热源系统对比分析.doc

PAGE 9 北方地区既有建筑热泵与传统空调冷热源系统对比分析 北京科技大学 仇安兵 曲世琳 葛旭 摘要 本文在对北方地区既有建筑（包括政府办公建筑和大型公共建筑以及民用建筑）空调冷热源现状进行调研的基础之上，从经济性、能量消耗、对环境的影响和社会效益等方面利用层次分析法(AHP)对既有建筑的热泵系统与传统空调冷热源系统进行对比分析。分析了各类建筑应用的冷热源形式及其所占比例、冷热源的组合方式及比例。提出了适合北方地区多种供能系统的具体形式，研究其适用性和可行性。 关键词 既有建筑、层次分析法、空调冷热源 1 概述 冷热源是空调系统的重要组成部分，其设计合理与否关系到项目的投资、运行费用、对环境的影响和能耗等重要问题。所以迫切需要一种简单实用的决策方法使其选择的方案达到最佳效果。 我国学者在冷热源的研究中，主要集中在对冷热源方案的能耗分析和经济性的比较方面。从冷热源设备的性能分析，高普生[1]指出蒸汽型或热水型吸收式冷水机组的能耗约为电动式冷水机组的2-3倍，直燃式吸收式机组的能耗为电动式的1.6-2.1倍。从系统经济性分析，钱以明[2]对上海市某办公楼建筑采用冰蓄冷系统与常规系统分析比较，得到两者初投资之比为1.2:1，而运行费用之比为0.81:1。从环境方面分析，孙静[3]认为吸收式制冷机的CO2排放量约为电动制冷机的1.5-3.5倍，蒸汽双效吸收式制冷机二氧化硫的排放量约为电动制冷机的1.6-3.5倍。 林海云[4]用生命周期评价方法对空调冷热源环境进行了综合评估，得出以天然气为燃料的直燃型溴化锂吸收式制冷方案对环境的影响最小的结论。国外对空调冷热源的研究起步较早，而且取得了较多的成果。目前较广泛应用的是建立冷热源设备的仿真模型，利用模型进行能耗状况的分析。 本文通过对北京、天津等地区的26个建筑的空调冷热源现状进行调研分析，采用层次分析法(AHP)对不同空调冷热源方案从初投资、年运行费用、污染排放量等多个技术经济指标进行比较。将决策结果与工程实例进行对比，证明在北方地区地源热泵加太阳能系统作为空调冷热源较传统的冷热源形式更具有优势地位。 2 北方地区空调冷热源现状分析 为了分析北方地区目前的空调冷热源现状,笔者对北方地区既有建筑（北京、天津、德州及赤峰的26栋建筑）的冷热源情况进行调研统计。涵盖了宾馆建筑、住宅小区、商业建筑、教育建筑、综合建筑(集办公、宾馆、商业等功能于一体)、体育建筑和办公建筑等类型。这些建筑的冷热源形式可划分为常规冷热源形式和热泵形式。统计的内容为建筑物的空调面积、冷热源的种类、容量、数目及耗电量。冷热源采用能源形势与比例见表1所示。 表1冷源采用的能源形式及其比例 能源形式 空调冷热源形式 建筑数量 所占比例 总计 电 冷源 螺杆式冷冷水机组 5 0.25 0.95 热泵 13 0.7 热源 热泵 1 0.04 0.65 太阳能相关设备 5 0.19 热泵+太阳能 10 0.42 气 冷源 直燃型溴化锂吸收式机组 1 0.05 0.05 热源 燃气锅炉 5 0.19 0.23 直燃型溴化锂吸收式机组 1 0.03 热网 热源 热网直接供热 1 0.03 0.03 复合能源 热源 热泵+燃气锅炉 2 0.07 0.07 将建筑按照建筑面积的不同分为四类：1万平方米、1~10万平方米、10~20万平方米和20万平方米。并根据建筑面积的不同对空调冷热源形式统计结果见图1、图2。根据不同类型的建筑中所应用的冷热源形式类型及比例统计结果见图3、4。 图1不同面积范围冷源的形式 图3不同功能建筑冷源的形式 图2不同面积范围热源的形式 图4不同功能建筑热源的形式 由表1分析，在这26个项目中以电能为能源形式的冷热源有19个项目，占总项目的95%。热源采用的主要的能源形式分别为电能和燃气，分别占总数的65%和23%。由图1、2分析，所调研的26个项目中绝大多数都是空调面积在1万平方米之上的建筑，空调面积在1-10万平方米的建筑中，以热泵为冷热源的项目占76.9%。由图3、4分析， 根据办公楼的要求和地域的不同，采取的冷热源形式也随之改变。对于住宅，采用热泵为冷热源形式的项目占了绝大多数达到90%。热源形式中太阳能的比重有所增加。在热泵系统中，有 3 冷热源优化评估方法 冷热源的选择需考虑经济性因素、使用特性、对建筑的影响、社会效益等诸多因素。为寻求能够达到技术和经济总体效果的最佳方案，需要对其进行评估。目前，空调冷热源方案的选择方法多为价值分析法、经济评价法[5][6]、灰色优选法[7][8]、层次分析法(AHP)[9][10]、多指标决策法[9][11]和exergy分析法[12]等。每种评价方法的侧重点不同，同一种冷热源方案，采用不同的评价方法得出的结果会有出入。本文利用层次分析法评估所提出的几种冷热