單戶住宅各種空調方案的能耗分析摘要：選擇煙臺地區一典型單戶住宅，對其進行了動態負荷計算。提出了八種空調方案，計算并分析比較了各方案的能耗，為單戶住宅的空調方案選擇提供了參考。關鍵字：單戶住宅空調方案能耗隨著經濟的發展，單戶住宅（包括別墅式住宅）得到迅速的發展。特別在沿海發達地區的小城鎮，這類建筑更是隨處可見。隨著人民生活水平的提高，對居住條件的要求也愈來愈高。在我國緯度30°～40°地區的氣候，要求稍高的住宅不僅夏季有空調供冷，冬季也需有采暖。如何采用合理的全年空調方案以降低能耗，也成為人們關注的一個問題。本文對幾種可行的單戶住宅空調方案進行了全年的能耗分析比較。1典型住宅和冷熱負荷選擇煙臺地區典型單戶住宅作為研究對象，建筑共兩層，建筑面積330m2。房間包括客廳、臥室、餐廳、廚房、書房、衛生間，其中樓梯間、走廊、衛生間和廚房不考慮空氣調節。利用清華大學環境控制系統模擬分析工具包（DeSTⅡ），計算出該建筑逐時負荷，最大熱負荷為15.92kW，最大冷負荷為13.23kW。2空調方案確定與能耗計算方法根據單戶住宅空調負荷部分負荷率高的特點，在考慮了對太陽能及地下水資源的利用后，提出近期幾種可行的空調方案，分析其全年能耗。2.1方案1－太陽能地板采暖+房間空調器系統夏季用房間空調器供冷，冬季用太陽能供暖（地板采暖系統）。當有太陽輻射熱時，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充。當沒有太陽輻射時，用蓄熱水箱供暖，不足熱量由輔助熱源補充。經計算，該建筑需真空管式太陽能集熱器面積共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小型壁掛式燃氣爐，供熱量是18.6kW，熱效率85%。夏季時采用房間空調器進行供冷，每個房間裝設一臺海爾空調機，型號選擇從KFR-25G到KFR-58G，性能系數COP平均為2.6。冬季太陽能集熱器的集熱量與集熱器進口水溫有關，而用戶對供水溫度也有要求，故蓄熱水箱考慮分層蓄水、取水。該系統耗能設備有燃氣爐、水泵和房間空調器。燃氣爐耗能量根據補充不足熱量計算，水泵能耗為消耗功率與運行時間的乘積，房間空調器的每運行時刻的能耗為該時刻消耗功率與運行時間的乘積，累加即得供冷季總能耗。2.2方案2－燃氣鍋爐+房間空調器系統夏季用房間空調器供冷，冬季采用燃氣鍋爐供應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氣爐；夏季仍然采用海爾空調機。耗能設備為燃氣鍋爐、水泵和房間空調器。在整個采暖季熱負荷已知的條件下，根據燃氣鍋爐的熱效率，即可得到能耗；水泵和房間空調器能耗計算方法同上。2.3方案3－電熱水鍋爐+蓄熱器+房間空調器夏季采用房間空調器供冷，冬季采用電熱水鍋爐+蓄熱器系統供暖。該系統可利用夜間低谷電，本文采用三種運行模式：同時蓄熱與供熱、釋熱、鍋爐單獨供熱。鍋爐只在“谷時段”和“平時段”運行，即在這兩時段進行蓄熱、供熱運行。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機。該系統耗能設備有電熱水鍋爐、水泵和房間空調器。電熱水鍋爐能耗根據采暖負荷即可確定，為計算能耗費用采用了分時段計算能耗。水泵和房間空調器的能耗計算方法同前。2.4方案4－熱泵型變制冷劑流量系統（VRV系統）夏季按風冷式空調器運行，冬季按空氣-空氣熱泵運行。根據夏季制冷工況進行設備選擇，室內機根據各房間最大冷負荷選擇，型號為FXYC20KVE和FXYC25KVE；室外機根據室內機的容量系數確定為大金的RSXY5K，名義制冷量為14kW，制熱量為16kW。全負荷時COP冬季為3.04（室外7℃），夏季為2.3（室外35℃）。理能耗設備為室搭外機和室內機婦。機組具有良耳好的部分負荷須性能，由樣本堂可回歸得到冬倦、夏不同部分竟負荷率和不同法室外溫度下旱的壘CO騾P盲值，室外機耗餡電量由每時刻紫冷熱負荷除該叔時刻和該負荷捎率下境的氣CO宮P拉并累積得到；助并考慮了除霜噸損失。室內機亭能耗按運行時屯間進行累積。憤2.5閥真方嘩案來5身－風冷式熱泵個型冷熱水機組接為冷熱源的系孔統屠夏季按風冷式混冷水機組運行趟，供債應支7因～介1椒2價℃浸冷凍水，冬季打按空氣源熱泵墓運行，供撤應稀4捐0帽～嚴5籌0矛℃搞熱水。該系統鏟熱泵機組選用蕩約克小型冷熱茄水機組，型航號伶YCAC-H削-PACK1抵5狡，名義制冷量退為餓13.9k媽W鉆，制熱量疊為差16.5k巨W池，機組自帶循項環水泵，并帶鵝有一個絞5進0運升雹的水箱；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W障；末端采用風醉機盤管，型號河從脖0揭2廈到敲0貧6孟。機組停開控栗制，冬、夏昌停告/酒開溫度分別種為陳55/4甩0犁℃拒、僑4/1為2式℃而。攏該系統的耗能內設備有熱泵機輕組、輔助熱源救、水泵和風機翅盤管。熱泵機堵組能耗與室外瓶溫度和水側的指溫度有關，為多此首先根據樣殃本回歸得到了越冬、夏機組的盼特性（制熱量祖、制冷量、耗宮功率），然后月考慮了系統蓄恐熱（系統總水墳容量秘170kg脊）條件，模擬晉計算了每個時繼刻系統的水溫白，并根據機組果特性計算該時傳刻的能耗，最罪后累計得到機責組的總能耗，沫并考慮了除霜頓損失。水泵能晶耗計算同前，呈輔助熱源根據薯各時刻的不足提熱量即可累計角得到電功率。慣風機盤管能耗蛛為平均耗功量懲與運行時間的呀乘積。事2.6賓伴方肉案載6恩－太陽能熱源中水踩-百水熱泵系統傾該系統的太陽笨能收集系統同六方痰案井1坐。具水刺-告水熱泵機組在蕉冬季按熱泵運猜行，它從太陽楚能收集系統的租蓄熱水箱中取干熱，制出的熱質水供到房間中霞的末端設備（園風機盤管），簡向房間供熱，刑不足熱量由輔距助熱源補充。波在夏季，熱泵黑按制冷運行（閑由四通閥換向使），冷凝器放熄出的熱量通過主冷卻塔排到室透外。太陽能集熔熱系統只用于奉用戶的熱水供喉應。熱泵機組追按停開控制，處冬夏瓦停遷/貌開溫度分別隊為徹49/4踐0任℃柿、佳4/1氧2句℃幼。為避免機組散頻繁啟動，在畢系統回水管路守中，連接一個約容積為鑼0.4m惑3孟的水箱，以增酒大系統的容水及量，本系統太哭陽能集熱面積艙為襖58m斯2擔，蓄熱水箱容蘿積為閉3m脖3彩。櫻水肯-撲水熱泵機組很為虧WP036-喘07巡0估冷熱水機組，搜風機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，型號同認方蘿案拿1閑。劣該系統耗能設箭備為熱泵機組召、風機盤管、垃輔助熱源和水涌泵。養水波-駝水熱泵機組的饒冬季能耗與低臭位熱源（太陽竟能）的溫度及壽熱水溫度有關死，而夏季能耗翠與室外濕球溫污度及冷凍水溫栽度有關。為此坦，根據樣本回仍歸了熱泵制熱旦量與耗功率隨頃兩側水桂溫變化的特性融，夏季制冷量說、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刻系統冷院凍水或熱水的系溫度，太陽能或集熱系統中的讀蓄熱水箱較小階，難于分層計災算，近似的模滋擬出水箱中兩爐層（上層熱、級下層冷）的水禾溫。從而根據夏機組兩側溫度撕的變化再計算眨任一時刻的能徒耗并累加。其嗎他設備的能耗摔與上述方案中載相同設備一樣覽進行計算。廢2.7僚菜方切案攪7臥－地下水熱源液水貌-萌水熱泵系統朽在該地區，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叉荷不大的住宅敘中可直接用作頃冷源。經計算亦，風機盤管在禍1肢3刻℃臨水溫下處理過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，所選屑用的風機盤管矩型號要大一些喬。本方案在夏倆季由深井泵將辭地下水直接送嫁到風機盤管中壯應用，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-挎水熱泵機組選今擇同方彎案馬6將。熱泵機組冬員季運行時制熱趨量及耗功率只豪與熱水側溫度舉有關，機組也百是停開控制（首停開溫度秀為讓49/4坐0叼℃份）。用方億案縣6帖相類似的方案信計算冬季功率卡；深井泵、風致機盤管能耗計穿算方法同前。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寄組覺+證風機盤管系統味采暖季和供冷識季由直燃式溴看化鋰吸收式冷蟻熱水機組給風討機盤管提供熱繳水和冷水。本袖方案選用遠才大恐BCT1怖6茂的小型直燃式怪溴化鋰吸收式局冷熱水機組，敲名義制冷量和厭制熱量均災為糖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。該機組自帶水冷熱水的循環富水泵和小型冷奔卻塔。夸系統的耗能設雀備是冷熱水機睡組和風機盤管災。冷熱水機組嚇具有良好的部想分負荷性能，積其任一時刻的詞耗電量和耗氣屆量與部分負荷蟻率的關系由樣鷹本得到，按任躍一時刻的負荷怎即可計算出能團耗，累加即可沒得到全年能耗腸。風機盤管耗頂電量計算方法層同前。扎3指餃能耗結果及分橫析薄各個方案均使襪用清糾華甚DeS恥T鮮Ⅱ迎軟件計算出逐摧時刻的負荷，椅再根據上節所覺述的能耗計算碼方法，計算各沫時刻的能耗（遼電功率消耗、版燃氣耗量），墓再進行累加即笨得到各方案冬喂季、夏季以及止全年的能耗。覆由于各系統所臘消耗的能源種滴類不同，這里孤把它們都轉化帽成一次能源和渴標準煤的消耗崇量，來進行比數較分析。為了卻更直觀起見，溪以較普通的方膚案駝2含作基準計算各央方案的相對值株。能耗計算結錘果見商表裝1友，由富表菠1飽可見：勺（樣1獵）冬季，方害案煮1俯的太陽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，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組的系統貌，冬季運行相裝當于燃氣爐，南故它的能耗與死方第案你2攏接近；由于空訴調末端設備用航了風機盤管，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忌都是熱泵型機鞭組的空調系統邀，各方案能耗扒相差無幾，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惜島各方案能耗統捷計衰監方案序號鞭夏季能耗別冬季能耗撇全年能耗鑰標準熄煤烘(陽kg)蘭相對值綢標準驢煤騾(謊kg)滴相對值慢標準前煤滋(詢kg)腫相對值話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能涉，它僅為方齡案姥2支（常規的房間懶空調器）能耗錘的諒46.4玩%嘆，當然隨著井章深的增加能耗養會增加。方龜案策4椒（短VR折V測系統）由于有僚良好的部分負忌荷特性，因此差也明顯優于方粒案伍2傭。方摟案詞8冊的小型直燃式字機組的空調方蒙案也比方夸案糠2謎要節能。方斬案濾5瞞和方呀案甲6傳分別是風冷和差水冷的冷水機岸組供冷方案，謠對于用于大型勢建筑中的大型櫻機組，它們具營有較高的性能幻系數，通常是防優于采用分散雁式的房間空調起器。但在單戶弱住宅中使用的遣小型機組，其作性能系數小，工如方撲案遮5起的風冷機組在膛額定工況下的煌制冷性能系數橡為崖2.8屋8礦，而且還不包悉括冷凍水泵的翻功耗；小型水皂泵目前國內無辜低揚程的泵可跑選，只能選揚船程比要求巴大采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，且只要有負城荷就必須運行暮、耗填能；此外小型刻機只能用停開博來調節，部分娃負荷特性也不術優良，因此它囑們的運行能耗析比額定工況下輔制冷性能系數搭為戀2.引6果的房間空調器舊還大。負（就3陸）就全年能耗出而言，利用可災再生能源的方緒案斤1睛和方守案監7秘優于其他方案貝，尤其是方誤案畫1雹，它的能耗僅汁為方險案旗2犯的棒65.3畫%遲。而使用電鍋輩爐系統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）在單戶住宅免中應用也是能對耗較少的方案紗。其他幾個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組、染水泵等設備都喉是小型設備，限能量效率都不怎高，大部分機哄組沒有能量調哈節措施。崇（借4哨）利用可再生鞠能源（太陽能硬和地下水）的紀方案應該說是很值得推廣的方格案，尤其在太維陽能或地下水進資源豐富的地瓦方，更值得提異倡。但是太陽古能的設備費很廳高，目前在推孕廣中存在一定趁困難。方艷案領6跡的太陽能熱源顆水臭-養水熱泵方案，美既采用了較貴腹的太陽能設備絡，系統也比較繳復雜，能耗方芒面也沒有優勢膝，因此不宜推雄廣。方油案者3鎮使用電鍋爐的毯系統，從能耗墓來說肯定是最拔不合理的方案最，因此只能用賊于當地電網峰豆谷差很大需要趕削峰填谷，且額有充足電力的擁地區。方偶案叔