學(xué)校建筑設(shè)計(jì)暖通空調(diào)改造與混合地源熱泵系統(tǒng).doc

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學(xué)校建筑設(shè)計(jì)暖通空調(diào)改造與混合地源熱泵系統(tǒng) 摘要：本文介紹了節(jié)能改造的加熱，通風(fēng)和空調(diào)系統(tǒng)，為學(xué)校的建設(shè)東南懷俄明?，F(xiàn)有的系統(tǒng)由六個(gè)傳統(tǒng)的定風(fēng)量暖通單位提供的熱氣體?紅色熱水鍋爐。擬議的替代是一個(gè)新的應(yīng)用系統(tǒng)，包括一個(gè)地?zé)釤岜脋地源熱泵！系統(tǒng)的一個(gè)補(bǔ)充太陽能集熱器陣列。通風(fēng)空氣熱回收和變速泵還包括。創(chuàng)新設(shè)計(jì)的接地回路及內(nèi)部建筑循環(huán)使用系統(tǒng)的方法。系統(tǒng)仿真分析表明一個(gè)簡(jiǎn)單的投資回收期不少于10年。一個(gè)額外的利益?的地源熱泵系統(tǒng)不占的經(jīng)濟(jì)分析是增加散熱能力。 號(hào)碼：10.1061 / ~美國土木工程師協(xié)會(huì)！1076-0431~2004！3~103！ 數(shù)據(jù)庫主題詞：熱泵；熱能；建筑物，公共；改造；通風(fēng)空調(diào)；混合方法。 導(dǎo)言和背景 大多數(shù)~幼兒園到第十二年級(jí)的K！學(xué)校在北美國建在二戰(zhàn)后時(shí)代，和他們的供暖，通風(fēng)，空調(diào)~暖通空調(diào)！系統(tǒng)需要大翻修和升級(jí)。這是一個(gè)- ticipated在未來十年將看到大量的建設(shè)在教育部門。鑒于日益增長(zhǎng)的能源成本和來源的不確定性，工程師和建筑師需要支付了相當(dāng)多的關(guān)注作出新的改進(jìn)和設(shè)計(jì)能有效?作為實(shí)踐。 地源熱泵~地源熱泵！系統(tǒng)提供一個(gè)有吸引力的替代加熱和冷卻的應(yīng)用由于其較高的能源利用效率?缺陷和降低維修成本比傳統(tǒng)的系統(tǒng)~甘蔗等。1998shonder等人。2000！。降低能耗的地源熱泵不僅是由于其較高的熱力學(xué)效應(yīng)?缺陷，但由于其優(yōu)良的區(qū)劃能力。仔細(xì)劃地源熱泵系統(tǒng)設(shè)計(jì)導(dǎo)致更好的匹配的設(shè)備能力區(qū)負(fù)荷，導(dǎo)致上級(jí)區(qū)舒適水平。 有數(shù)以百計(jì)的地源熱泵系統(tǒng)運(yùn)行在今天的教育教育設(shè)施在北美國。美國社會(huì)的采暖，制冷和空調(diào)工程師協(xié)會(huì)~！介紹了運(yùn)行的地源熱泵系統(tǒng)的父親麥吉夫尼中學(xué)附近的多倫多，安大略~字1998！。燃?xì)庀到y(tǒng)是安裝在建的1992。該建筑由三層?總用地面積16800平方米。供應(yīng)空氣分配給教室和97?利用水空泵安裝在大廳的天花板以外的方式各自的區(qū)。室外空氣和絲氨酸-副熱水條件20水水熱泵位于三機(jī)械室。熱管式余熱回收系統(tǒng)裝機(jī)容量517千瓦的前提是用于室外空氣?？傃b機(jī)容量為1442千瓦，熱泵~11.7平方米/千瓦！接地回路的熱交換器。~供應(yīng)！由360個(gè)垂直，32毫米直徑12330管安排在一個(gè)網(wǎng)格模式。各鉆孔深61米的總長(zhǎng)度為21950米~孔15米/千瓦安裝熱泵容量！。總安裝成本的地源熱泵系統(tǒng)是2600000美元~155美元/平方米或1800美元/千瓦！。設(shè)計(jì)師估計(jì)成本傳統(tǒng)的變風(fēng)量系統(tǒng)與燃?xì)忮仩t和機(jī)組的2500000美元。它與政府激勵(lì)，簡(jiǎn)單的回報(bào)的地源熱泵系統(tǒng)是大約12.4年。 ~1998字！還介紹了操作的地源熱泵系統(tǒng)在奧內(nèi)米亞在明尼蘇達(dá)小學(xué)。燃?xì)庀到y(tǒng)是安裝在建的1992。學(xué)校是一個(gè)單層建筑總面積7250平方米。暖通空調(diào)系統(tǒng)在學(xué)校由53個(gè)水-氣熱泵。一個(gè)175千瓦的水-水熱泵僅用于通風(fēng)涼爽空氣的體育館。鍋爐系統(tǒng)是用來預(yù)熱空氣通風(fēng)?？傃b機(jī)容量679千瓦~熱泵10.7平方米/千瓦！由560個(gè)垂直的供應(yīng)。25-mm-diameter管設(shè)置在28320網(wǎng)格模式。每個(gè)鉆孔是16.8m深，總長(zhǎng)度9410米~孔13.9米/千瓦安裝熱泵容量！?？偘惭b成本的地源熱泵系統(tǒng)是706100美元~97.40/m2美元或1040美元/千瓦！。這個(gè)費(fèi)用估計(jì)只有46600美元，高于其他雙管式風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)最初被認(rèn)為。它與政府激勵(lì)，簡(jiǎn)單的回報(bào)的地源熱泵系統(tǒng)估計(jì)在3.5年。 1999的~！介紹了復(fù)古的?學(xué)校建筑在西馬薩諸塞州的自治市，與地源熱泵系統(tǒng)。30歲，6320平方米設(shè)施最初是所有電力和改造與地源熱泵系統(tǒng)在1996。電阻線圈在現(xiàn)有教室控制臺(tái)單位和空氣處理取代海鷹- 油好線圈，這是耦合到20水水熱泵總?cè)萘繛?03千瓦~9平方米/千瓦！供應(yīng)。這包括6立柱威爾斯，每457米深，總長(zhǎng)度2743米~孔3.9米/千瓦安裝熱泵容量！?？偘惭b成本的地源熱泵系統(tǒng)是1195美元/千瓦，由于需要運(yùn)行一個(gè)完全新的絕緣雙管系統(tǒng)-透射電子顯微鏡的整個(gè)建筑。審查1996個(gè)業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)顯示，節(jié)省了57000美元。 也許最著名的記載情況研究燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)在學(xué)校進(jìn)行的橡樹嶺國家實(shí)驗(yàn)室的林肯，內(nèi)布拉斯加，學(xué)區(qū)~ --避蚊胺鋁。2000！。研究的主要目的是為了文件的運(yùn)行和維護(hù)成本的四所學(xué)校在林肯與地源熱泵系統(tǒng)和比較這些操作和維護(hù)費(fèi)用，學(xué)校在林肯與常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)的燃?xì)庑聦W(xué)校的平均被發(fā)現(xiàn)使用26%的能量小于非系統(tǒng)新學(xué)校。我們學(xué)校的酷100%的?地盤面積達(dá)到62–暖通空調(diào)通風(fēng)89種標(biāo)準(zhǔn)。大約12%的學(xué)校使用更少的能源比我們學(xué)校，但冷靜不到15%的空間，提供通風(fēng)空調(diào)。燃?xì)庀到y(tǒng)也被發(fā)現(xiàn)最低的維護(hù)成本每區(qū)的條件?為太空觀測(cè)資料的基礎(chǔ)上，建立仿真模型建立和壽命周期成本的一個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行了比較。生命周期成本的系統(tǒng)被認(rèn)為是15%，低于下最經(jīng)濟(jì)的選擇：一個(gè)水冷冷水機(jī)組和燃?xì)鉄崴仩t的變風(fēng)量空調(diào)與浩。 改造的申請(qǐng)以及在新的建筑，全壽命周期費(fèi)用的創(chuàng)新設(shè)計(jì)了地源熱泵系統(tǒng)可以成本競(jìng)爭(zhēng)力的常規(guī)系統(tǒng)。設(shè)計(jì)師可能需要 系統(tǒng) 的方法，不僅注重供應(yīng)也對(duì)建筑物的內(nèi)部。例如，混合燃?xì)鉄岜孟到y(tǒng)提供一個(gè)很好的選擇設(shè)計(jì)師減少大小的閉環(huán)供應(yīng)增加一個(gè)補(bǔ)充部分處理的部分建筑熱負(fù)荷。其中一些選擇混合系統(tǒng)包括一個(gè)冷卻塔，太陽能集熱器陣列，或熱存儲(chǔ)系統(tǒng)。其他成本效益的設(shè)計(jì)方案是分散地環(huán)路在建筑物不同?為計(jì)劃~非中心1999！，包括熱回收的通風(fēng)和空氣省煤器周期~外1998！包括變速泵~集和諾1997！。此外，具體的改造應(yīng)用，水加熱水地?zé)釤岜梅浅＿m合更換主鍋爐和機(jī)組等設(shè)備；二次空氣處理機(jī)組，對(duì)流式散熱器，并可能被留在地方。 該項(xiàng)研究的目的，本文已審查節(jié)能機(jī)會(huì)在復(fù)古?不一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)在學(xué)校的建設(shè)在懷俄明東南?，F(xiàn)有系統(tǒng)由六個(gè)傳統(tǒng)的定風(fēng)量空調(diào)采暖通風(fēng)單位提供的熱量燃?xì)鉄崴仩t。所提出的改造是地?zé)釤岜孟到y(tǒng)的一個(gè)補(bǔ)充太陽能集熱器陣列和通氣救治空氣熱回收，這都可以在安裝了成本有效地利用現(xiàn)有的特點(diǎn)，建立了。該建筑熱負(fù)荷和現(xiàn)有系統(tǒng)的能耗計(jì)算建筑負(fù)荷分析和系統(tǒng)熱力學(xué)~爆炸！~建筑負(fù)荷2000！模擬計(jì)算軟件與典型氣象年~銅排！氣象數(shù)據(jù)。glhepro ~斯皮特勒1999！接地回路的設(shè)計(jì)軟件和程序~2000！一個(gè)系統(tǒng)，仿真軟件包， 該項(xiàng)研究的目的，本文已審查節(jié)能機(jī)會(huì)在復(fù)古?不一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)在學(xué)校的建設(shè)在懷俄明東南。現(xiàn)有系統(tǒng)由六個(gè)傳統(tǒng)的定風(fēng)量空調(diào)采暖通風(fēng)單位提供的熱量燃?xì)鉄崴仩t。所提出的改造是地?zé)釤岜孟到y(tǒng)的一個(gè)補(bǔ)充太陽能集熱器陣列和通氣救治空氣熱回收，這都可以在安裝了成本有效地利用現(xiàn)有的特點(diǎn)，建立了。該建筑熱負(fù)荷和現(xiàn)有系統(tǒng)的能耗計(jì)算建筑負(fù)荷分析和系統(tǒng)熱力學(xué)~爆炸！~建筑負(fù)荷2000！模擬計(jì)算軟件與典型氣象年~銅排！氣象數(shù)據(jù)。供應(yīng)專業(yè)~斯皮特勒1999！接地回路的設(shè)計(jì)軟件和程序~2000！一個(gè)系統(tǒng)，仿真軟件包，用于尺寸和模型的性能提出地源熱泵系統(tǒng)。能源消耗進(jìn)行了比較系統(tǒng)的存在和發(fā)展，和經(jīng)濟(jì)分析進(jìn)行了簡(jiǎn)單的回報(bào)。 方法，系統(tǒng)仿真與分析 建筑描述和現(xiàn)有的空調(diào)系統(tǒng) 主題的學(xué)校是一個(gè)單層建筑總規(guī)劃面積約4925平方米。它建于1991和設(shè)計(jì)有6個(gè)溫度區(qū)如圖1所示。學(xué)校是目前用于幼兒園到第六年級(jí)，和通常用于社區(qū)活動(dòng)在課余時(shí)間。 建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)包括外墻面磚建造102毫米，51毫米，203毫米和19毫米的混凝土磚石單元，石膏，以總熱阻1.57c-m2/ W屋頂裝配由13毫米的礫石，9.5毫米膜，絕緣領(lǐng)空，76毫米，9.5毫米，51毫米絕緣，和一個(gè)13毫米的石膏鋼甲板，共有熱電阻3.12c-m2/ W板?為大會(huì)分102毫米和305毫米的混凝土地基，與總熱阻1.81c-m2/ W窗口建造的雙層3.2毫米的玻璃，一個(gè)總熱阻0.17c-m2/ W學(xué)校?不能使用自然意義日光通過天窗融入回廊屋頂結(jié)構(gòu)。每個(gè)教室都有大約6平方米的窗口區(qū)域除了一個(gè)外部金屬門。 風(fēng)機(jī)房位于每個(gè)區(qū)，其中房屋空氣處理單元~空調(diào)機(jī)組！分布的空氣通過管道系統(tǒng)的每一個(gè)房間，每區(qū)。一個(gè)典型的空調(diào)系統(tǒng)示意圖見圖2，和小組的時(shí)間表是在表1。球迷們等體積?現(xiàn)在用熱水線圈放在下游的混合戶外和返回空氣流。沒有熱回收計(jì)算空氣是大號(hào)。熱水循環(huán)加熱線圈放置在管道系統(tǒng)空氣放電點(diǎn)附近。循環(huán)線圈連接到一個(gè)雙管分配系統(tǒng)由一個(gè)5.5千瓦的泵。熱水是由2-?紅鍋爐額定輸出235千瓦每。輻射吊頂板和換流器放置在整個(gè)建設(shè)需要。 全年空調(diào)運(yùn)行成本為2001年，從提取出賬單使用方法描述~1999字！和圖形顯示在圖3?？傎M(fèi)用為空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行在這一年或47500美元9.64/m2。如圖3，大約50%的年度效用成本是花在風(fēng)機(jī)功率消耗。 提出了改進(jìn)的空調(diào)系統(tǒng) 該系統(tǒng)是一個(gè)地?zé)釤岜孟到y(tǒng)補(bǔ)充太陽能熱收藏家和通風(fēng)空氣熱回收。一個(gè)額外的好處的地源熱泵系統(tǒng)的能力，必要時(shí)空間冷卻。燃?xì)庀到y(tǒng)采用再多的現(xiàn)有系統(tǒng)的可能，除鍋爐，是退役和地方的一個(gè)有利的優(yōu)勢(shì)~鍋爐退役是消除可能爆炸的危險(xiǎn)！。所有奧胡斯和現(xiàn)有的管道工作都是重復(fù)使用。一個(gè)系統(tǒng)的系統(tǒng)如圖4所示，下面介紹。