深圳某公寓建筑能量系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)

1、 深圳某公寓建筑能量系統(tǒng)方案的優(yōu)化設(shè)計(jì)學(xué)生： 左政 葉國(guó)棟指導(dǎo)教師：錢宇 陸恩錫7/17/202217/17/20222地點(diǎn)：深圳蛇口；氣候特點(diǎn)：日照強(qiáng)度大，日照時(shí)間長(zhǎng)；建筑類型：酒店式公寓。工程概要特點(diǎn)共25層，建筑面積21962.8m2，熱、電、冷用能集中；用途復(fù)雜，咖啡廳、住宅和復(fù)式結(jié)構(gòu)并存；圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案采用大面積的玻璃幕墻，在東南西三個(gè)立面上開窗率75 ，且無較好的遮陽措施；為酒店式公寓，舒適度要求高。7/17/20223優(yōu)化設(shè)計(jì)的內(nèi)容圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案大面積玻璃幕墻采用何種玻璃方案？其技術(shù)經(jīng)濟(jì)性如何？采用何種遮陽措施？遮陽效果如何？通風(fēng)效果如何？空調(diào)系統(tǒng)方案采用何種空調(diào)系統(tǒng)方案？其經(jīng)濟(jì)性如

2、何？7/17/20224模擬軟件圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料遮陽構(gòu)造/天面造型通風(fēng)換氣效果冷負(fù)荷建模分析空調(diào)系統(tǒng)分析分析整個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的分析思路7/17/20225建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案模擬分析6基準(zhǔn)圍護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案參數(shù)表項(xiàng) 目熱工參數(shù)外 墻1.水泥砂漿 20mm2.多孔混凝土 200mm3.水泥砂漿砂漿 20mm熱阻/ m2/W1.006熱惰性指標(biāo)3.081外窗玻璃6mm單層普通玻璃傳熱系數(shù)6.4遮陽系數(shù)0.85遮 陽南向陽臺(tái)外挑長(zhǎng)度 （m）首 層2.4標(biāo)準(zhǔn)層1.2東西朝向遮陽無通 風(fēng)次/小時(shí)8127/17/20227建模建筑模型的簡(jiǎn)化樓層的簡(jiǎn)化 全樓用五層建筑取代，首層保留，標(biāo)準(zhǔn)層取兩層，頂層保留，天面造型簡(jiǎn)化成

3、樓層。陽臺(tái)的簡(jiǎn)化 所有陽臺(tái)均采用水平遮陽板取代，采用修正窗體的遮陽系數(shù)來研究遮陽板的光影遮擋效果。二九層洞體的簡(jiǎn)化 洞體用房間取代，加大其通風(fēng)換氣次數(shù)，使其溫度分布同室外氣溫分布接近。天面造型的簡(jiǎn)化 天面造型簡(jiǎn)化成樓層，屋頂開天窗以模擬遮陽板效果，同時(shí)加大房間的通風(fēng)換氣次數(shù)，使其溫度分布同室外氣溫分布接近。7/17/20228圖 公寓的簡(jiǎn)化建筑模型7/17/20229分析對(duì)象的選取7/17/202210圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)之待分析方案 玻璃幕墻方案玻璃名稱熱反射膜玻璃 CTS140SLow-E中空玻璃 CEB24-60F+12A+6C傳熱系數(shù)（W/m2.）5.721.99遮陽系數(shù)0.550.33各

4、方案玻璃的熱工參數(shù)表7/17/202211圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)之待分析方案 東西遮陽構(gòu)造方案東西朝向遮陽遮陽一遮陽二遮陽三遮陽四構(gòu)造示意圖水平板（mm）750750500500垂直擋板（mm）7505007505007/17/202212圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)之待分析方案 自然通風(fēng)方案時(shí)段劃分8:0012:0013:0018:0019:00次日7:00換氣次數(shù) 次/小時(shí)五層以下8420五層十層10522.5十層以上12625時(shí)段劃分8:0012:0013:0018:0019:00次日7:00換氣次數(shù) 次/小時(shí)五層以下202020五層十層22.522.522.5十層以上252525自然通風(fēng)模式一自然通風(fēng)模

5、式二7/17/202213圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)之模擬結(jié)果與分析 玻璃幕墻方案 特種玻璃的節(jié)能效果對(duì)比7/17/202214圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)之模擬結(jié)果與分析 玻璃幕墻方案三種玻璃方案技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較 15圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)之模擬結(jié)果與分析 東西構(gòu)造遮陽方案標(biāo)準(zhǔn)層空調(diào)負(fù)荷（W/m2）熱反射鍍膜玻璃 7/17/202216圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)之模擬結(jié)果與分析 東西構(gòu)造遮陽方案標(biāo)準(zhǔn)層空調(diào)負(fù)荷（W/m2）Low-E中空玻璃玻璃 7/17/202217圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)之模擬結(jié)果與分析 自然通風(fēng)方案18圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)之模擬結(jié)果與分析 自然通風(fēng)方案19圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 結(jié)論虎山公寓在東、南、西立面上采用75的大開窗率，因

6、此，玻璃的熱工性能至關(guān)重要。如果要保持大的開窗率，則建議全部或至少在東、西立面上采用隔熱性能好的熱反射鍍膜玻璃或Low-E中空玻璃，否則降低開窗率；補(bǔ)償大開窗率的另一措施是在東西立面的窗戶做外遮陽，水平遮陽板的遮陽效果不明顯，建議在考慮風(fēng)載安全、立面美觀和經(jīng)濟(jì)性的前提下，采用水平遮陽板加垂直擋板的遮陽構(gòu)造，其節(jié)能效果可以提高1020； 20圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì) 結(jié)論對(duì)于珠三角的炎熱氣候，增大通風(fēng)換氣次數(shù)可以有效地改善各戶型的熱環(huán)境，建議在白天的高溫時(shí)段采用較小的通風(fēng)換氣次數(shù)（12次/小時(shí)），而夜間增大通風(fēng)換氣次數(shù)（2025次/小時(shí)），達(dá)到自然降溫的效果。21空調(diào)系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計(jì)7/17/20222

7、2空調(diào)系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計(jì) 待分析方案方案A：選用三臺(tái)250RT螺桿冷水機(jī)組，機(jī)組的額定制冷量為8703kW。輸入電功率為182 3kW，冷卻水流量為1793 m3/h，冷卻水進(jìn)出口溫度30/35；方案B: 選用三臺(tái)75萬大卡直燃機(jī)，機(jī)組的額定制冷量為8723kW。配電功率為4.0 3kW，額定燃耗56.93萬大卡，冷卻水流量為1823 m3/h，冷卻水進(jìn)出口溫度30/37； 方案C：選用三臺(tái)250RT風(fēng)冷螺桿熱泵機(jī)組，機(jī)組的額定制冷量為879.23kW。輸入電功率為2793kW（含空氣側(cè)風(fēng)機(jī)）。 23空調(diào)系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計(jì) 不同方案初投資分析方案A方案B方案C制冷機(jī)投資（萬元）204.0162.0

8、356.0冷卻水泵投資（萬元）4.624.620冷卻塔投資（萬元）56.0056.000需配電量（kW）618.084.0837.0配電設(shè)備投資（萬元）9.271.2612.56設(shè)備總投資（萬元）273.89223.88368.56運(yùn)輸施工費(fèi)用（萬元）54.7844.7873.71項(xiàng)目初投資（萬元）328.67268.66442.2724空調(diào)系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計(jì) 不同方案初投資分析25空調(diào)系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計(jì) 不同方案運(yùn)行能耗分析26空調(diào)系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計(jì) 不同方案壽命周期年費(fèi)用比較 費(fèi)用名稱（含施工）方案A（萬元）方案B（萬元）方案C（萬元）初投資主機(jī)側(cè)投資329269442用戶末端投資1001001

9、00冷凍水泵與管網(wǎng)投資150150150初投資合計(jì)579519692年運(yùn)行費(fèi)主機(jī)運(yùn)行費(fèi)（前5年）144191191主機(jī)運(yùn)行費(fèi)（5年后）144136191輸配及末端年費(fèi)用404040維護(hù)管理費(fèi)用101010年費(fèi)用合計(jì)194241241壽命周期費(fèi)用年值249.8291.0307.727空調(diào)系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計(jì) 不同方案壽命周期年費(fèi)用比較 28從初投資分析，直燃機(jī)方案較佳，其初投資最省，水冷電制冷機(jī)組次之，風(fēng)冷熱泵費(fèi)用最高；從年運(yùn)行費(fèi)用分析，在目前的電氣價(jià)格比下，采用電制冷是相對(duì)經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行方式，其年運(yùn)行費(fèi)用最低。如果天然氣能按預(yù)期時(shí)間和價(jià)格進(jìn)入深圳，采用直燃機(jī)年運(yùn)行費(fèi)用將略低于電制冷方案，但是應(yīng)充分考慮天然氣的價(jià)格波動(dòng)對(duì)空調(diào)方案經(jīng)濟(jì)性的影響； 空調(diào)系統(tǒng)方案優(yōu)化設(shè)計(jì) 結(jié)論 29從機(jī)組運(yùn)行特點(diǎn)和安全性能分析，電制冷機(jī)組運(yùn)行穩(wěn)定，維修率低，操作簡(jiǎn)單，使用壽命長(zhǎng)。但是電制冷機(jī)組耗電大，應(yīng)考慮夏季空調(diào)高峰期間可能發(fā)生拉閘限電對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行的影響。直燃機(jī)使用壽命尚未經(jīng)歷時(shí)間的考驗(yàn)，從目前的運(yùn)行狀況來看，直燃機(jī)性能穩(wěn)定，可以大大緩解當(dāng)前高峰期的電力供需矛盾，但其機(jī)組運(yùn)行有煙氣排出，存在一定的環(huán)境污染和安全隱患。風(fēng)冷熱泵性能穩(wěn)定，不需要冷卻塔和相應(yīng)的水處理設(shè)備，可以節(jié)約大量的水資源，但是其能源