學校建筑設計暖通空調改造與混合地源熱泵系統(tǒng).doc

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學校建筑設計暖通空調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，通風和空調系統(tǒng)，為學校的建設東南懷俄明。現有的系統(tǒng)由六個傳統(tǒng)的定風量暖通單位提供的熱氣體?紅色熱水鍋爐。擬議的替代是一個新的應用系統(tǒng)，包括一個地熱熱泵~地源熱泵！系統(tǒng)的一個補充太陽能集熱器陣列。通風空氣熱回收和變速泵還包括。創(chuàng)新設計的接地回路及內部建筑循環(huán)使用系統(tǒng)的方法。系統(tǒng)仿真分析表明一個簡單的投資回收期不少于10年。一個額外的利益?的地源熱泵系統(tǒng)不占的經濟分析是增加散熱能力。 號碼：10.1061 / ~美國土木工程師協(xié)會！1076-0431~2004！3~103！ 數據庫主題詞：熱泵；熱能；建筑物，公共；改造；通風空調；混合方法。 導言和背景 大多數~幼兒園到第十二年級的K！學校在北美國建在二戰(zhàn)后時代，和他們的供暖，通風，空調~暖通空調！系統(tǒng)需要大翻修和升級。這是一個- ticipated在未來十年將看到大量的建設在教育部門。鑒于日益增長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多的關注作出新的改進和設計能有效?作為實踐。 地源熱泵~地源熱泵！系統(tǒng)提供一個有吸引力的替代加熱和冷卻的應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效應?缺陷，但由于其優(yōu)良的區(qū)劃能力。仔細劃地源熱泵系統(tǒng)設計導致更好的匹配的設備能力區(qū)負荷，導致上級區(qū)舒適水平。 有數以百計的地源熱泵系統(tǒng)運行在今天的教育教育設施在北美國。美國社會的采暖，制冷和空調工程師協(xié)會~！介紹了運行的地源熱泵系統(tǒng)的父親麥吉夫尼中學附近的多倫多，安大略~字1998！。燃氣系統(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水水熱泵位于三機械室。熱管式余熱回收系統(tǒng)裝機容量517千瓦的前提是用于室外空氣?？傃b機容量為1442千瓦，熱泵~11.7平方米/千瓦！接地回路的熱交換器。~供應！由360個垂直，32毫米直徑12330管安排在一個網格模式。各鉆孔深61米的總長度為21950米~孔15米/千瓦安裝熱泵容量！?？偘惭b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！。設計師估計成本傳統(tǒng)的變風量系統(tǒng)與燃氣鍋爐和機組的2500000美元。它與政府激勵，簡單的回報的地源熱泵系統(tǒng)是大約12.4年。 ~1998字！還介紹了操作的地源熱泵系統(tǒng)在奧內米亞在明尼蘇達小學。燃氣系統(tǒng)是安裝在建的1992。學校是一個單層建筑總面積7250平方米。暖通空調系統(tǒng)在學校由53個水-氣熱泵。一個175千瓦的水-水熱泵僅用于通風涼爽空氣的體育館。鍋爐系統(tǒng)是用來預熱空氣通風?？傃b機容量679千瓦~熱泵10.7平方米/千瓦！由560個垂直的供應。25-mm-diameter管設置在28320網格模式。每個鉆孔是16.8m深，總長度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！。這個費用估計只有46600美元，高于其他雙管式風機盤管系統(tǒng)最初被認為。它與政府激勵，簡單的回報的地源熱泵系統(tǒng)估計在3.5年。 1999的~！介紹了復古的?學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。電阻線圈在現有教室控制臺單位和空氣處理取代海鷹- 油好線圈，這是耦合到20水水熱泵總容量為703千瓦~9平方米/千瓦！供應。這包括6立柱威爾斯，每457米深，總長度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，由于需要運行一個完全新的絕緣雙管系統(tǒng)-透射電子顯微鏡的整個建筑。審查1996個業(yè)務的數據顯示，節(jié)省了57000美元。 也許最著名的記載情況研究燃氣熱泵系統(tǒng)在學校進行的橡樹嶺國家實驗室的林肯，內布拉斯加，學區(qū)~ --避蚊胺鋁。2000！。研究的主要目的是為了文件的運行和維護成本的四所學校在林肯與地源熱泵系統(tǒng)和比較這些操作和維護費用，學校在林肯與常規(guī)空調系統(tǒng)的燃氣新學校的平均被發(fā)現使用26%的能量小于非系統(tǒng)新學校。我們學校的酷100%的?地盤面積達到62–暖通空調通風89種標準。大約12%的學校使用更少的能源比我們學校，但冷靜不到15%的空間，提供通風空調。燃氣系統(tǒng)也被發(fā)現最低的維護成本每區(qū)的條件?為太空觀測資料的基礎上，建立仿真模型建立和壽命周期成本的一個系統(tǒng)進行了比較。生命周期成本的系統(tǒng)被認為是15%，低于下最經濟的選擇：一個水冷冷水機組和燃氣熱水鍋爐的變風量空調與浩。 改造的申請以及在新的建筑，全壽命周期費用的創(chuàng)新設計了地源熱泵系統(tǒng)可以成本競爭力的常規(guī)系統(tǒng)。設計師可能需要 系統(tǒng) 的方法，不僅注重供應也對建筑物的內部。例如，混合燃氣熱泵系統(tǒng)提供一個很好的選擇設計師減少大小的閉環(huán)供應增加一個補充部分處理的部分建筑熱負荷。其中一些選擇混合系統(tǒng)包括一個冷卻塔，太陽能集熱器陣列，或熱存儲系統(tǒng)。其他成本效益的設計方案是分散地環(huán)路在建筑物不同?為計劃~非中心1999！，包括熱回收的通風和空氣省煤器周期~外1998！包括變速泵~集和諾1997！。此外，具體的改造應用，水加熱水地熱熱泵非常適合更換主鍋爐和機組等設備；二次空氣處理機組，對流式散熱器，并可能被留在地方。 該項研究的目的，本文已審查節(jié)能機會在復古?不一個空調系統(tǒng)在學校的建設在懷俄明東南。現有系統(tǒng)由六個傳統(tǒng)的定風量空調采暖通風單位提供的熱量燃氣熱水鍋爐。所提出的改造是地熱熱泵系統(tǒng)的一個補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有的特點，建立了。該建筑熱負荷和現有系統(tǒng)的能耗計算建筑負荷分析和系統(tǒng)熱力學~爆炸！~建筑負荷2000！模擬計算軟件與典型氣象年~銅排！氣象數據。glhepro ~斯皮特勒1999！接地回路的設計軟件和程序~2000！一個系統(tǒng)，仿真軟件包， 該項研究的目的，本文已審查節(jié)能機會在復古?不一個空調系統(tǒng)在學校的建設在懷俄明東南。現有系統(tǒng)由六個傳統(tǒng)的定風量空調采暖通風單位提供的熱量燃氣熱水鍋爐。所提出的改造是地熱熱泵系統(tǒng)的一個補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有的特點，建立了。該建筑熱負荷和現有系統(tǒng)的能耗計算建筑負荷分析和系統(tǒng)熱力學~爆炸！~建筑負荷2000！模擬計算軟件與典型氣象年~銅排！氣象數據。供應專業(yè)~斯皮特勒1999！接地回路的設計軟件和程序~2000！一個系統(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)。能源消耗進行了比較系統(tǒng)的存在和發(fā)展，和經濟分析進行了簡單的回報。 方法，系統(tǒng)仿真與分析 建筑描述和現有的空調系統(tǒng) 主題的學校是一個單層建筑總規(guī)劃面積約4925平方米。它建于1991和設計有6個溫度區(qū)如圖1所示。學校是目前用于幼兒園到第六年級，和通常用于社區(qū)活動在課余時間。 建筑圍護結構包括外墻面磚建造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，絕緣領空，76毫米，9.5毫米，51毫米絕緣，和一個13毫米的石膏鋼甲板，共有熱電阻3.12c-m2/ W板?為大會分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，一個總熱阻0.17c-m2/ W學校?不能使用自然意義日光通過天窗融入回廊屋頂結構。每個教室都有大約6平方米的窗口區(qū)域除了一個外部金屬門。 風機房位于每個區(qū)，其中房屋空氣處理單元~空調機組！分布的空氣通過管道系統(tǒng)的每一個房間，每區(qū)。一個典型的空調系統(tǒng)示意圖見圖2，和小組的時間表是在表1。球迷們等體積?現在用熱水線圈放在下游的混合戶外和返回空氣流。沒有熱回收計算空氣是大號。熱水循環(huán)加熱線圈放置在管道系統(tǒng)空氣放電點附近。循環(huán)線圈連接到一個雙管分配系統(tǒng)由一個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建設需要。 全年空調運行成本為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用為空調系統(tǒng)運行在這一年或47500美元9.64/m2。如圖3，大約50%的年度效用成本是花在風機功率消耗。 提出了改進的空調系統(tǒng) 該系統(tǒng)是一個地熱熱泵系統(tǒng)補充太陽能熱收藏家和通風空氣熱回收。一個額外的好處的地源熱泵系統(tǒng)的能力，必要時空間冷卻。燃氣系統(tǒng)采用再多的現有系統(tǒng)的可能，除鍋爐，是退役和地方的一個有利的優(yōu)勢~鍋爐退役是消除可能爆炸的危險！。所有奧胡斯和現有的管道工作都是重復使用。一個系統(tǒng)的系統(tǒng)如圖4所示，下面介紹。