江曉雷  肖艷紫  張 昌
（武漢紡織大學  環境工程學院， 湖北  武漢  430073）

    摘  要：針對風冷熱泵空調機組全年能耗計算專題，通過以某一工程為例，歸納了風冷熱泵空調機組逐時能耗的工程計算方法。它為評價空調系統全年能耗、電費及二氧化碳排量提供了有效的手段和準確的數據。
    關鍵詞：風冷熱泵； 空調能耗； 計算方法
    中圖分類號：TU831           文獻標識碼：A        

    The Air Cooled Heat Pump Chiller Annual Cooling Energy Consumption Calculation Analysis

    Jiang XiaoLei   Xiao Yanzi   Zhang Chang
   (School of Environmental Engineering,Wuhan Textile University, Wuhan Hubei 430073,China)

    Abstract：  For the feature of annual energy consumption calculation about the air cooled heat pump unit, take a project as an example, the engineering calculation method of air cooled heat pump unit hourly energy consumption has been summarized . It provides effective means and accurate datas about air conditioning system of evaluate the annual energy consumption, electricity and carbon dioxide emissions in future.
    Keyboards:  Air Cooled Heat Pump; Air Conditioning Energy Consumption; Calculation Method

    引言
    風冷熱泵空調機組具有安裝簡便、布置靈活、占用建筑空間小，使用方便等優點。在諸如辦公室、小會議室、接待室等多種使用功能房間在同一建筑物的場合，能充分體現風冷熱泵空調系統既能靈活布置，又能經濟運行的特點。但是對于廣大用戶來說，在決定采用該空調設備時，還必須知道空調機組能耗情況，以便進行技術經濟分析。本文介紹了采用風冷熱泵空調機組全年空調能耗計算方法，為業主選擇最優的空調方案提供一種技術經濟分析手段。
    1  室外計算干球溫度的確定
    首先室外干球溫度直接影響建筑物空調負荷大小、能量消耗以及用電量等；其次，對于風冷熱泵機組, 室外空氣溫度對冷凝換熱影響很大，機組的性能也會隨室外空氣溫度的變化而變化[1]。如果在空調負荷計算中，室外干球計算溫度采用月平均溫度，將會與實際運行情況存在一定差n，而本文將計算空調負荷所采用的計算溫度精確到每天的逐時室外干球溫度，這將對空調負荷計算提供更接近工程實際的計算前提。
    根據相關文獻，我國的歷年日平均溫度值負荷正態分布規律[2]。根據室外計算干球溫度統計學原理，用DeST的隨機氣象模型Medpha[3]可以得到武漢地區一年中8760個逐時室外計算干球溫度。數值計算得出的武漢地區逐時室外干球溫度見圖1。

   全年最熱的一天為7月30日，最高值39.6℃出現在17時，這天的逐時室外計算干球溫度見圖2。

    全年最冷一天為1月24日，最低值-3.9℃出現在8時，這天的逐時室外計算干球溫度見圖3。

    2  建筑物的空調負荷計算
    某金融公司入駐光谷金融港一期工程中A3棟辦公樓的14～15層，建筑面積為3952㎡，層高4.3m。A3棟辦公樓主要用于辦公，每層均有辦公室，會議室，接待室等。當逐時室外計算干球溫度確定后，就可以計算逐時空調負荷值，從而可以計算采用風冷熱泵機組后，每年在風冷熱泵空調機組運行上投入的能耗及相關的技術經濟ぞ蕁＠如，運行費用、二氧化碳排放量等等。
    2.1 室內的參數確定
    根據該金融公司需要， 14～15層各房間的使用功能為辦公室、會議室、會客室及展示廳等，辦公時間為8：00～17：00。由《采暖通風與空氣調節設計規范》（GB 50019-2003）室內設計參數為：夏季溫度：26℃，相對濕度：55%；冬季溫度：20℃，相對濕度：50%。
    2.2 全年空調負荷
    本文充分考慮了建筑物的負荷影響因素，比如建筑物本身的物理因素（建筑物朝向、建筑物形狀、層高、維 結構等）、內擾因素（人員散熱、照明及設備散熱）、外擾因素（室內設計參數、新風量），對建筑物進行動態負荷模擬，其模擬出的動態逐時負荷數值見圖4。由于處理數據眾多，在此只列出模擬出負荷值的動態分布圖，其最大冷負荷為436.24kW，最大熱負荷為440.56kW。

    3 風冷熱泵機組應用模型建立
    3.1 設備名義工況參數
    根據模擬出的最大冷負荷和最大熱負荷，該工程風冷熱泵空調機組初步采用頓漢布什公司ACDXHP-140R-134a的風冷熱泵機組。其選用機型的名義工況技術參數為：制冷量474kW，輸入功率141.5kW，制熱量505kW，輸入功率139.9kW，夏季制冷冷凍水出水溫度7℃，冬季制熱機組進出水溫度40/45℃。
    3.2 多參數非線性函數表達式
    相關研究表明[4]，用多元非線性函數來描述風冷熱泵機組的的工作性能（即制冷量和耗功率與外在參數之間5函數關系）具有較高的精度。本文用于描述風冷熱泵機組制冷量、耗功率與室外干球溫度、冷凍水出口溫度2個參數之間關系的多元非線性函數表達式如下。
    

    式（1）～（4）中， 為實際工況時的COP與名義工況時的COP的比值； 為相對名義工況室外空氣進口溫度的偏差率； 為相對名義工況冷凍水出口溫度的偏差率；Tci為室外空氣入口溫度，℃；Teo為冷凍水出口溫度，℃。下標r表示該參數名義工況的值， （i=1,2,3,…,10為擬合常數）。
    3.3  工程應用模型的建立
    要對式（1）中的參數進行擬合，我們不僅需要知道風冷熱泵機組名義工況，還需要知道變工況的工作性能參數。對于變工況工作性能參數是廠家在性能測試平臺上經過風冷熱泵機組在一定工作范圍內實際運行得出的實驗值，廠家在出廠設備中會提供[5]。在二者已知的條件下，對公式（1）中的參數進行最小二乘法擬合，求得ACDXHP-140R-R134a系列機組模型在夏季制冷工況，冬季制熱工況下擬合常數如表1。

    4 空調系統全年能耗計算
    根據上表列出的非線性函數式的常數，以及在DeST軟件上計算出的室外氣象參數逐時值，依據所選設備的廠家提供的設備性能參數表，我們可以編程計算出空調系統的cop值。下一步，由建筑物空調逐時負荷，編入數據庫，利用上一步得到的cop值可得到空調機組的逐時功率。
    對于業主而言，空調機組的經濟性是業主選擇空調系統的重要指標之一。通過上述計算得到該風冷熱泵空調機組一年內的逐時功率條件后，我們乘以時間即可得到該風冷熱泵空調機組一年內逐時能耗。再乘以當地的電費，即可得到該風冷熱泵空調機組一年所耗電費。業主可以通過上述計算方法，為其選擇空調設備提供依據。
    二氧化碳的排放將直接影響大氣環境，國家“十二五”規劃提倡低碳、綠色、節能、環保等理念，而二氧化碳排放量將是衡量空調系統是否能夠達到該理念要求的重要依據之一。當前國內外二氧化碳排放計算方法及要求各不相同，本文采用的二氧化碳計算方法是依據“碳足跡”計算公式，針對風冷熱泵空調機組耗電量來計算二氧化碳排放。
    以上述工程為例，通過數值模擬所得到逐時能耗見圖5。計算得出該金融公司所采用風冷熱泵空調機組一年總能耗為28400.14kW/h。根據目前武漢地區每度電0.573元，得到該公司一年內所耗電費16273.28元。根據“碳足跡”計算公式中用電的二氧化碳排放量（kg）=耗電度數×0.785，得到該棟建筑一年內二氧化碳的排放量為22294.11kg。

    5 小結
    本文通過一個工程實例，給出了風冷熱泵空調機組的能耗計算方法，其主要計算步驟有：
    ①室外計算干球溫度的確定。可采用DeST軟件得到準確的室外計s干球溫度，為后面的空調負荷計算和機組能耗計算提供依據；
    ②建筑室內參數的確定。不同功能房間其室內參數不同，參照《采暖通風與空氣調節設計規范》（GB 50019-2003）確定室內參數；
    ③空調負荷的計算。運用軟件模擬計算得到建筑物空調的逐時負荷值；
    ④設備初選型。根據建筑物最大空調負荷值，可以初步選擇幾臺不同型號的空調機組；
    ⑤空調機組能耗計算。對初步所選空調機組分別建模，得到各臺空調機組逐時能耗值；
    ⑥建筑空調二氧化碳排量及電費計算。根據相關計算公式及方法，計算各臺空調機  組相關經濟指標；
    ⑦方案比較。依據上述計算得到的數據，對所選不同型號的空調機組進行比較，選出最優的空調方案。
    本文提供的能耗計算的方法將為業主從眾多空調方案中選擇最優的方案提供一種技術經濟分析手段，并可以此為基礎繼續深入研究，比如提出綠色建筑評價的指標，開發出更適合該地區的綠色建筑節能新技術，等等。

參┪南祝

[1] 金星，張小松.風冷熱泵機組部分負荷變工況下優化風量的初步研究[J].流體機械,2008，36(4):63-67
[2] Tianzhen H,Yi Jiang.A new multi-zone model for the simulation of building thermal performance[J].Building     and Environment,1997,vol.32(2);123-128.
[3] 清華大學建筑科學系DeST開發小組.DeST-h技術資料[DB/OL].2003：19-23[2012.6.8].               http://dest.tsinghua.edu.cn/chinese/theory/jswd.asp.
[4] 張昌，王福林,吉田治典.建筑設備系統最/化運行技術[J].暖通空調，2010，40(3):73-78.
[5] 李威，張昌.基于外在參數的冷水機組數學模型[J].制冷與空調，2011，25（6）：620-623.