PDF《建筑环境设计模拟分析软件 DeST》

建筑环境设计模拟分析软件 DeST 第10 讲、暖通空调方案的经济性分析 清华大学 刘烨燕达江亿摘要 暖通空调方案的经济性评价是暖通空调设计过程中必不可少的环节,它必须针对暖 通空调系统设计由浅入深、逐步深化的过程,在设计的不同阶段,尽可能准确地评价拟采用 的暖通空调方案的经济性,从而为优化设计、比较方案提供经济方面的依据.

本讲详细阐述 了DeST 中暖通空调方案经济性分析所选用的模型与模拟方法. 通过一商用办公写字楼为案 例, 针对暖通空调系统设计过程中的不同设计阶段, 进行了方案的可行性分析和经济性分析, 以此介绍经济性分析的方法和如何解决实际问题. 关键词 经济性分析 初投资 运行费 生命周期费用 Building environment design simulation software DeST(10): The economic analysis for heating, ventilating and air conditioning (HVAC) systems By Liu Ye, Yan Da , and Jiang Yi Abstract The economic evaluation of heating, ventilating and air conditioning (HVAC) systems is the most important stage of the design process. The economic analysis for HVAC systems should follow closely with the design process that progressing from coarse to detail. It has to be able to provide accurate economic evaluation details for the system selected and therefore it is possible for optimising the design based on the economic data. This paper describes in detail the economic models and simulation methodology used in DeST for HVAC systems economic analysis. It was then used, according to different stages in the design process, to carry out feasible and economic analysis for an office building as a case study to introduce the practical application of the economic models of DeST. Keyword Economic evaluation Initial cost Operating cost Life cycle cost Tsinghua University, Beijing, China 刘烨,女,1978 年7月生,大学,在读硕士研究生

100084 北京清华大学建筑学院建筑技术科学系 (010)62789761 E-mail: [email protected] 收稿日期:2005.3.21

0 引言 暖通空调工程是涉及面广、包含内容多、复杂多样的系统工程,对于同一空调要求, 可以有很多种不同的空调解决方案, 我们最终应该选择哪个方案?选择方案的依据是什么? 应该以能源消耗量少为依据?还是以初投资少为依据?或者以运行管理方便、 运行费少为依 据?其实,对一个暖通空调系统方案性能的全面、公正的评价至少应该包括两个方面(见图 1) , 一方面通过对该方案的运行进行全年全工况模拟分析, 得到该系统方案所能提供的室内 人工环境参数,给出满足使用要求的满意度作为对该方案可行性的评价.另一方面,计算该 方案的初投资和运行费,给出系统方案的生命周期费用作为对该方案经济性的评价 [1] .然后 设计人员结合这两方面的评价,权衡利弊,确定功能与成本最佳匹配的暖通空调设计方案. 因此,方案的经济性评价是暖通空调设计过程中必不可少环节. 暖通空调系统方案 评价 可行性分析 经济性分析 可行性评价指标: 满意率 经济性评价指标: 生命周期费用 全工况模拟分析 初投资、运行费计算 图1暖通空调系统方案评价示意图 建筑环境系统设计是一个循序渐进并且不断反馈的过程, 系统设计应分阶段进行. 因此, 暖通空调方案的经济性分析, 必须针对每个设计阶段不同的设计任务, 对本阶段拟采用的多 个方案的经济性进行预测和比较, 从而在不同的设计阶段, 为暖通空调设计师及工程建设部 门提供方案选择的经济性依据. 本文将首先介绍目前暖通空调方案经济性分析的研究现状, 然后阐述 DeST 中暖通空调 方案的经济性分析所选用的模型与模拟方法,最后辅以实例来详细说明.

1 暖通空调方案经济性分析的研究现状 由于暖通空调方案的经济性是决定方案是否选用的重要指标之一, 目前已有相当多与此 相关的研究发表, 大多都是针对暖通空调设计过程中某一阶段的某个具体问题. 同时目前的 大部分能耗模拟软件, 例如美国的 EnergyPlus, 也都涉及到暖通空调方案能耗的经济性分析. 下面分别进行简要介绍. 1.1 暖通空调方案经济性分析的具体研究 国内外已经有相当多关于暖通空调方案经济性的研究, 大多是针对设计过程中的某个具 体问题的经济性进行了分析, 很少对暖通空调系统整体经济性计算方法作研究. 正是由于缺 乏整体系统的方法, 在分析某个局部的具体问题时就无法避免分析的片面性. 比如建筑部件 经济特性的研究, 在此类研究中建筑部件的经济性分析模型存在以下不足: 在计算初投资时, 一般只考虑到改进型建筑部件与基准建筑部件的差价所引起的初投资增加部分, 而没有考虑 到因改进建筑部件减少了建筑的冷热负荷, 从而减小空调末端设备和冷热源的容量所减少的 初投资部分. 另外, 目前的经济性分析依然是建立在原先单点设计的角度上去分析考虑, 这样也会使 得其结果存在较大误差.比如:在冷热源选型研究中,当计算冷热源的运行费用时,一般是 根据全年冬夏季建筑的冷热负荷,直接采用制冷机组额定的 COP 或者采用冷热源的平均出 力、当量负荷率等指标,折合计算出冷热源的年耗电量或耗汽量,然后再乘以固定的电价或 燃气价得到冷热源设备的全年运行费. 这样的计算方法存在以下不足: 由于室内外参数等因 素随时间变化, 建筑物全年空调冷热负荷也是随时间变化, 制冷设备并不是全年运行在额定 工况点上, 而是运行在部分负荷下. 同时不同类型的冷热源设备在部分负荷下的运行性能差 异很大,如果直接采用制冷机组额定的 COP 等固定常数来计算耗电量时,会出现一定的误 差.最终将会影响冷热源选型的经济性分析的可信度. 1.2 能耗模拟软件 EnergyPlus EnergyPlus是美国能源部和劳伦斯伯克利国家实验室继1998年停止DOE-2的开发后, 重 新开发的新的软件.它由四个主要模块构成:负荷模块、系统模块、设备模块和经济模块. 模拟时采用集成同步的负荷模拟、 系统模拟和设备模拟P [2] P, 这种方式无法独立运行负荷模拟、 系统模拟和设备模拟, 需要输入详细数据一同进行模拟. 然而实际的空调设计过程是一个分 阶段进行、逐步深化的过程,在不同的阶段需要不同的数据,面向不同的设计对象,解决不 同的问题. 随着设计的深入展开未知数据逐步转变为已知. 所以这种整体的集成同步的模拟 限制了它在暖通空调设计过程中的应用. 所以该软件主要用于详细设计完成之后的建筑能耗 分析和评估,其经济模块也是计算为满足负荷所需要的能源费用P [3] P.因此EnergyPlus的经济 性模型不符合设计过程的循序渐进性, 没有与暖通空调系统设计由浅入深的每一步紧密结 合,也就不能在设计的不同阶段,当设计人员需要进行方案取舍时,提供出量化的依据. 综上, 对暖通空调系统设计过程中的经济性评价方法的系统研究亟待进行, 迫切需要一 种更准确、更方便、更有预见性的经济性计算方法,在暖通空调系统设计的过程中对暖通空 调系统的各个部分及整体系统的经济性进行准确、方便地预测.

2 DeST 中暖通空调方案的经济性分析方法 2.1 DeST 的分阶段模拟思想 本着 分阶段设计,分阶段模拟 的理念,建筑模拟软件 DeST 在开发过程中融合了实 际设计过程的阶段性特点,将模拟划分为建筑热特性分析、系统方案分析、空气处理方案........