1、学校建筑设计暖通空调改造与混合地源热泵系统摘要：本文介绍了节能改造的加热，通风和空调系统，为学校的建设东南怀俄明。现有的系统由六个传统的定风量暖通单位提供的热气体 红色热水锅炉。拟议的替代是一个新的应用系统，包括一个地热热泵地源热泵！系统的一个补充太阳能集热器阵列。通风空气热回收和变速泵还包括。创新设计的接地回路及内部建筑循环使用系统的方法。系统仿真分析表明一个简单的投资回收期不少于 10 年。一个额外的利益 的地源热泵系统不占的经济分析是增加散热能力。号码：10.1061 / 美国土木工程师协会！ 1076-04312004！3103！数据库主题词：热泵；热能；建筑物，公共；改造；通风空调；
2、混合方法。导言和背景大多数幼儿园到第十二年级的 K！学校在北美国建在二战后时代，和他们的供暖，通风，空调暖通空调！系统需要大翻修和升级。这是一个- ticipated在未来十年将看到大量的建设在教育部门。鉴于日益增长的能源成本和来源的不确定性，工程师和建筑师需要支付了相当多的关注作出新的改进和设计能有效 作为实践。地源热泵地源热泵！系统提供一个有吸引力的替代加热和冷却的应用由于其较高的能源利用效率 缺陷和降低维修成本比传统的系统 甘蔗等。1998shonder 等人。2000！。降低能耗的地源热泵不仅是由于其较高的热力学效应 缺陷，但由于其优良的区划能力。仔细划地源热泵系统设计导致更好的匹配的
3、设备能力区负荷，导致上级区舒适水平。有数以百计的地源热泵系统运行在今天的教育教育设施在北美国。美国社会的采暖，制冷和空调工程师协会！介绍了运行的地源热泵系统的父亲麦吉夫尼中学附近的多伦多，安大略字 1998！。燃气系统是安装在建的 1992。该建筑由三层 总用地面积 16800 平方米。供应空气分配给教室和 97利用水空泵安装在大厅的天花板以外的方式各自的区。室外空气和丝氨酸-副热水条件 20水水热泵位于三机械室。热管式余热回收系统装机容量 517 千瓦的前提是用于室外空气。总装机容量为 1442 千瓦，热泵11.7 平方米/ 千瓦！接地回路的热交换器。供应！由 360 个垂直，32 毫米直径
4、 12330 管安排在一个网格模式。各钻孔深 61 米的总长度为 21950 米孔 15 米/千瓦安装热泵容量！。总安装成本的地源热泵系统是 2600000 美元155 美元/平方米或 1800 美元/千瓦！。设计师估计成本传统的变风量系统与燃气锅炉和机组的 2500000 美元。它与政府激励，简单的回报的地源热泵系统是大约 12.4 年。1998 字！还介绍了操作的地源热泵系统在奥内米亚在明尼苏达小学。燃气系统是安装在建的 1992。学校是一个单层建筑总面积 7250 平方米。暖通空调系统在学校由 53 个水-气热泵。一个 175 千瓦的水-水热泵仅用于通风凉爽空气的体育馆。锅炉系统是用来预
5、热空气通风。总装机容量 679 千瓦热泵 10.7平方米/千瓦！由 560 个垂直的供应。25-mm-diameter 管设置在 28320 网格模式。每个钻孔是 16.8m 深，总长度 9410 米孔 13.9 米/千瓦安装热泵容量！。总安装成本的地源热泵系统是 706100 美元97.40/m2 美元或 1040 美元/ 千瓦！。这个费用估计只有 46600 美元，高于其他双管式风机盘管系统最初被认为。它与政府激励，简单的回报的地源热泵系统估计在 3.5 年。1999 的！介绍了复古的 学校建筑在西马萨诸塞州的自治市，与地源热泵系统。30 岁，6320 平方米设施最初是所有电力和改造与地源
6、热泵系统在1996。电阻线圈在现有教室控制台单位和空气处理取代海鹰- 油好线圈，这是耦合到 20 水水热泵总容量为 703 千瓦9 平方米/千瓦！供应。这包括 6 立柱威尔斯，每 457 米深，总长度 2743 米孔 3.9 米/千瓦安装热泵容量！。总安装成本的地源热泵系统是 1195 美元/千瓦，由于需要运行一个完全新的绝缘双管系统-透射电子显微镜的整个建筑。审查 1996 个业务的数据显示，节省了 57000美元。也许最著名的记载情况研究燃气热泵系统在学校进行的橡树岭国家实验室的林肯，内布拉斯加，学区 -避蚊胺铝。2000！。研究的主要目的是为了文件的运行和维护成本的四所学校在林肯与地源热
7、泵系统和比较这些操作和维护费用，学校在林肯与常规空调系统的燃气新学校的平均被发现使用 26%的能量小于非系统新学校。我们学校的酷 100%的 地盘面积达到 62暖通空调通风 89种标准。大约 12%的学校使用更少的能源比我们学校，但冷静不到 15%的空间，提供通风空调。燃气系统也被发现最低的维护成本每区的条件 为太空观测资料的基础上，建立仿真模型建立和寿命周期成本的一个系统进行了比较。生命周期成本的系统被认为是 15%，低于下最经济的选择：一个水冷冷水机组和燃气热水锅炉的变风量空调与浩。改造的申请以及在新的建筑，全寿命周期费用的创新设计了地源热泵系统可以成本竞争力的常规系统。设计师可能需要 系
8、统 的方法，不仅注重供应也对建筑物的内部。例如，混合燃气热泵系统提供一个很好的选择设计师减少大小的闭环供应增加一个补充部分处理的部分建筑热负荷。其中一些选择混合系统包括一个冷却塔，太阳能集热器阵列，或热存储系统。其他成本效益的设计方案是分散地环路在建筑物不同 为计划非中心 1999！，包括热回收的通风和空气省煤器周期外 1998！包括变速泵 集和诺 1997！。此外，具体的改造应用，水加热水地热热泵非常适合更换主锅炉和机组等设备；二次空气处理机组，对流式散热器，并可能被留在地方。该项研究的目的，本文已审查节能机会在复古 不一个空调系统在学校的建设在怀俄明东南。现有系统由六个传统的定风量空调采暖
9、通风单位提供的热量燃气热水锅炉。所提出的改造是地热热泵系统的一个补充太阳能集热器阵列和通气救治空气热回收，这都可以在安装了成本有效地利用现有的特点，建立了。该建筑热负荷和现有系统的能耗计算建筑负荷分析和系统热力学爆炸！建筑负荷 2000！模拟计算软件与典型气象年铜排！气象数据。glhepro 斯皮特勒 1999！接地回路的设计软件和程序2000！一个系统，仿真软件包，该项研究的目的，本文已审查节能机会在复古 不一个空调系统在学校的建设在怀俄明东南。现有系统由六个传统的定风量空调采暖通风单位提供的热量燃气热水锅炉。所提出的改造是地热热泵系统的一个补充太阳能集热器阵列和通气救治空气热回收，这都可以
10、在安装了成本有效地利用现有的特点，建立了。该建筑热负荷和现有系统的能耗计算建筑负荷分析和系统热力学爆炸！建筑负荷 2000！模拟计算软件与典型气象年铜排！气象数据。供应专业斯皮特勒 1999！接地回路的设计软件和程序2000！一个系统，仿真软件包，用于尺寸和模型的性能提出地源热泵系统。能源消耗进行了比较系统的存在和发展，和经济分析进行了简单的回报。方法，系统仿真与分析建筑描述和现有的空调系统主题的学校是一个单层建筑总规划面积约 4925 平方米。它建于 1991 和设计有 6 个温度区如图 1 所示。学校是目前用于幼儿园到第六年级，和通常用于社区活动在课余时间。建筑围护结构包括外墙面砖建造 1
11、02 毫米，51 毫米，203 毫米和 19 毫米的混凝土砖石单元，石膏，以总热阻 1.57c-m2/ W 屋顶装配由 13 毫米的砾石，9.5 毫米膜，绝缘领空，76 毫米，9.5 毫米，51 毫米绝缘，和一个 13 毫米的石膏钢甲板，共有热电阻 3.12c-m2/ W 板 为大会分 102 毫米和 305 毫米的混凝土地基，与总热阻 1.81c-m2/ W 窗口建造的双层 3.2 毫米的玻璃，一个总热阻0.17c-m2/ W 学校 不能使用自然意义日光通过天窗融入回廊屋顶结构。每个教室都有大约 6 平方米的窗口区域除了一个外部金属门。风机房位于每个区，其中房屋空气处理单元空调机组！分布的空
12、气通过管道系统的每一个房间，每区。一个典型的空调系统示意图见图 2，和小组的时间表是在表 1。球迷们等体积 现在用热水线圈放在下游的混合户外和返回空气流。没有热回收计算空气是大号。热水循环加热线圈放置在管道系统空气放电点附近。循环线圈连接到一个双管分配系统由一个 5.5 千瓦的泵。热水是由2-红锅炉额定输出 235 千瓦每。辐射吊顶板和换流器放置在整个建设需要。全年空调运行成本为 2001 年，从提取出账单使用方法描述1999 字！和图形显示在图 3。总费用为空调系统运行在这一年或 47500 美元 9.64/m2。如图3，大约 50%的年度效用成本是花在风机功率消耗。提出了改进的空调系统该系统是一个地热热泵系统补充太阳能热收藏家和通风空气热回收。一个额外的好处的地源热泵系统的能力，必要时空间冷却。燃气系统采用再多的现有系统的可能，除锅炉，是退役和地方的一个有利的优势锅炉退役是消除可能爆炸的危险！。所有奥胡斯和现有的管道工作都是重复使用。一个系统的系统如图 4 所示，下面介绍。
