趙 娟，周波濤，白藝飛，高俊梅，強(qiáng)天偉

(西安工程大學(xué) 城市規(guī)劃與市政工程學(xué)院，陜西 西安 710048)

拉薩地處高原寒冷地區(qū)，冬季漫長(zhǎng)而寒冷，夜間溫度常年低于-8 ℃，歷史最低氣溫可達(dá)-16 ℃，供暖是十分必要的[1].由于其特殊的地理環(huán)境，城市熱網(wǎng)供暖無法實(shí)現(xiàn)，空氣源熱泵是比較常用的一種集中供暖方式.然而當(dāng)?shù)剌^早建設(shè)的建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)未能滿足節(jié)能建筑要求，且氣候條件與平原地區(qū)差異較大，空氣源熱泵無法達(dá)到額定制熱量，加之設(shè)備運(yùn)行數(shù)年之后系統(tǒng)性能衰減，導(dǎo)致很多既有建筑不滿足供暖要求的情況.

圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造已有眾多學(xué)者進(jìn)行了相應(yīng)的研究.桑國(guó)臣等[2]對(duì)不同朝向外墻單位面積日平均失熱量進(jìn)行分析，提出“傳熱朝向差異”的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工設(shè)計(jì)方法.李榕榕等[3]利用DeST軟件對(duì)四個(gè)城市的辦公建筑模型進(jìn)行12個(gè)角度朝向旋轉(zhuǎn)，模擬計(jì)算全年冷、熱負(fù)荷，分析朝向差異建筑對(duì)冷熱負(fù)荷的影響程度，找到該地區(qū)最佳朝向.胡達(dá)明等[4]通過DOE-2軟件模擬計(jì)算夏熱冬冷地區(qū)典型居住建筑在不同朝向時(shí)的能耗，發(fā)現(xiàn)建筑南北向時(shí)能耗比東西向時(shí)低15%左右.André Furtado等[5]通過對(duì)既有建筑的外墻填充不同材料的砌體進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造，發(fā)現(xiàn)最高可以提升70%的能效.梁秒夢(mèng)等[6]基于建筑朝向差異，對(duì)建筑進(jìn)行功能分區(qū)與室內(nèi)分區(qū)設(shè)計(jì)，即典型建筑.通過軟件模擬不同地區(qū)既有建筑與典型建筑的室外溫度、冬至日建筑耗熱量，發(fā)現(xiàn)典型建筑模型的室溫相對(duì)既有建筑模型有明顯提高.Faezeh Bagheri Moghaddam等[7]通過軟件模擬建筑在不同朝向建立綠色外墻時(shí)的能耗，發(fā)現(xiàn)在西北向時(shí)節(jié)能效果不明顯，而在南向建立綠色外墻時(shí)建筑能耗下降28%.崔俊奎等[8]通過工程實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)既有建筑保溫特性與節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)有較大差距.通過模擬計(jì)算參數(shù)達(dá)標(biāo)前后圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗差，并比較各方案的改造費(fèi)用得出最優(yōu)方案.黃帥帥等[9]通過DeST軟件模擬得出建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分改造后節(jié)能情況.外墻最大熱負(fù)荷節(jié)能率為45.66%，屋面最大熱負(fù)荷節(jié)能率為4.25%，外窗最大熱負(fù)荷節(jié)能率為7.36%.F Martín-Consuegra等[10]研究了某小區(qū)住宅被動(dòng)式改造后能效改善情況，并對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造前后室內(nèi)熱環(huán)境進(jìn)行了分析.LM Ló pez-Ochoa等[11]通過全壽命周期成本分析法，采用最佳方案優(yōu)化圍護(hù)結(jié)構(gòu)并根據(jù)建筑朝向差異更改開口，以實(shí)現(xiàn)近零能源建筑.Lili Zhang等[12]通過DeST軟件模擬計(jì)算圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造時(shí)采用不同類型及厚度的材料進(jìn)行外墻保溫的建筑能耗，發(fā)現(xiàn)改造后可節(jié)省21.52%的供暖能耗.Claire Far等[13]通過FirstRate5熱舒適模擬軟件模擬了7種圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造方案下全年累計(jì)供暖與制冷能耗，發(fā)現(xiàn)改造后節(jié)能效果最高可達(dá)到71%.Lina La Fleur等[14]以瑞典某住宅為研究對(duì)象，提出一種生命周期成本不變的最佳能效的優(yōu)化方法.通過OPERA-MILP軟件進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造及能源優(yōu)化，研究發(fā)現(xiàn)對(duì)外墻節(jié)能改造比對(duì)屋頂更符合成本效益.Axel Bruck等[15]通過線性規(guī)劃法對(duì)歐洲地區(qū)既有建筑節(jié)能改造展開研究，得出了不同氣候區(qū)和建筑類型的節(jié)能改造閾值.劉曉君等[16]建立了既有住宅建筑節(jié)能改造評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并運(yùn)用模糊綜合評(píng)判法建立了既有建筑節(jié)能改造項(xiàng)目的判定模型，為既有建筑節(jié)能改造提供了決策依據(jù).Yangluxi Li等[17]通過矩陣法建立了圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型，探究了不同影響因素對(duì)建筑能耗的影響，得出減少通風(fēng)口，增加保溫材料厚度可以有效降低能耗.何梅等[18]以內(nèi)蒙古地區(qū)住宅建筑為研究對(duì)象，通過DeST軟件計(jì)算不同窗戶的冬季采暖負(fù)荷，對(duì)幾種節(jié)能窗用于不同朝向的房間的節(jié)能率進(jìn)行對(duì)比，為嚴(yán)寒地區(qū)的既有住宅建筑節(jié)能改造窗戶選擇提供依據(jù).Shahryar Habibi等[19]通過模擬的方式，研究了在屋頂鋪設(shè)光伏板的節(jié)能改造方式，得出在屋頂鋪設(shè)光伏板不僅可以增強(qiáng)建筑保溫性能，而且提高了光伏板發(fā)電效率.李崢嶸等[20]通過對(duì)貴州地捫侗寨傳統(tǒng)民居圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造前后室內(nèi)溫濕度進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)磚墻結(jié)構(gòu)能更好地穩(wěn)定室內(nèi)溫濕度.以上學(xué)者對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造進(jìn)行了研究，但拉薩地區(qū)建筑能耗不僅受圍護(hù)結(jié)構(gòu)影響，還和供暖熱源有關(guān).高鵬程等[21]對(duì)空氣源熱泵機(jī)組在嚴(yán)寒地區(qū)的運(yùn)行效果進(jìn)行了分析.結(jié)果表明熱泵機(jī)組隨室外空氣溫度的降低會(huì)出現(xiàn)制熱量不足的情況.李欣林等[22]對(duì)拉薩地區(qū)空氣源熱泵進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測(cè)試，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果發(fā)現(xiàn)空氣源熱泵在高原環(huán)境下受空氣溫度低等不利因素的影響其全負(fù)荷運(yùn)行下的制熱量、性能系數(shù)明顯降低.Michael Chesser等[23]在對(duì)愛爾蘭某建筑進(jìn)行節(jié)能改造時(shí)，對(duì)不同室外環(huán)境下空氣源熱泵性能進(jìn)行測(cè)試，發(fā)現(xiàn)室外溫度為7℃時(shí)，空氣源熱泵的COP比額定COP低16%.Jihong Pu等[24]通過實(shí)驗(yàn)探究結(jié)垢對(duì)空氣源熱泵性能的影響，發(fā)現(xiàn)污垢對(duì)加熱模式下的空氣源熱泵性能的影響會(huì)隨著空氣溫度的降低而加劇.王洋濤等[25]為解決空氣源熱泵在室外空氣溫度降低、負(fù)荷需求增大時(shí)制熱量減小的問題，提出單價(jià)能效系數(shù)的概念優(yōu)化了空氣源熱泵及輔助電加熱供暖的耦合方式，提高了供暖系統(tǒng)的節(jié)能性和經(jīng)濟(jì)性.

以上研究分別對(duì)不同朝向的圍護(hù)結(jié)構(gòu)差異、空氣源熱泵的高原修正進(jìn)行了探討，但并未基于高原寒冷地區(qū)強(qiáng)輻射、低密度的特殊氣候條件，提出主動(dòng)與被動(dòng)相結(jié)合的既有建筑節(jié)能改造綜合優(yōu)化方案.本文通過對(duì)當(dāng)?shù)亟ㄖ?shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析，充分考慮到氣象條件和地理因素的影響，采用DeST能耗模擬軟件實(shí)施了針對(duì)不同朝向有差異的圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造方案，并對(duì)空氣源熱泵運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行高原修正，針對(duì)不同方案進(jìn)行初投資和運(yùn)行費(fèi)用的綜合性經(jīng)濟(jì)性分析，得到較好的既有建筑節(jié)能改造方案.

1 供暖季室內(nèi)熱環(huán)境實(shí)測(cè)

該建筑共5層，總面積為5 200 m2，其中供暖面積為4 118 m2.建筑采用空氣源熱泵作為空調(diào)熱源形式，室內(nèi)末端設(shè)備為風(fēng)機(jī)盤管.冬季室內(nèi)供暖設(shè)計(jì)溫度為18 ℃，供回水溫度為45/40 ℃.

該測(cè)試選擇4個(gè)辦公室房間做室內(nèi)熱環(huán)境監(jiān)測(cè)，分別取南北向四個(gè)房間，其平面布置如圖1所示.

圖1 辦公建筑典型層平面圖

房間3未開啟風(fēng)機(jī)盤管，其他房間均供暖.溫濕度自記儀分別記錄12月25日與12月27日10：00～18：00室內(nèi)外溫度數(shù)據(jù)，溫度曲線如圖2所示.

圖2 實(shí)測(cè)室內(nèi)外溫度曲線

由圖2可知，溫度曲線按照被測(cè)房間號(hào)從高到低排列為：房間4>房間3>房間1>房間2.房間1與房間2為北向房間，房間1空間大，室內(nèi)溫度低，全天大部分時(shí)間都溫度低于18 ℃.房間2空間小，風(fēng)機(jī)盤管一直開啟，且電熱器取暖的情況下才能保證室內(nèi)溫度.根據(jù)房間工作人員解釋，北向房間全天都比較冷，需要空調(diào)供暖；房間3與房間4為南向房間，南向房間溫度在10：00時(shí)溫度與北向房間溫度較為接近.之后溫度上升較快，至13：00溫度最高達(dá)到24 ℃，之后再22 ℃左右波動(dòng).據(jù)房間工作人員介紹，該房間溫度較為舒適，僅在早晨需要開空調(diào)，其余時(shí)間依靠太陽輻射可滿足溫度要求.

從室內(nèi)外環(huán)境測(cè)試結(jié)果可以看出，室內(nèi)熱環(huán)境與外墻保溫有很大的關(guān)系，對(duì)于高原寒冷地區(qū)，由于太陽輻射強(qiáng)度大、晝夜溫差大、天空背景輻射強(qiáng)等因素，南北外墻應(yīng)采用不同的保溫措施，北外墻可強(qiáng)化保溫性能以防止熱量散失，南外墻可適度弱化保溫強(qiáng)度并加大窗墻比，從而強(qiáng)化白天傳熱，以提高室內(nèi)溫度，但居住建筑等夜間使用的房間需要考慮夜間散熱傳熱，要綜合比較白天得熱量與夜間失熱量以確定墻體保溫措施.

2 能耗模擬分析

2.1 建立模型及參數(shù)設(shè)置

根據(jù)以上測(cè)試結(jié)果及建議，考慮對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造以降低室內(nèi)熱負(fù)荷.采用DeST軟件建立該建筑模型，并進(jìn)行不同圍護(hù)結(jié)構(gòu)方案的能耗模擬.其DeST模型如圖3所示.

圖3 DeST模型三維視圖

初始模型圍護(hù)結(jié)構(gòu)材料根據(jù)設(shè)計(jì)施工圖紙?jiān)O(shè)定，圍護(hù)結(jié)構(gòu)各部分具體材料及參數(shù)詳見表1.

表1 初始模型圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)

其中外墻傳熱系數(shù)為0.859 W/m2·K；傳熱系數(shù)為2.569 W/m2·K；外窗類型為6+12A+6，玻璃層數(shù)為兩層，傳熱系數(shù)K為2.9 W/m2·K，太陽能得熱系數(shù)為72.2%.

室內(nèi)環(huán)境參數(shù)具體設(shè)定如下：

(1)室外氣象參數(shù)：采用拉薩地區(qū)典型年的逐時(shí)氣象數(shù)據(jù).

(2)內(nèi)擾設(shè)定：軟件內(nèi)擾部分詳見表2.

表2 室內(nèi)參數(shù)

(3)系統(tǒng)設(shè)定：建筑內(nèi)每個(gè)空調(diào)房間設(shè)定獨(dú)立風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)，采暖時(shí)間2為每年的11月4日至次年的3月19日，共計(jì)136 d.采暖運(yùn)行時(shí)間設(shè)定為每天9：00-19：00.

2.2 建筑熱負(fù)荷計(jì)算

通過DeST模擬計(jì)算得到該建筑最大熱負(fù)荷為246.95 kW，其供暖季逐時(shí)負(fù)荷曲線如圖4所示.

圖4 建筑供暖季逐時(shí)負(fù)荷

計(jì)算該建筑各房間熱負(fù)荷，并對(duì)所選房間全年熱負(fù)荷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3.

表3 典型房間供暖季熱負(fù)荷統(tǒng)計(jì)

3 供暖系統(tǒng)能耗診斷

該建筑主要暖通設(shè)備見表4.

表4 主要暖通設(shè)備表

該建筑供暖季最大熱負(fù)荷為246.95 kW，低溫型風(fēng)冷熱泵額定制熱量為70 kW×4臺(tái)=280 kW.基本滿足要求，但工程中需考慮機(jī)組老化、銹蝕或受室外環(huán)境影響導(dǎo)致制熱量下降等問題，參考李欣林[16]對(duì)拉薩地區(qū)風(fēng)冷熱泵實(shí)際制熱量隨室外溫度變化衰減的研究，結(jié)合本文研究的室外情況得出實(shí)際制熱量在38.1～63 kW之間，且僅在下午17：00左右太陽熱輻射最大時(shí)達(dá)到60 kW，故取最不利狀況每臺(tái)機(jī)組實(shí)際制熱量為38.1 kW.四臺(tái)機(jī)組共152.4 kW小于建筑供暖季最大熱負(fù)荷，故該機(jī)組不滿足要求.針對(duì)機(jī)組不滿足要求的情況，一般處理方法是更換一套大功率的熱水機(jī)組.但是這種方法存在兩種弊端，①更換一套新機(jī)組的投資費(fèi)用較高；②換用更大功率的熱水機(jī)組對(duì)于南向房間存在熱量浪費(fèi)的情況，且運(yùn)行費(fèi)用明顯增大.因此提出兩步走的改造方案：首先進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)的節(jié)能改造，降低室內(nèi)熱負(fù)荷；再對(duì)熱源進(jìn)行不同方案經(jīng)濟(jì)性比選.

4 圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造

為降低建筑能耗，首先對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化后圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工參數(shù)應(yīng)滿足西藏自治區(qū)民用建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)[26].圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化具體參數(shù)見表5.

表5 圍護(hù)結(jié)構(gòu)優(yōu)化具體參數(shù)

根據(jù)該設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，該辦公建筑位于拉薩屬于寒冷地區(qū)(C)，體形系數(shù)為0.27滿足要求；建筑南向窗墻比為0.5滿足要求；優(yōu)化前屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)為0.595>0.45不滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化后為0.289滿足要求；優(yōu)化前外墻傳熱系數(shù)為0.595>0.55不滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化后為0.45滿足要求；優(yōu)化前外窗傳熱系數(shù)為2.9>2.0不滿足節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化后為1.61滿足要求.

圍護(hù)結(jié)構(gòu)原始參數(shù)為方案1，選擇兩種改造方案，方案2在原始建筑基礎(chǔ)上，按表5的圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)在北向外墻、屋頂上添加保溫材料，北向外窗采用表5參數(shù)；方案3為建筑所有外墻、屋頂、外窗根據(jù)表5的參數(shù)進(jìn)行改造.

通過DeST對(duì)優(yōu)化后的辦公建筑模型進(jìn)行室內(nèi)外溫度、供暖季熱負(fù)荷模擬計(jì)算.在不供暖的情況下，4個(gè)典型房間室內(nèi)溫度值低于供暖設(shè)計(jì)溫度18 ℃的時(shí)刻數(shù)如圖5所示.

圖5 各房間供暖季溫度低于18 ℃小時(shí)數(shù)統(tǒng)計(jì)圖

由圖5可知，在不供暖情況下，方案1中房間1、2位于北向，室內(nèi)溫度低于18 ℃的小時(shí)數(shù)分別為1 536 h和1 912 h，房間3、4位于南向，房間溫度低于18 ℃的小時(shí)數(shù)僅為98 h和44 h；根據(jù)方案2對(duì)圍護(hù)結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造后，室內(nèi)溫度低于18 ℃的小時(shí)數(shù)大幅下降，房間1、2為197 h和453 h，而南向的兩個(gè)房間溫度全部達(dá)到18 ℃以上；方案3的改造使所有房間在不供暖時(shí)，大部分時(shí)間都可以滿足室內(nèi)溫度要求，房間1、2為50 h和46 h，南向的兩個(gè)房間溫度全部達(dá)到18 ℃以上.

三種方案下四個(gè)房間供暖季逐時(shí)熱負(fù)荷分布情況如圖6所示.對(duì)于房間1，圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造前平均日供熱量為112.22 MJ/d；圍護(hù)結(jié)構(gòu)按照方案2和方案3改造后，平均日供熱量分別為72.92 MJ/d、69.74 MJ/d；房間2三種方案下平均日供熱量分別為77.27 MJ/d、56.39 MJ/d、43.59 MJ/d；房間3三種方案下平均日供熱量分別為1.35 MJ/d、0.19 MJ/d、0.05 MJ/d；房間4三種方案下平均日供熱量分別為0.54 MJ/d、0.48 MJ/d、0.01 MJ/d.

圖6 各典型房間日供熱量曲線圖

如圖7所示，三種方案最大熱負(fù)荷值分別為：246.40、203.99、148.82 kW；供暖季總供熱量分別為：355.21、246.78、168.73 GJ，按照方案2和3進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造后，總供熱量分別減少了30.5%和52.5%.

圖7 供暖季最大熱負(fù)荷和總供熱量

5 熱源改造方案及經(jīng)濟(jì)性分析

為了進(jìn)一步滿足室內(nèi)熱舒適要求，需要對(duì)熱源進(jìn)行改造.本文提出兩種方案，方案A為不改變?cè)锌諝庠礋岜霉┡到y(tǒng)，根據(jù)方案2進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造，且僅在北向房間外墻內(nèi)側(cè)壁面敷設(shè)電熱膜進(jìn)行輔助供暖；方案B為不進(jìn)行圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造，更換所有空氣源熱泵機(jī)組.

原空氣源熱泵型號(hào)為L(zhǎng)AWM200HT/2|4|D，該設(shè)備在拉薩地區(qū)運(yùn)行時(shí)，室外溫度低于0 ℃的小時(shí)數(shù)為1 503 h，最低可達(dá)-16 ℃.運(yùn)行環(huán)境空氣溫度極低，且運(yùn)行數(shù)十年后機(jī)器本身存在的老化、磨損等問題導(dǎo)致實(shí)際制熱量遠(yuǎn)低于額定值熱量.文獻(xiàn)[22]分析了該機(jī)組實(shí)際制熱量、輸入功率隨室外溫度的變化曲線，得到拉薩地區(qū)空氣源熱泵機(jī)組制熱量高原修正系數(shù)，如表6所示.

表6 拉薩地區(qū)空氣源熱泵機(jī)組制熱量高原修正系數(shù)[16]

根據(jù)空氣源熱泵相應(yīng)性能曲線，結(jié)合表6所示的高原修正系數(shù)，線性擬合得到原有機(jī)組和新機(jī)組在拉薩運(yùn)行的制熱量、輸入功率函數(shù)關(guān)系式，如公式(1)～(4)所示.

(1)

(2)

y1=K[1.93(x)+66.66]

(3)

y2=0.64(x)+21.32

(4)

根據(jù)拉薩逐時(shí)氣象參數(shù)，室外溫度在-11～10 ℃之間變化時(shí)，根據(jù)公式(1)～(4)得到兩機(jī)組逐時(shí)制熱量和功率的逐時(shí)統(tǒng)計(jì)值，如圖8所示.

圖8 新機(jī)組與原始機(jī)組逐時(shí)制熱量及逐時(shí)功率統(tǒng)計(jì)圖

從圖可知，舊機(jī)組的制熱量在27.85～51.24 kW之間，平均制熱量為額定制熱量的56.7%.逐時(shí)功率在18.99～22.38 kW之間，平均功率為額定功率的70.6%；新機(jī)組的制熱量在37.47～68.81 kW之間，平均制熱量為額定值熱量的82%，逐時(shí)功率在14.04～27.68 kW之間，平均功率為額定功率的78%.由以上數(shù)據(jù)可知，對(duì)于高原地區(qū)，應(yīng)充分考慮到室外環(huán)境因素對(duì)空氣源熱泵制熱量的影響，不能按照額定制熱量來選型.

5.1 方案A經(jīng)濟(jì)性分析

原有空氣源熱泵型號(hào)為L(zhǎng)AWM200HT/2|4|D，該設(shè)備實(shí)際制熱量已不能滿足室內(nèi)供暖要求，需要增加電熱膜輔助供熱.根據(jù)市場(chǎng)調(diào)研，電熱膜選型及價(jià)格如表7所示.

表7 電熱膜選型

圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造初始投資(人工費(fèi)折入單價(jià))包括：EPS外墻薄抹灰系統(tǒng)的材料費(fèi)用、Low-E玻璃費(fèi)用、屋頂XPS保溫材料的費(fèi)用以及不滿足房間電熱膜費(fèi)用.初始投資費(fèi)用如表8～9所示.

表8 圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造方案2初始投資費(fèi)用表

表9 圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造方案3初始投資費(fèi)用表

拉薩地區(qū)民用電價(jià)以0.5元/kW·h計(jì)，圍護(hù)結(jié)構(gòu)按照方案2改造后空氣源熱泵供暖季耗電量為2.746 4×104kW·h，運(yùn)行費(fèi)用為1.37萬元/a；空調(diào)系統(tǒng)總耗電量為6.03×104kW·h，運(yùn)行費(fèi)用為3.015萬元/a.空氣源熱泵能耗約占空調(diào)系統(tǒng)總能耗的46%；供暖季使用電熱膜總耗電量為467.58 kW·h，費(fèi)用合計(jì)0.002 4萬元/a；方案2運(yùn)行費(fèi)用共計(jì)3.017萬元.

根據(jù)DeST軟件模擬計(jì)算結(jié)果，方案3圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造后供暖季總供熱量為168.73 GJ，空調(diào)系統(tǒng)總耗電量為5.19×104kW·h，則空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用為2.59萬元/a.

5.2 方案B經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)方案B，考慮高原修正以及最不利情況下空氣源熱泵制熱能力，選擇空氣源熱泵7臺(tái)，由造假通查得價(jià)格為17.8萬元/臺(tái)，總費(fèi)用為124.60萬元.該空氣源熱泵額定制熱量為70 kW，額定功率為29.1 kW.方案1的圍護(hù)結(jié)構(gòu)參數(shù)下空氣源熱泵總耗電量為3.866×104kW·h，空調(diào)系統(tǒng)總耗電量為7.105×104kW·h，供暖季空氣源熱泵運(yùn)行費(fèi)用為1.93萬元/a，空調(diào)系統(tǒng)總運(yùn)行費(fèi)用為3.55萬元/a，空氣源熱泵能耗占空調(diào)系統(tǒng)總能耗的54%.

5.3 整體經(jīng)濟(jì)性分析

根據(jù)文獻(xiàn)[28]，本文選擇生命周期費(fèi)用法作為經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，項(xiàng)目的生命周期取20年，基準(zhǔn)折現(xiàn)率取12%.計(jì)算得：方案A的生命周期費(fèi)用為48.263萬元，方案B的生命周期費(fèi)用為153.643萬元，根據(jù)以上分析，將前面各方案的初投資、運(yùn)行費(fèi)用及生命周期費(fèi)用匯總?cè)绫?0進(jìn)行比較.

表10 各方案對(duì)比分析

如表10所示，圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造方案2的生命周期費(fèi)用比方案3節(jié)約27.16萬元/a，所以優(yōu)先推薦方案2.則對(duì)于方案A，初投資為23.58萬元，年運(yùn)行費(fèi)用為3.017萬元；對(duì)于方案B，初投資為124.60萬元，運(yùn)行費(fèi)用為3.55萬元/a；綜合分析，方案A較方案B初投資節(jié)省101.02萬元，運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省了0.533萬元/a.生命周期費(fèi)用節(jié)省了105.38萬元/a.以上分析表明方案A經(jīng)濟(jì)性更好，是可以優(yōu)先推廣的既有建筑改造方式.

6 結(jié)論

對(duì)拉薩某辦公建筑室內(nèi)外溫度實(shí)測(cè)，發(fā)現(xiàn)南北向房間熱負(fù)荷差異巨大、北向房間溫度不滿足供暖要求.為進(jìn)一步探究以拉薩為代表的高原寒冷地區(qū)節(jié)能改造措施，本文采用全生命周期費(fèi)用為指標(biāo)，從圍護(hù)結(jié)構(gòu)節(jié)能改造和熱源改造兩個(gè)方面進(jìn)行優(yōu)化，得出以下結(jié)論：

(1)對(duì)拉薩某辦公建筑進(jìn)行室內(nèi)外溫度實(shí)測(cè)，結(jié)果顯示，南向房間3和4溫度較為舒適，滿足采暖要求；北向兩個(gè)房間室內(nèi)溫度低，開啟空調(diào)后室內(nèi)溫度大部分時(shí)間低于18℃，不滿足采暖要求.為解決此問題，提出圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造；

(2)分別采用方案1(未改造)、方案2(北向圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造)和方案3(全部圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造)進(jìn)行DeST能耗模擬，模擬結(jié)果顯示，方案2改造后在供暖季的總供熱量為246.780 GJ，比方案1減少了50.79%；方案3改造后在供暖季的總供熱量為168.732GJ，比方案1減少了52.5%，圍護(hù)結(jié)構(gòu)改造效果顯著；

(3)為進(jìn)一步滿足室內(nèi)熱舒適要求，提出方案A(改造圍護(hù)結(jié)構(gòu)并加裝電熱膜)和方案B(直接更換空氣源熱泵).對(duì)這兩種方案分別進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性分析后得出：方案A初投資為23.58萬元，年運(yùn)行費(fèi)用為3.017萬元；方案B初投資為124.600萬元，年運(yùn)行費(fèi)用為3.55萬元；從經(jīng)濟(jì)性分析結(jié)果來看，方案A較方案B，初投資費(fèi)用節(jié)省101.02萬元，年運(yùn)行費(fèi)用節(jié)省0.533萬元，生命周期費(fèi)用節(jié)省105.38萬元，是可以優(yōu)先推廣的既有建筑改造方式.