某体育中心项目冷热源方案分析

朱伟昌

（同济大学建筑设计研究院（集团）有限公司，上海 200092）

0 引言

近年来，随着我国经济建设的高速发展，综合国力的日趋强大，众多大型场馆如综合体育场馆群、展览馆群陆续建设并投入使用。但是，伴随而来的则是建筑能耗的不断增加。在确保使用功能的条件下降低能耗、合理利用可再生能源，已成为建设资源节约、环境友好型社会的重要基础。

对某一区域内的多个建筑物供冷（热）有两种方案：1）区域供冷（热）-利用集中能源中心对所有的建筑物供冷（热）；2）常规空调方案-在每栋建筑物内设置常规的空调系统。加强区域能源系统的深入研究，仔细分析具体项目的实施前提与适用性，才能设计出环保、节能和经济的区域能源中心[1]。区域供冷技术在供冷密度高或使用时间交错的复合建筑群体中使用比较适宜[2]。同时，区域供冷系统存在一个经济性最优的供冷距离[3-4]，结合尽可能大的供回水温差及紧随负荷变化的控制策略以提高整体的系统能耗[5]。

为了使此大型体育中心项目在建成后能真正做到低能耗运行，结合以上对于区域供冷的研究，本文拟采用建筑与系统动态模拟分析软件eQUEST，对体育中心各单体进行了全年8760小时的逐时负荷动态模拟，以模拟结果来指导冷热源系统的设计，在满足环境控制的要求下，尽量减少能源消耗。

1 项目介绍

1.1 项目概况

该体育中心占地47.25公顷，总建筑面积约33万m2。共由“一园一场两中心”组成：即一座体育公园，一个体育场、游泳馆、体育馆、健身馆以及体育研发和商业中心。它将成为集竞技、健身、商业、娱乐为一体的多功能、生态型体育中心。基地周围已有居民社区陆续建成，体育中心将成为工业园区市民休闲、运动、赏景的重要设施。

1.2 各建筑概况

商业建筑与酒店：建筑面积105770 m2。裙楼地下一层至四层主要用于商业、餐饮，主楼五至十层为酒店，十一至十四层为办公区。全年使用。

体育馆：建筑面积50942 m2。主要用于文化演艺与体育比赛，地下一层与一层部分区域用作商业区。商业区全年使用，文化演艺活动预计每周一次。下文eQUEST能耗模拟中，演艺活动假定为每周日晚上19:00～23:00，空调系统运行时间为17:00～23:00。

游泳馆：建筑面积46185 m2。设有训练池、比赛池各一个。训练池全年向大众开放，比赛池每年五月中旬至九月中旬开放。泳池开放时间，七月至八月为5:00～23:00，其余为12:00～22:00。建筑一层设有健身中心及商业区，全年开放，健身中心营业时间为每天12:00～22:00，每周7天。

体育场：建筑面积88922 m2。主要用于重大体育赛事，假定5次/年（后文eQUEST能耗模拟中假定比赛时间为2、4、6、8、12月的15日～19日，各五天）。体育场附属功能区还包括健身中心与商业区，全年开放。健身中心开放时间与游泳馆健身中心相同。

2 eQUEST能耗模拟

为了准确计算本项目四座建筑全年空调、采暖、生活热水能耗，从而为冷热源方案对比分析提供依据，选用eQUEST能耗模拟软件对本项目四幢建筑分别进行全年8760 h能耗模拟计算。

2.1 模型参数

本项目所在的苏州市位于夏热冬冷地区，纬度、气候条件与上海基本一致。因此参考上海市气象数据。具体参数如表1所示。

表1 主要功能区模型参数

2.2 模拟计算结果

研究中通过对体育场馆的作息时间分析，并运用eQUEST能耗模拟软件计算出各建筑单体在全年运行过程中的冷热负荷（表2），以及生活热水耗热量（表3），最后在表4中统计出本项目各建筑全年的总耗冷、耗热量。

表2 各建筑空调冷、热负荷表

表3 各建筑耗热量表

表4 各建筑全年总耗冷、热量表/(×106kW·h)

图1 体育馆8760 h冷热负荷分布图

图2 体育场8760 h冷热负荷分布图

图3 游泳馆8760 h冷热负荷分布图

图4 商业（含酒店、办公）8760 h冷热负荷分布图

图5 建筑群8760 h冷热负荷分布图

3 冷热源方案对比

3.1 备选冷热源方案

由于本项目四个建筑在使用时间、使用频率及使用性质上存在较大差异，如何合理的设置冷热源方案，使本项目的全年运行能耗降到最低，是笔者关心的问题。

拟提出以下几种冷热源设置方案进行分析，见表5。

表5 冷热源方案表

3.2 各冷热源方案经济性对比

根据全年8760小时eQUEST负荷模拟结果和生活热水逐时用量，结合苏州市公共事业电价及天然气价格，计算了上述四种冷热源使用方案的全年运行费用（包括制冷机电费、锅炉燃气费及水泵电费），见表6。计算了各方案的初投资，见表7。

通过比较结果可以看出集中设置能源中心为整个项目供空调冷、热水以及生活热水的方案最有优势。

表6 各方案年运行费用表

表7 各方案初投资比较表

集中设置能源中心，虽然增加了冷、热水输送距离，需采用二次泵系统，水泵购置与管路铺设成本都有所上升，但是总装机容量需求相比分散设置大大缩小，锅炉、冷水机组购置成本大幅下降。

4 结论

通过本项目对冷热源方案的分析，可以得出以下结论：

1) 在较短的供冷半径前提下，集中设置能源中心方案，在初投资和运行成本方面均优于分散设置冷热源的方案；

2) 冷热源系统集中程度越高，年运行费用越低，初投资越低；

3) 集中设置能源中心还具有便于统一管理的优势，可以减少机房管理人员数量及其工作量，大幅度降低运行管理的人员开支；

4) 集中设置冷热源的设备机房面积小于分散设置时的需求；

5) 在设置集中能源中心时可以考虑采用部分负荷蓄冷的冰蓄冷系统，以减少冷水机组的装机容量，提高制冷机组的利用效率。

[1] 马宏权, 贺孟春, 龙惟定. 区域供冷技术的经济适用性分析[J]. 暖通空调, 2011, 41(08): 37-42.

[2] 马宏权, 龙惟定. 区域供冷系统的应用现状与展望[J].暖通空调, 2009, 39(10): 52-59.

[3] 康英姿, 仵浩, 华贲. 区域供冷系统经济供冷距离研究[J]. 暖通空调, 2010, 40(08): 135-139.

[4] 张思柱, 杨俊, 龙惟定. 区域供冷系统最佳供冷半径研究[J]. 暖通空调, 2008, 38(4): 116-119.

[5] 朱颖心, 王刚, 江亿. 区域供冷系统能耗分析[J]. 暖通空调, 2008, 38(1): 36-40.

[6] DGJ32/J 96-2010, 公共建筑节能设计标准[S]. 2010.