改进的BIN参数在水源热泵住宅中央空调系统中的应用

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要： 本文对美国ASHRAE改进的bin能耗计算方法(Modified Bin Method)作了一些适合于我国华北地区民用住宅使用的修改后，根据天津市最近十二年的气象数据，计算了天津地区全天24小时和18:00～8:00之间两种情况下的全年Bin数据。并在考虑了水源热泵的部分负荷特性对机组效率的影响之后，对水源热泵住宅中央空调系统的两种常见工作模式进行了全年能耗计算与分析。

关键词： 水源热泵 住宅中央空调 Bin 能耗分析 部分负荷特性

Application of the Modified BIN Method to WSHP Residential Central Air-conditioning System

Abstract: Both heating and cooling loads can be estimated using the Bin (temperature frequency) method, so the Modified Bin Method from ASHRAE was applied to this article. Modified to fit the condition of the residence in North China, two kinds of Bins concluding both the whole day and the night throughout one year were given out referring to the latest twelve years’ weather data of Tianjin. Then the energy calculation and analysis for two normal run modes of the Water Source Heat Pump (WSHP) residential central air-conditioning were done at the concept of partial load characteristic.

Keyword: Water Source Heat Pump, Residential Central Air-conditioning, Modified Bin Method, energy calculation and analysis, partial load characteristic .住宅建筑能耗分析与计算实例 3.1建筑概况

为具有代表性,本文选用了一户位于天津市某高档水源热泵系统住宅小区的标准户型住宅,户型为三室两厅、双卫双厕空调面积200平米。空调机组选用我们自己开发的水源热泵中央空调机组。该建筑基本情况如下：

1) 夏季室内设计参数tn=26℃, dn=12.7g/kg ；

2)冬季室内设计参数：正常运行tn=20℃, dn=7.4g/kg；防冻运行：tn=10℃，dn=3.8 g/kg；

3)外墙：内面抹灰200mm加气混凝土,外墙南、北两面面积分别是45m2,36m2；

4)窗户：单层5mm厚玻璃塑钢窗,南窗10m2,北窗8m2；传热系数K=5.8W/m2℃·K

5)窗内挂中间色窗帘；

6)*门窗等缝隙引入新风,新风渗透量0.5次/h；

7)室内负荷：灯具7.5W/m2,空调期间同时使用系数0.75,非空调期间同时使用系数为0；考虑设备均在卫生间或厨房，设备负荷12W/m2；人员：空调期间全热负荷为111х5/200=2.8W/m2。

3.2能耗计算及其分析

本文分两种运行模式进行计算(模式二只给出了计算结果)，其他住宅形式的计算过程读者可仿照本计算过程自己完成：

模式一：冬季空调全天运行,白天无人时间(8:00～18:00)为低负荷防冻运行；夏季运行时间t=10小时;

模式二：冬夏季全天24小时均为正常运行。

3.2.1通过窗户的太阳负荷QSOL将表3数值代入(1)式得到计算结果：

QSOL7=3.94W/m2,QSOL1=3.43W/m2,代入式(2)得到关系式：

QSOL=0.011t+3.55

(6) 式二运行工况下，冬夏季的能耗量基本持平，在天津地区要想实现建筑节能就应该从全年运行工况出发加以考虑；

5.2在(17)、(18)、(19)三式的计算过程中知道，对住宅建筑来说，由于室内负荷在全部负荷中占的比例很大，室内负荷的变化对建筑能耗有很大影响。例如，如果室内设备负荷为20W/m2，(11)式将变成28.4 W/m2，相应的，(17)式将变成：QCL=1.25t+3.87；也就是说夏季理论开机时间(室内空间总的热量传递平衡为正值)将由原来的室外温度5.2℃提前到－3℃，提前了夏季开机时间，无疑加大了夏季住宅能耗。但室内负荷对冬季则是有利的，该部分热量应该尽量实现夏季排放到室外，冬季则采用热回收装置，延迟冬夏季开机时间，实现住宅建筑的节能。

5.3由于住宅式水源热泵全年多数时间都在部分负荷下运行，压缩机运行时间远远少于实际空调时间，必须考虑部分负荷因素对热泵机组带来的影响。本文引入了部分负荷因素的概念，目的就是尽量准确的估计水源热泵机组的实际输入功率，优化机组的设计以及用户准确估计所选住宅水源热泵系统的运行费用，实现住宅建筑的节能。 6．结论6.1由于民用住宅建筑的能耗计算可以细化到每户住宅，因此采用BIN方法进行能耗计算时可以大大减小工作繁重程度，使得较为准确的手工计算成为可能。采用BIN方法计算得到每户住宅的实时冷热负荷，然后通过系统模拟得到设备负荷，根据设备的实际工作特性，最终计算出设备能耗量。

6.2取天津地区能源价格0.41元/kWh,对于本文采用的住宅实例（墙体传热系数0.8 W/m2·K，窗户传热系数6.4 W/m2·K），两种运行模式的全年运行费用分别是:

模式一：8304*0.41/200=17元/m2·yr

模式二：12342*0.41/200=25.3元/m2·yr

考虑节能建筑（墙体传热系数0.6 W/m2·K，窗户传热系数4～4.7 W/m2·K），水源热泵住宅中央空调系统的运行费用将会进一步降低。

6.3本文只考虑了地源水循环水泵能耗的实际运行费用，若考虑地源水循环水泵的管理维护费用，用户实际年运行费用可能会略有增加。

6.4运用改进的BIN方法，可以对各种住宅形式、各种运行方式（比如考虑周末，假期等对全年能耗的影响）进行能耗分析和计算。它相对一些大型模拟软件来讲，更适合于一般用户的空调能耗和空调费用的估算。 参考文献：

1.T.Kusuda,A Comparison of Energy Calculation Procedures, ASHRAE Journal, 1981,Aug.21-24；

2.ASHRAE Handbook, 1997,Chapter F30，Energy Estimating And Modeling Methods；

3.(c) 1997 ASHRAE Handbook, Fundamentals, Chapter 30；

4.ASHRAE Handbook, 1985 FUNDAMENTALS, Chapter 22~28；

5.李力,建筑能耗计算法的分析比较,重庆建筑大学学报,1999,Vol.21,No.5,122-124；

6.龙维定,用BIN参数作建筑物能耗分析,暖通空调,1992,2；

7.陈沛霖岳孝方,空调与制冷技术手册,同济大学出版社,1990,7；

8.FAYE C. McQUISTON, Heating, Ventilating, and Air-conditioning Analysis and Design, 2000。