¿Diseño arquitectónico basado en humedales marinos?
2) El impacto del sistema de aire acondicionado en el entorno ecológico circundante. El agua de mar purificada por el humedal marino a través del sistema de aire acondicionado se descarga directamente en las áreas marinas circundantes sin tratamiento, lo que afectará o incluso destruirá el entorno ecológico de las áreas marinas circundantes, reduciendo así la capacidad de autopurificación del océano [ 5]. las zonas costeras de mi país incluyen 11 provincias, municipios y regiones autónomas costeras, con una superficie terrestre de aproximadamente 1,3 millones de kilómetros cuadrados, que representan el 13,5% del total del país; el producto nacional bruto representa más del 60% del total del país; y tiene recursos hídricos, pero los recursos de agua dulce sólo representan el 26% del total del país [6]. Los recursos de agua dulce son escasos en las zonas costeras. El uso eficaz de los recursos marinos puede aliviar la escasez de recursos de agua dulce en las zonas costeras. Para aliviar y resolver eficazmente los problemas anteriores, este artículo propone el concepto de diseño de "comunidad ecológica basada en humedales marinos artificiales".
1 Diseño arquitectónico de comunidad ecológica basada en humedales marinos artificiales
1.1 Descripción general de comunidad ecológica basada en humedales marinos artificiales El diseño de comunidades ecológicas basadas en humedales marinos artificiales es un uso indirecto de Diseño de recursos de agua de mar del océano, realiza el uso de humedales artificiales para purificar el agua de mar del océano e intercambiar esta agua de mar con un sistema de bomba de calor de fuente de agua de mar. El sistema de bomba de calor con fuente de agua de mar proporciona refrigeración y calefacción a los edificios de la comunidad. La comunidad ecológica incluye principalmente edificios residenciales de la comunidad ecológica, principales humedales marinos, tanques de intercambio de calor, tanques de sedimentación integral y tanques de reserva de edificios. El agua de mar del océano se introduce primero en el humedal marino artificial, donde inicialmente se purifica. Luego, la unidad de bomba de calor de fuente de agua de mar utiliza el agua de mar purificada en la piscina de intercambio de calor. El agua de retorno de la bomba de calor no se descarga directamente al océano, sino que se utiliza para el intercambio de calor en fuentes o paisajes acuáticos, evitando así el impacto de la descarga directa en la ecología marina original. Esta comunidad ecológica no solo realiza un uso eficaz de la energía renovable y alivia la escasez de recursos de agua dulce y subterránea en las zonas costeras, sino que también purifica el agua de mar a través de humedales marinos, reduce la corrosión del agua de mar en las tuberías y elimina el calor de la refrigeración por bomba de calor. problema de contaminación del agua de retorno.
1.2 Construcción de humedales marinos artificiales en comunidades ecológicas
Este tipo de humedales marinos artificiales se refiere a la construcción de tanques de sedimentación integral a base de movimientos de tierras y humedales marinos naturales en zonas costeras o salinas abandonadas. -terrenos alcalinos, piscina de intercambio de calor, edificio piscina de almacenamiento y principal proyecto de humedal marino. Para facilitar la purificación del agua de mar, todo el humedal marino artificial está diseñado en forma de "gigante". El caudal y el volumen de diseño del humedal marino artificial deben satisfacer al menos las necesidades de las fuentes de frío y calor del sistema de bomba de calor con fuente de agua de mar. En consecuencia, se pueden instalar fuentes de agua de acuerdo con el estilo arquitectónico de la comunidad ecológica para aumentar la belleza artística. El diagrama de flujo de los humedales marinos artificiales se muestra en la Figura 1. (a) Diagrama de flujo del área exterior (b) Diagrama de flujo del área interior Figura 1 El diagrama de flujo del sistema de humedales marinos de la comunidad ecológica se muestra en la Figura 1, que incluye principalmente la circulación interna y la circulación externa. La circulación externa se refiere a la circulación entre los humedales marinos y el océano. Como se muestra en la Figura 1a, el agua de mar del océano ingresa directamente al humedal artificial a través de un tanque de sedimentación integrado. En el humedal artificial, después de que se purifica el agua de mar del océano, parte del agua de mar se descarga de regreso al océano. El área interior es el ciclo de intercambio de calor del sistema, como se muestra en la Figura 1b. El agua de mar purificada por el humedal marino artificial pasa a través del área del tanque de sedimentación integrado para filtrar sedimentos, metales pesados y algas, y luego se combina con la bomba de calor de fuente de agua de mar. unidad en el tanque de intercambio de calor.
1.3 Sistema de bomba de calor con fuente de agua de mar en comunidades ecológicas
La unidad de bomba de calor con fuente de agua de mar solo necesita ingresar una pequeña cantidad de energía eléctrica de alto nivel para realizar la transferencia de energía de bajo nivel. energía térmica a energía térmica de alto nivel. Desde la década de 1980, Suecia ha construido algunas grandes estaciones de bombas de calor con fuente de agua de mar, y otros países también han construido algunas grandes estaciones de bomba de calor con fuente de agua de mar [7]. El núcleo de la comunidad ecológica basada en humedales marinos es utilizar unidades de bomba de calor con fuente de agua de mar para proporcionar la refrigeración y calefacción necesarias para la comunidad. Este sistema tiene las siguientes ventajas: 1) Uso efectivo de energía renovable, el sistema de bomba de calor tiene importantes beneficios ambientales. En comparación con las calderas de carbón, las bombas de calor con fuente de agua de mar no contaminan el medio ambiente durante su funcionamiento. 2) Alta eficiencia, ahorro de energía y bajo costo operativo. El valor COP de las bombas de calor de agua de mar es relativamente alto, generalmente entre 3,6 y 5,5. ) Una máquina tiene múltiples funciones y es flexible de usar. En invierno, las bombas de calor de agua de mar pueden sustituir a las calderas para calentar edificios.
En verano, puede sustituir las unidades de refrigeración y las torres de refrigeración para enfriar edificios [9].
2 Estudio de caso
2.1 Descripción general del proyecto de distrito ecológico
Este artículo proporciona un plan de diseño de distrito ecológico ubicado en la zona costera de Xiamen, Fujian. El proyecto está ubicado en el área de Binhai en Xiamen, Fujian, y consta de 30 villas, que incluyen principalmente tres tipos de villas: tipo G (12 villas), tipo C (10 villas) y tipo B (8 villas). El área total de construcción es de 12.800 metros cuadrados y el área climatizada es de 12.157 metros cuadrados. El plano de planta de la comunidad se muestra en la Figura 2.
2.2 Método de investigación
Este artículo utilizará el software de simulación del consumo de energía de edificios eQUEST para analizar el consumo de energía de la comunidad ecológica. El software eQUEST calcula dinámicamente el consumo de energía anual del edificio en función de las condiciones del edificio y los valores de temperatura de diseño interior [10]. Para facilitar la investigación, la tasa de ahorro de energía se define como un índice que refleja el efecto de ahorro de energía del sistema de bomba de calor de agua de mar. El concepto de tasa de ahorro de energía relativa se personaliza aquí: es decir, la tasa de ahorro de energía del sistema de bomba de calor con fuente de agua de mar en comparación con el consumo de energía del sistema de aire acondicionado de torre de enfriamiento convencional. La definición es la siguiente: donde: γ es el. tasa relativa de ahorro de energía; PCCCT es el consumo de energía anual del sistema de torre de enfriamiento, kWh; es el consumo de energía anual del sistema de bomba de calor con fuente de agua de mar, kWh.
2.3 Modelado arquitectónico eQUEST ecológico comunitario
El modelado eQUEST de la villa en la comunidad se muestra en la Figura 3. 1 Cálculo de la carga de aire acondicionado Utilice el software eQUEST para calcular las cargas mensuales de calefacción y refrigeración de los edificios comunitarios, como se muestra en la Figura 4. Figura 4 Cambios mensuales máximos en la carga de refrigeración y calefacción en la comunidad ecológica La Figura 4 muestra la distribución mensual de la carga de aire acondicionado de la comunidad. La carga máxima de refrigeración es 1335,5 kW y la carga máxima de calefacción es 250,7 kW.
2.3.2 Selección del equipo de refrigeración
Se prevé que el sistema de aire acondicionado de esta comunidad adopte el método de suministro de energía regional de acuerdo con el ajuste de la carga de aire acondicionado, una bomba de calor con fuente de agua de mar. Se selecciona un sistema para proporcionar refrigeración al edificio. Seleccione un enfriador común como sistema de referencia. Las piscinas de intercambio de calor de los lados frío y caliente de la unidad de bomba de calor con fuente de agua de mar están conectadas al humedal marino, y los lados frío y caliente de la unidad de refrigeración ordinaria están conectados al sistema de torre de enfriamiento. El coeficiente de enriquecimiento se selecciona como 1,1, es decir, la unidad de refrigeración debe cumplir con el requisito de una capacidad de refrigeración de 1469 kW. Los principales parámetros técnicos se muestran en la Tabla 1. Tabla 1 Parámetros de las unidades de refrigeración urbana
2.3.3 Modelo de sistema de aire acondicionado eQUEST de comunidad ecológica
Este artículo llevó a cabo el trabajo de modelado del sistema de aire acondicionado en eQUEST, como se muestra en la Figura 5. La Figura 5a utiliza dos unidades de bomba de calor con fuente de agua de mar, y el agua de mar ingresa por el lado del evaporador de la unidad para intercambiar calor; la Figura 5b usa un enfriador común y se basa en una torre de enfriamiento abierta para intercambiar calor con el mundo exterior. El propósito de la simulación es comparar la eficiencia energética del lado de la fuente de frío y del lado de la fuente de calor, por lo que se seleccionan los mismos terminales de aire acondicionado.
2.4 Análisis de eficiencia energética en el lado de la fuente de calefacción y refrigeración
Realizar una simulación de consumo energético anual en el modelo del sistema eQUEST. Calcule el consumo de energía anual del sistema de bomba de calor con fuente de agua de mar y el sistema de referencia, como se muestra en la Figura 6. Bajo las mismas condiciones en el lado del aire acondicionado, comparando el sistema de bomba de calor con fuente de agua de mar y el sistema de torre de enfriamiento convencional, el análisis del consumo de energía anual en el lado de la fuente de frío y calor es el siguiente: Comparando el consumo de energía en el lado de la fuente de frío y calor En el lado del intercambiador de calor, el sistema de bomba de calor con fuente de agua de mar consume más energía que el sistema de torre de enfriamiento. El consumo de energía se reduce en 42197 kWh y la tasa de ahorro de energía relativa es tan alta como 96,68%, esto se debe a que, en comparación con el sistema de torre de enfriamiento, la temperatura del agua en los lados de la fuente de frío y calor del sistema de bomba de calor con fuente de agua de mar es más constante y la temperatura del agua de mar fluctúa dentro del rango de 9 ~ 27 ℃ a 5 m por debajo de la superficie del mar [11]; torres de enfriamiento y algunas bombas de agua. Debido a la temperatura constante del agua de mar, la eficiencia de enfriamiento COP puede alcanzar 5,5, lo que reduce el consumo de energía del enfriador. Como se muestra en la Figura 7, la tasa de ahorro energético relativo del sistema de bomba de calor con fuente de agua de mar a lo largo del año es del 21,17%, alcanzando el valor máximo en julio, con una tasa de ahorro energético del 29,86%. Es decir, en comparación con los sistemas de aire acondicionado de torres de enfriamiento ordinarios, los sistemas de bomba de calor con fuente de agua de mar son más eficientes energéticamente cuando funcionan durante todo el año, especialmente en verano. Esto se debe a que cuando la temperatura en verano es superior a 35 °C, la temperatura es mayor. La eficiencia de las unidades de aire acondicionado tradicionales comienza a disminuir y la temperatura aumenta. Si el valor es alto, la eficiencia de enfriamiento de la unidad será menor y el consumo de energía aumentará. Cuando la temperatura es de 30°C, el ratio de eficiencia energética COP de una unidad de aire acondicionado convencional es sólo de aproximadamente 2,2. Esto también muestra que cuanto mayor es la temperatura del aire exterior, menor es la eficiencia de enfriamiento del enfriador y aumenta el consumo de energía.
Por el contrario, el sistema de bomba de calor con fuente de agua de mar tiene una temperatura de suministro de agua de refrigeración más baja en condiciones de enfriamiento de verano, lo que mantiene el índice de eficiencia energética de la unidad de bomba de calor con fuente de agua de mar en un nivel alto. Por lo tanto, se puede concluir que el sistema de bomba de calor con fuente de agua de mar tiene ventajas obvias en el consumo de energía en comparación con el sistema de torre de enfriamiento doméstico común.
2.5 Análisis del ahorro de agua en el lado de la fuente de frío y calor
El uso de un sistema de bomba de calor con fuente de agua de mar puede ahorrar el consumo de agua en la torre de refrigeración. Por lo tanto, la cantidad de agua ahorrada es. Se determina la cantidad de agua suplementaria requerida por el sistema de la torre de enfriamiento durante todo el año. La fórmula de cálculo para el volumen de agua en circulación del sistema es la siguiente [12]: donde G es el volumen de agua de refrigeración, kg/s; Q0 es la capacidad de refrigeración de la unidad de refrigeración, kW c es la capacidad calorífica específica del agua, kJ; /(kg℃); k es el consumo de energía del refrigerante. El coeficiente térmico de disipación se toma como 1,2; △T es la diferencia de temperatura entre el agua de suministro y de retorno de la torre de enfriamiento, tomada como 5 ℃. El volumen de agua circulante calculado es de 84 kg/s. La tasa de recarga es del 2% al 3%, y se toma como tasa de recarga el 2% del volumen total de agua en circulación [13]. Se puede ver en la simulación eQUEST que el tiempo de funcionamiento anual de la torre de enfriamiento es de 5245 h. La cantidad de reposición de agua anual del sistema de la torre de enfriamiento se calcula en 31721,76 t, y la cantidad de ahorro de agua anual de la bomba de calor de fuente de agua de mar. sistema es 31721,76 t.
3 Conclusión
Este artículo presenta primero el concepto de diseño arquitectónico de "comunidad ecológica basada en humedales marinos" y realiza investigaciones sobre el diseño arquitectónico, el consumo de energía y el consumo de agua de los edificios. de la comunidad ecológica. Desde una perspectiva de diseño, el sistema de bomba de calor de fuente de agua de mar y humedal marino se combina inteligentemente para servir a la comunidad ecológica y encarnar el concepto de diseño de supervivencia armoniosa y armoniosa entre los asentamientos humanos y el entorno natural. Este sistema de bomba de calor con fuente de agua de mar utiliza menos consumo de agua en el lado frío y caliente que el sistema de torre de enfriamiento, lo que alivia efectivamente el problema de limitar el desarrollo de las comunidades ecológicas debido a la escasez de recursos de agua dulce en las zonas costeras e insulares. En áreas donde los recursos de agua dulce son escasos, las ciudades significan mucho. Al utilizar bombas de calor con fuente de agua de mar, desde una perspectiva ambiental, el sistema de bomba de calor con fuente de agua de mar no está restringido por las condiciones ambientales durante su funcionamiento, no causará contaminación a la atmósfera ni al agua subterránea, y puede aprovechar al máximo las fuentes de calor de agua de mar.
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