空調(diào)冷熱源的比較與設(shè)備的選擇

郭成水

摘 要：空調(diào)冷熱源種類很廣，不同種冷熱源具備不同的性質(zhì)，在選擇和運(yùn)用時(shí)要根據(jù)不同的情況，選擇不同的熱源，在選擇熱源時(shí)要綜合各方面的因素，選擇最佳的的冷熱源。

關(guān)鍵詞：空調(diào)；冷熱源；優(yōu)點(diǎn)；缺點(diǎn)；選擇

1 冷熱源類型

1.1 冷（熱）水機(jī)組

電動(dòng)壓縮式冷（熱）水機(jī)組：（1）往復(fù)式；（2）蝸旋式；（3）螺桿式；（4）離心式。溴化鋰吸收式冷（熱）水機(jī)組：（1）蒸汽型冷水機(jī)組；（2）熱水型冷水機(jī)組；（3）直燃型冷（熱）水機(jī)組。

1.2 熱源

電力：（1）電熱爐；（2）熱泵。燃?xì)狻⑷加?、燃煤等礦物原料；可再生能源：如太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⒑铀纫约肮I(yè)余熱、生活廢熱。

1.3 熱泵

從室外環(huán)境介質(zhì)吸熱并向室內(nèi)放熱，使室內(nèi)空氣升溫的制冷系統(tǒng)。

2 各種冷熱源優(yōu)缺點(diǎn)

2.1 “冷水機(jī)組”加“換熱器”

夏季用冷水機(jī)組制冷，冬季用鍋爐燒熱水供暖，也可以由熱電廠或集中供熱站供應(yīng)蒸汽，經(jīng)換熱器轉(zhuǎn)換成60℃熱水，供空調(diào)機(jī)組。

優(yōu)點(diǎn)：（1）初投資為各種系統(tǒng)最低的（房間空調(diào)器除外），供電總?cè)萘勘人礋岜?、多?lián)機(jī)少。（2）運(yùn)行費(fèi)比蒸汽溴化鋰機(jī)低。（3）主機(jī)壽命最長(zhǎng)，按美國(guó)ASHRAE標(biāo)準(zhǔn)為23年。（4）由于制冷機(jī)和水泵以及冬季換熱器全部集中在一個(gè)機(jī)房?jī)?nèi)，因此維保方便。

缺點(diǎn)：（1）系統(tǒng)龐大，不便于分戶計(jì)量、分戶控制和假日個(gè)別房間使用?？梢粤砼鋷滋锥嗦?lián)機(jī)，保證加班多的房間使用，也可以采用多機(jī)頭冷水機(jī)組或大小搭配，以滿足低負(fù)荷的需求。（2）機(jī)房空間大，管道占空間多。（3）冷卻塔有一定噪聲，放裙房頂上時(shí)必須妥善處理。冷卻塔也有損美觀。

2.2 空氣源熱泵

冬季從室外空氣中吸熱并向室內(nèi)放熱，夏季則放熱給室外空氣。

優(yōu)點(diǎn)：（1）冬夏共用，設(shè)備利用率高，不需另設(shè)鍋爐房。（2）節(jié)水節(jié)能。由于不用冷卻塔，節(jié)水。由于空氣源熱泵的能效比達(dá)3左右，因而與電采暖相比，只消耗1/3的電能。（3）結(jié)構(gòu)緊湊，省去冷卻塔、冷卻水系統(tǒng)，節(jié)省投資與空間，避免軍團(tuán)菌的危害和冷卻水處理的麻煩。（4）安裝在室外，不占機(jī)房面積，節(jié)省土建投資。（5）模塊組裝，多機(jī)頭，易于分區(qū)運(yùn)行與控制。

缺點(diǎn)：（1）噪聲大，影響周圍建筑。（2）對(duì)冬季室外相對(duì)濕度較高的地區(qū)，盤(pán)管結(jié)霜較頻繁，除霜間隔時(shí)間熱泵停止供熱，影響供暖效果，冬季供暖不易保證。（3）主機(jī)可靠性不如冷水機(jī)組，過(guò)去在冬季運(yùn)行時(shí)經(jīng)常有燒機(jī)現(xiàn)象。（4）初投資與壽命不如冷水機(jī)組。由于裝在室外，日曬雨淋易于損壞，特別是江蘇下雨天有l(wèi)/3為酸雨，腐蝕嚴(yán)重，影響使用壽命。

2.3 “蒸汽溴化鋰吸收式機(jī)組[3]”加“換熱器”

夏季利用熱電廠送來(lái)的蒸汽，通過(guò)溴化鋰吸收式機(jī)組進(jìn)行制冷，冬季通過(guò)換熱器將蒸汽轉(zhuǎn)換成60℃熱水，供空調(diào)器使用。也可直接用溴化鋰機(jī)供暖。

優(yōu)點(diǎn)：（1）可以減少環(huán)境污染，防止臭氧層破壞，減輕溫室效應(yīng)。（2）合理使用能源，削減夏季電力高峰，不受缺電拉閘影響，還可減省電力貼費(fèi)和減少變配電所投資。（3）溴化鋰機(jī)組在低壓下運(yùn)行，比較安全。（4）除屏蔽泵外，沒(méi)有其他運(yùn)動(dòng)部件，噪聲為70-80dB（A），同時(shí)不必需防振基礎(chǔ)，安裝簡(jiǎn)單。（5）制冷量可在20%～100%的范圍內(nèi)進(jìn)行無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，有利于部分負(fù)荷時(shí)的運(yùn)行調(diào)節(jié)。（6）可以充分利用余熱、廢熱等低位熱能。（7）必要時(shí)可以安裝在屋頂或室外，節(jié)省機(jī)房面積。

缺點(diǎn)：（1）與電動(dòng)機(jī)組相比，溴化鋰吸收式機(jī)組節(jié)電不節(jié)能，熱力系數(shù)低，一次能耗蒸汽型為電動(dòng)冷水機(jī)組的2倍。（2）與離心式、螺桿式制冷機(jī)相比，占地面積大，機(jī)房高度高，設(shè)備重量大。（3）排熱量大，冷卻塔和冷卻水系統(tǒng)容量大。（4）機(jī)組氣密性要求很高，只要逸入少量空氣就會(huì)破壞真空度，導(dǎo)致機(jī)組性能大幅下降。但近幾年我國(guó)幾家大廠的產(chǎn)品已基本解決了這個(gè)問(wèn)題。（5）溴化鋰水溶液對(duì)碳鋼的耐蝕性較強(qiáng)，因此做好鋼板防腐蝕的處理和提高緩蝕劑性能是十分重要的。

2.4 “冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)[4]”加“換熱器”

建筑物空調(diào)時(shí)（電網(wǎng)高峰）所需冷量的全部或者一部分在非使用空調(diào)時(shí)間（電網(wǎng)低谷）制備好，將其能量蓄存起來(lái)供空調(diào)時(shí)使用。

優(yōu)點(diǎn)：（1）平衡電網(wǎng)峰谷負(fù)荷，減緩電廠和供配電設(shè)施的建設(shè)。（2）制冷主機(jī)容量減少，減少空調(diào)系統(tǒng)電力增容費(fèi)和供配電設(shè)施費(fèi)。（3）利用電網(wǎng)峰谷荷電力差價(jià)，降低空調(diào)運(yùn)行費(fèi)用。（4）冷凍水溫度可降到l～4℃，可實(shí)現(xiàn)大溫差、低溫送風(fēng)空調(diào)，節(jié)省水、風(fēng)輸送系統(tǒng)的投資和能耗。（5）相對(duì)濕度較低，空調(diào)品質(zhì)提高。

缺點(diǎn)：（1）一次性投資比常現(xiàn)空調(diào)大20～40%。（2）蓄冰裝置要占用較大的空間。（3）制冷蓄冰時(shí)主機(jī)效率比在空調(diào)工況下運(yùn)行低。（4）設(shè)計(jì)、施工、調(diào)試和運(yùn)行相對(duì)比較復(fù)雜。

2.5 多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)

多聯(lián)機(jī)為制冷劑流量可變系統(tǒng)，室內(nèi)機(jī)、室外機(jī)、制冷劑配管和控制裝置組成。一臺(tái)室外機(jī)可以配置不同規(guī)格、不同容量的室內(nèi)外l-16臺(tái)。通過(guò)控制渦旋式壓縮機(jī)的制冷劑循環(huán)量和進(jìn)入室內(nèi)各換熱器的制冷劑流量，適時(shí)滿足室內(nèi)冷熱負(fù)荷要求，是一種可以根據(jù)室內(nèi)負(fù)荷大小自動(dòng)調(diào)系統(tǒng)容量的節(jié)能、高效的空調(diào)方式。目前有變頻技術(shù)和數(shù)碼渦旋技術(shù)兩種。

優(yōu)點(diǎn)：（1）制冷劑管傳遞冷（熱）量為205kJ/kg，幾乎是水的10倍和空氣的20倍，因此管道細(xì)，容易布置。（2）便于分戶控制與分戶計(jì)量，各用戶自己管理，互不干擾，方便，省能省錢(qián)。（3）省去傳統(tǒng)中央空調(diào)龐大機(jī)房。地下室可用于停車場(chǎng)，層高也可降低。（4）隨房屋使用先后，可分批分期安裝，節(jié)省傳統(tǒng)中央空調(diào)的投資。

缺點(diǎn)：（1）比傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)，初投資高一些。（2）壽命只有中央空調(diào)的一半。（3）冬季供暖量不足。由于結(jié)霜除霜，部分時(shí)間停止供熱。雙大熱泵的能效比低。（4）制冷劑管道多、長(zhǎng)且接頭多，施工不嚴(yán)格時(shí)易造成泄漏，難檢修。（5）直接蒸當(dāng)室內(nèi)機(jī)，夏季送風(fēng)溫度低，易感冒。氣流均勻性差。舒適性不如中央空調(diào)。室內(nèi)控溫不理想，有可能波動(dòng)±2℃以上。

2.6 地源熱泵（土壤熱泵）

地源熱泵包括地下水熱泵、地表水熱泵、土壤熱源。地下水熱泵是將井水汲出，通過(guò)水源熱泵空調(diào)機(jī)中的換熱器進(jìn)行加熱或冷卻，再將井水回灌入井內(nèi)。地表水熱泵是將江、河、湖、海水吸出，通過(guò)水源熱泵的換熱器加熱或冷卻，再排回到江、河、湖、海中去。土壤熱泵是將水環(huán)路理地下，以土壤作為吸熱源和排熱源。按照江蘇省政策，地下水熱泵難以實(shí)現(xiàn)。國(guó)土局大樓附近沒(méi)有江、河、湖水可利用，因此地表水熱泵也無(wú)法實(shí)現(xiàn)。對(duì)于土壤熱泵的優(yōu)缺點(diǎn)如下：

優(yōu)點(diǎn)：（1）為可再生能源，經(jīng)濟(jì)有效的節(jié)能技術(shù)?？稍谙亩咎峁┹^低的冷凝溫度和較高的蒸發(fā)溫度。運(yùn)行費(fèi)用比傳統(tǒng)中央空調(diào)可節(jié)省30%，耗電量為冷水機(jī)組加鍋爐的60%。（2）環(huán)境效益好。污染物排放，比空氣源熱泵減少40%，比電供暖減少70%，制冷劑充灌量比常規(guī)空調(diào)減少25%。節(jié)省機(jī)房空間。（3）壽命長(zhǎng)達(dá)20年。（4）使用靈活，可分戶計(jì)量、分戶控制、分期施工。

缺點(diǎn)：（1）初投資比冷水機(jī)組加鍋爐高10～20%以上，如國(guó)際商城414元/m3，比傳統(tǒng)中央空調(diào)高38%。（2）關(guān)鍵要解決好土壤冬夏季吸收熱量和放熱的平衡性，如果不平衡，必然造成土壤蓄熱性變差。目前對(duì)土壤的能量平衡、熱工性能、土壤中的傳熱、傳濕和環(huán)境對(duì)土壤熱工性能的影響等，還缺乏研究。導(dǎo)致北京己做的100多的工程，至少有20%是失敗的。江蘇僅處于試驗(yàn)階段，不宜大量上馬。

2.7 水環(huán)熱泵

水環(huán)熱泵是用一個(gè)循環(huán)水環(huán)路作為加熱源和排熱源。當(dāng)環(huán)路中水的溫度由于水環(huán)熱泵空調(diào)機(jī)的放熱（制冷運(yùn)行時(shí)）使其溫度超過(guò)一定值（35℃）時(shí)，環(huán)路中水將通過(guò)冷卻塔將熱量放給大氣。當(dāng)環(huán)路中水的溫度由于水環(huán)熱泵空調(diào)機(jī)的吸熱（制熱運(yùn)行時(shí)）而使其溫度低于一定值（l5℃）時(shí)，通常使用加熱裝置對(duì)循環(huán)水進(jìn)行加熱。水環(huán)熱泵是一種介于中央空調(diào)與分散空調(diào)之間的優(yōu)化空調(diào)能源方式。

優(yōu)點(diǎn)：（1）節(jié)能。能效比高于空氣源熱泵。當(dāng)建筑物制冷制熱同時(shí)進(jìn)行，能量在建筑物內(nèi)部轉(zhuǎn)移。運(yùn)行費(fèi)用最少，節(jié)能效果明顯。（2）初投資成本較低。無(wú)集中的制冷機(jī)房、鍋爐房、空調(diào)機(jī)房。所需風(fēng)管少，減少樓層高度，無(wú)保溫的循環(huán)水管系統(tǒng)，減少了材料費(fèi)用。無(wú)需另設(shè)控制中心。（3）便于分戶計(jì)量、分戶控制，也便于分戶使用。熱泵發(fā)生故障不會(huì)互相影響。（4）使用靈活。新建大樓可先安裝水環(huán)熱泵的主管與支管，根據(jù)使用要求再分批安裝機(jī)組。

缺點(diǎn)：（1）10KW制冷量以上的水環(huán)熱泵噪聲較大。（2）必須設(shè)置獨(dú)立新風(fēng)系統(tǒng)送入每個(gè)房間。（3）水環(huán)熱泵多為暗裝，必須同建筑和室內(nèi)裝潢緊密配合，維保麻煩。（4）總裝機(jī)容量比常規(guī)中央空調(diào)系統(tǒng)要大，增大了變配電所的投資與貼費(fèi)。

2.8 房間空調(diào)器

屬分散式空調(diào)系統(tǒng)，舒適健康條件差，適合住宅家用，辦公樓在建設(shè)經(jīng)費(fèi)緊張時(shí)也可考慮采用。

優(yōu)點(diǎn)：（1）初投資最低，這是因?yàn)榉块g空調(diào)器的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)激烈，售價(jià)特低。（2）運(yùn)行費(fèi)最低，每個(gè)房間可以獨(dú)立操作，用則開(kāi)，不用則關(guān)。（3）便于分戶計(jì)量，分戶控制，分戶安裝。任一臺(tái)有故障不會(huì)影響其他用戶。（4）采用變頻型，可快速啟動(dòng)，室溫穩(wěn)定。（5）作為傳統(tǒng)中央空調(diào)系統(tǒng)的補(bǔ)充，對(duì)某些常加班房間加裝房間空調(diào)器。

缺點(diǎn)：（1）由于沒(méi)有新風(fēng)系統(tǒng)，只能開(kāi)窗換氣，衛(wèi)生條件差。（2）室外機(jī)影響建筑立面美觀。（3）氣流組織不均衡，影響舒適性。（4）冬季供熱條件差。（5）冷凝水滴水影響。（6）室外機(jī)有可能下機(jī)排熱影響上機(jī)的使用（青蛙跳現(xiàn)象）。

3 空調(diào)冷熱源的選擇

3.1 影響空調(diào)冷熱源方案決策的因素

要選擇一個(gè)最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案，我們需要綜合考慮各種因素的影響。一般情況下，選擇冷熱源方案時(shí)應(yīng)考慮以下因素：

（1）初投資。不同冷熱源方案的初投資有較大差別，在選擇方案時(shí)應(yīng)進(jìn)行仔細(xì)的分析比較。（2）運(yùn)行費(fèi)用。其中包括運(yùn)行能耗，運(yùn)行管理費(fèi)，設(shè)備維修費(fèi)等?？照{(diào)運(yùn)行能耗在建筑能耗中占有很大比例，空調(diào)運(yùn)行過(guò)程中的管理人員工資、設(shè)備故障維修費(fèi)等都是應(yīng)該在冷熱源選擇時(shí)考慮的因素。（3）環(huán)境影響。為了解決環(huán)境污染問(wèn)題，保護(hù)環(huán)境已經(jīng)成為我國(guó)的一項(xiàng)基本國(guó)策。（4）運(yùn)行的可靠性、安全性、操作維護(hù)的方便程度、使用壽命。（5）機(jī)房面積，燃煤鍋爐房要求的儲(chǔ)煤、渣面積，儲(chǔ)油條件等。（6）增容費(fèi)。各城市根據(jù)其發(fā)展情況以及地理位置，對(duì)不同能源設(shè)定不同的增容費(fèi)，而且數(shù)量一般也是比較大，因此也是項(xiàng)重要的考慮因素。

3.2 冷熱源的選擇依據(jù)

不僅包括系統(tǒng)自身的要求，而且還涉及工程所在地區(qū)的能源結(jié)構(gòu)、價(jià)格、政策導(dǎo)向、環(huán)境保護(hù)、城市規(guī)劃、建筑物用途、規(guī)模、冷熱負(fù)荷、初投資、運(yùn)行費(fèi)用以及消防、安全和維護(hù)管理等許多問(wèn)題。因此，這是一個(gè)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)的綜合比較過(guò)程，必須按安全性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性、先進(jìn)性、適用性的原則進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來(lái)確定。在進(jìn)行冷熱源選擇論證時(shí)，應(yīng)遵循一些基本原則。

（1）熱源應(yīng)優(yōu)先采用城市、區(qū)域供熱或工廠余熱。高度集中的熱源能效高，便于管理，有利于環(huán)保。（2）熱源設(shè)備的選用應(yīng)按照國(guó)家能源政策并符合環(huán)保、消防、安全技術(shù)規(guī)定，大中城市宜選用燃?xì)狻⑷加湾仩t，鄉(xiāng)鎮(zhèn)可選用燃煤鍋爐。（3）若當(dāng)?shù)毓╇娋o張，有熱電站供熱或有足夠的冬季供暖鍋爐，特別是有廢熱、余熱可利用時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用溴化鋰吸收式冷水機(jī)組作為冷源。（4）當(dāng)?shù)毓╇娋o張，且有燃?xì)夤?yīng)，尤其是在實(shí)行分季計(jì)價(jià)而價(jià)格比較低廉的地區(qū)，可選用燃?xì)忮仩t、直燃型溴化鋰吸收式冷（熱）水機(jī)組作為冷熱源。直燃型溴化鋰吸收式冷（熱）水機(jī)組與溴化鋰吸收式冷水機(jī)組相比，具有熱效率高，燃料消耗少，安全性好，可直接供冷或供熱，初投資、運(yùn)行費(fèi)和占地面積少等優(yōu)點(diǎn)，因此在同等條件下特別是夏季有廉價(jià)天然氣可利用時(shí)，應(yīng)優(yōu)先選用直燃型溴化鋰吸收式冷（熱）水機(jī)組。（5）若當(dāng)?shù)責(zé)o上述的區(qū)域供熱或工廠余熱，也沒(méi)有燃?xì)夤?yīng)時(shí)，可采用燃煤、燃油鍋爐供熱，電動(dòng)壓縮式制冷機(jī)組供冷，或選用燃油型直燃式溴化鋰吸收式制冷機(jī)作為冷熱源。（6）若當(dāng)?shù)毓╇姴痪o張時(shí)，空調(diào)冷源應(yīng)優(yōu)先選用電力驅(qū)動(dòng)的制冷機(jī)。（7）根據(jù)建筑物全年空調(diào)負(fù)荷分布規(guī)律和制冷機(jī)部分符合下的調(diào)節(jié)特性系數(shù)，合理選擇制冷機(jī)的機(jī)型、臺(tái)數(shù)和調(diào)解方式，提高制冷系統(tǒng)在部分負(fù)荷下的運(yùn)行效率，以降低全年總能耗。（8）選用風(fēng)冷型制冷機(jī)組還是水冷型制冷機(jī)組需因地制宜，因工程而異。一般大型工程宜選用水冷機(jī)組，小型工程或缺水地區(qū)宜選用風(fēng)冷機(jī)組。（9）冷水機(jī)組一般選用2-4臺(tái)，機(jī)組之間考慮互為備用和輪換使用的可能性。從便于維護(hù)管理的角度考慮，宜首先選用同類型同規(guī)格的機(jī)組，從節(jié)能角度考慮，可選用不同類型不同容量機(jī)組搭配方案。（10）具備多種能源的大型建筑，可采用復(fù)合能源供冷、供熱。當(dāng)影響能源價(jià)格因素比較多，很難確定利用某種能源最經(jīng)濟(jì)時(shí)，配置不同能源的機(jī)組通常是最穩(wěn)妥的方案。（11）夏熱冬冷地區(qū)、干旱缺水地區(qū)的中小型建筑，可采用空氣源熱泵或地下埋管式地源。

實(shí)際上，可選擇的方案遠(yuǎn)不止這些。在空調(diào)冷熱源方案的選擇中，需要在各目標(biāo)之間進(jìn)行折中分析，要協(xié)調(diào)矛盾，權(quán)衡利弊，進(jìn)行綜合考慮。

參考文獻(xiàn)

[1]丁云飛.冷熱源工程[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]中華人民共和國(guó)標(biāo)準(zhǔn)化管理委員會(huì).空氣源熱泵熱水器國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

[3]姜爾寧.美國(guó)特靈（TRANE）公司產(chǎn)品介紹（二）溴化鋰吸收式制冷機(jī)[J].制冷技術(shù)，1983.

[4]王波.科技信息（學(xué)術(shù)研究），2008.

[5]徐秋生，陳啟，許愛(ài)民.多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)探討[J].暖通空調(diào)，2008.

[6]王勇，劉憲英，付祥釗.地源熱泵及地下蓄能系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)研究[J].暖通空調(diào)，2003.

[7]盧瓊?cè)A，徐菱虹.水環(huán)熱泵空調(diào)系統(tǒng)若干問(wèn)題的分析與研究[J].節(jié)能，2006.

[8]黃勇超.房間空調(diào)器性能設(shè)計(jì)與匹配分析[M].2004.

[9]魯?shù)潞?，林承?集中供熱（冷）的冷熱源選擇[J].節(jié)能，2002.