中央空調(diào)系統(tǒng)冷熱源方案的選擇探索

萬珺

【摘要】中央空調(diào)系統(tǒng)中冷熱源方案選擇與空調(diào)系統(tǒng)運行費用、初投資密切相關(guān)，區(qū)域能源結(jié)構(gòu)、環(huán)保要求等要素會影響冷熱源方案經(jīng)濟性。本文通過概述冷熱源方案的影響因素，結(jié)合案例分析多種冷熱源組合方案的優(yōu)缺點，進(jìn)而對其進(jìn)行方案選擇和經(jīng)濟分析，為保證空調(diào)系統(tǒng)獨立運行，減少運行費用提供方案選擇。

【關(guān)鍵詞】中央空調(diào);空調(diào)系統(tǒng);冷熱源方案

冷熱源方案的選擇對于空調(diào)系統(tǒng)供暖和供冷功能十分關(guān)鍵，一般冷熱源設(shè)備運行費用、投資成本均較高，因此在選擇和明確冷熱源方案時，有必要分析投資費用、技術(shù)可靠性、保養(yǎng)維護(hù)等方面，并圍繞環(huán)境保護(hù)、能源政策、消防要求等內(nèi)容，通過可行性、技術(shù)、經(jīng)濟分析選擇科學(xué)的冷熱源和組合方案。

1、選擇冷熱源方案的影響因素

其一，設(shè)備性能特點。其中包含產(chǎn)品運行可靠性、質(zhì)量，負(fù)荷效率和能耗等方面，并包括震動噪音、設(shè)備自動化程度情況。其二，環(huán)保性。當(dāng)選擇電動熱冷水機組時，建議制冷劑滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，使用CFC過渡制冷劑時，其使用年限應(yīng)滿足國家禁用時間表標(biāo)準(zhǔn)。其三，初投資費用。其中包含安裝費、設(shè)備費、電力增容費、機房土建費等方面。其四，運行費用。包含設(shè)備維修費用、能源耗用費用，如燃油費、電費、燃?xì)赓M等因素，其中初投資和運行費用是冷熱源方案進(jìn)行經(jīng)濟分析的主要內(nèi)容。

2、中央空調(diào)系統(tǒng)冷熱源方案的選擇

2.1案例分析

本案例以杭州市余杭區(qū)施工項目為例，該工程主要包含酒店、超高層辦公室、地下室、劇院，其中酒店屬于獨立運營狀態(tài)，因此空調(diào)系統(tǒng)會單獨設(shè)置在鍋爐房和制冷機房區(qū)域;辦公區(qū)使用VRF多聯(lián)式變流量的空調(diào)系統(tǒng);劇院和辦公室自持，具體需求如下：辦公區(qū)域和劇院可以合用空調(diào)系統(tǒng)，結(jié)合劇院、辦公區(qū)域的空調(diào)系統(tǒng)分析具體方案，且酒店冷熱源系統(tǒng)設(shè)備包含2臺930kW的真空熱水鍋爐、2臺1070kW的定頻螺桿式冷水機組。因為商鋪、辦公區(qū)、酒店的空調(diào)系統(tǒng)在拆分后負(fù)荷會減少，因此空調(diào)的熱負(fù)荷是927kW、冷負(fù)荷是1546kW，可以調(diào)整酒店空調(diào)冷熱源，選擇2臺930kW的真空熱水鍋爐、2臺790kW的定頻螺桿式冷水機組[1]。

2.2具體方案類型

2.2.1冷水機組與真空熱水鍋爐的合設(shè)冷熱源方案

方案設(shè)備包含2臺250t/h的冷卻塔、2臺275RT的螺桿式冷水機組、揚程是30m的冷凍水泵、揚程是28m的冷卻水泵、揚程是30m的熱水泵、2臺580kW的真空熱水鍋爐。空調(diào)的冷水進(jìn)出口溫度調(diào)節(jié)到6/12℃，并使冷水機組和冷卻塔的功能相互對應(yīng)。在劇院的屋面布置冷卻塔（建議選擇超低噪音型橫流式塔類型），將冷卻水的供回水溫度設(shè)置在32℃/37℃，熱源則使用真空熱水鍋爐，并將鍋爐房安排在地下一層，熱水的供回水溫度是60℃/50℃[2]。

2.2.2風(fēng)冷熱泵的合設(shè)冷熱源方案

系統(tǒng)設(shè)備包含2臺275RT的風(fēng)冷螺桿式熱泵機組、3臺揚程是35m的冷熱水泵。在劇院屋面位置布置風(fēng)冷熱泵機組，空調(diào)熱水供回水溫度是45℃/40℃、冷水的進(jìn)出口溫度是7/12℃。

2.2.3風(fēng)冷熱泵的分設(shè)冷熱源方案

方案設(shè)備中劇院包含3臺揚程25m的冷熱水泵、2臺175RT的風(fēng)冷螺桿式冷水機組;辦公區(qū)域有3臺揚程28m的冷熱水泵、2臺100RT的風(fēng)冷渦旋式冷水機組。在劇院屋面設(shè)置風(fēng)冷熱泵機組，并在辦公屋外區(qū)域安設(shè)模塊式熱泵機組，設(shè)置45℃/40℃的空調(diào)熱水供回水溫度、7/12℃的冷水進(jìn)出口溫度，

2.2.4劇院風(fēng)冷熱泵與辦公區(qū)VRF的分設(shè)冷熱源方案

劇院區(qū)域使用風(fēng)冷熱泵機組，將其安置在劇院屋面，設(shè)備包含2臺110t/h的冷熱水泵、2臺175RT的劇院螺桿式冷水機組。空調(diào)的熱水供回水溫度設(shè)置為45℃/40℃、冷水進(jìn)出口溫度是7/12℃;辦公區(qū)采取VRF系統(tǒng)，設(shè)備包含3臺VRF48HP、4臺VRF28HP，并將其安置在室外平臺。

2.3方案經(jīng)濟分析

2.3.1初投資估算

方案一中合設(shè)冷水機組與真空熱水鍋爐的初投資總額是3473763元、方案二中合設(shè)風(fēng)冷熱泵的初投資總額是3514845元、方案三的分設(shè)風(fēng)冷熱泵初投資總額為3549763元、方案四中分設(shè)劇院風(fēng)冷熱泵和辦公VRF的初投資總額是343523元。同時，供水系統(tǒng)中管道、閥件安裝費用占據(jù)工程總費用的一半，而VRF系統(tǒng)中安裝費用是總費用的20%。通過分析發(fā)現(xiàn)，風(fēng)冷熱泵機組成本較高，而VRF系統(tǒng)的安裝費用相對較低，因此可以得出方案三的初投資額最高，方案四初投資額最低，因此初投資費用由高到低依次是：第三方案、第二方案、第一方案、第四方案。

2.3.2運行費用

由于本項目在杭州地區(qū)施工，因此計算運行費用時主要結(jié)合以下內(nèi)容分析：杭州非居民用電價格是0.74元每度、燃?xì)夥蔷用褓M用是3.73元/Nm3。同時，風(fēng)冷熱泵制熱效率和制冷效率是3，螺桿式冷水機組的制冷效率是5.8。在冬季由于區(qū)域特點出現(xiàn)融霜和衰減問題，因此可以將制熱效率設(shè)置成2.8，在每日上午8點至下午5點開啟空調(diào)，一般冬季的供熱時間是4個月，夏季制冷時間是5個月。方案二中冷凍水泵在劇院屋面位置，因此輸送距離相較于原設(shè)計增加了180m的輸送距離，其中有60m的塔樓立管和120m的地下室環(huán)管距離;供回水管的比摩阻是200Pa/m、總長度是360m、沿程阻力是72Kpa，由于輸配側(cè)局部阻力是磨擦阻力的一半，因此局部阻力是108kPa[2]。

經(jīng)過分析運行費用發(fā)現(xiàn)，方案三中運行費用最少，具體的影響因素如下：劇院距離4#辦公區(qū)域較遠(yuǎn)，通過分設(shè)空調(diào)系統(tǒng)能夠降低水泵揚程，減少水泵運行的能耗。此外，風(fēng)冷熱泵機組的能效相較于VRF更高，因此方案三中分設(shè)辦公區(qū)域和劇院的風(fēng)冷熱泵方案運行費用最少，而方案二中運行費用最高，其中年運行費用由高到低分別是第二方案、第一方案、第四方案、第三方案。

2.3.3可行性及空間利用率分析

方案一合設(shè)辦公區(qū)域與劇院冷熱源中，在劇院的地下一層設(shè)置制冷機房，且劇院的空調(diào)負(fù)荷較大，因此應(yīng)靠近劇院安置制冷機房。將冷卻塔安置在劇院的屋面，鄰近酒店的冷卻塔，其中冷卻塔的屋面面積是100m2、制冷機房的面積是150m2、鍋爐的面積是100m2。注意鍋爐房應(yīng)嚴(yán)禁設(shè)置在重要部門和人員密集區(qū)域的上、下一層、鄰近位置、主要通道和疏散口兩側(cè)，可以安排在靠近建筑物外墻的地下一層或第一層。本課題案例中地下室的南側(cè)和東側(cè)屬于外墻，在南側(cè)占滿的前提下，需要將鍋爐房設(shè)置在東側(cè)，面積相當(dāng)于4個車位。此外，伴隨著冷卻塔數(shù)量逐漸增加，風(fēng)冷熱泵會關(guān)閉，因此對于其他區(qū)域的振動噪聲影響會逐漸減弱。該方案在極端氣溫中效率不會衰減，因此可以提供良好的制熱效果保障。在夏季冷卻塔能效較大，制冷效率能達(dá)到5.8，而冬季的能耗較高，平時有必要加大維護(hù)力度。

方案二中合設(shè)辦公區(qū)與劇院冷熱源應(yīng)在屋面設(shè)置風(fēng)冷熱泵，且風(fēng)冷熱泵占屋面的面積為200m2。在振動噪聲方面，噪音和風(fēng)冷熱泵功率的提升會對劇院產(chǎn)生較大影響，在冬季系統(tǒng)的制熱效率會伴隨著外界氣溫降低而減少。因此，為了優(yōu)化制熱效果，需要分析效率衰減和融霜問題，而夏季系統(tǒng)的制冷效率是3，能耗較大;冬季制熱調(diào)整COP超過3則可以節(jié)能。方案二系統(tǒng)中設(shè)備十分集中且種類較少，因此維護(hù)工作較簡單。

第三方案中分設(shè)辦公區(qū)和劇院冷熱源，劇院屋面設(shè)置風(fēng)冷熱泵位置，在辦公區(qū)域風(fēng)冷熱泵使用模塊式渦旋風(fēng)冷熱泵，并將其布置在室外區(qū)域，設(shè)置機組高度是1900mm、5MF高度是2100mm、基礎(chǔ)高度是200mm，5MF高度和6F的辦公地板高度相同[3]。劇院的風(fēng)冷熱泵在屋面中的面積是140m2，辦公風(fēng)冷熱泵在5FM面積是100m2。不過，模塊類型的渦旋風(fēng)冷熱泵機組存在66dbA的噪音，模塊類型的風(fēng)冷熱泵機組的噪音相較于VRF超出5dbA，會對6層、7層的東側(cè)辦公區(qū)域造成影響。

方案四中分設(shè)辦公區(qū)域與劇院冷熱源，仍可以在劇院屋面位置設(shè)置風(fēng)冷熱泵，并在辦公區(qū)域內(nèi)采用VRF空調(diào)系統(tǒng)，將其安置在5MF的室外區(qū)域、10F的避難層。劇院中風(fēng)冷熱泵占屋面的面積是140m2、辦公區(qū)域是60m2，而冬季VRF的制熱能效較低，由于系統(tǒng)設(shè)備較集中，種類單一，因此維護(hù)工作量較少。

結(jié)論：

冷熱源方案在選擇過程中主要結(jié)合技術(shù)、經(jīng)濟層面，比較初投資、全年能耗、總造價、費用、運行成本等因素。多種冷熱源方案適用條件具有差異性，因此可以將計算成本費和投資費作為經(jīng)濟分析的基礎(chǔ)，并在計算過程中準(zhǔn)確、全面地了解相關(guān)數(shù)據(jù)和資料，建議分設(shè)冷熱源，體現(xiàn)選擇結(jié)果的可靠性、科學(xué)性。

參考文獻(xiàn)：

[1]王安光.基于實際運行數(shù)據(jù)的中央空調(diào)冷熱源系統(tǒng)運行現(xiàn)狀評估[J].綠色建筑，2019，11（03）：15-19.

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