四種冷源空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用比較

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摘要： 本文以烏魯木齊的一項(xiàng)商業(yè)建筑物為工程實(shí)例，在確定室外氣侯條件、室內(nèi)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、冷熱負(fù)荷與濕負(fù)荷特點(diǎn)等情況下，結(jié)合當(dāng)?shù)氐哪茉矗ㄈ缑?、電、氣等）和水價(jià)格，除對(duì)常規(guī)典型的電制冷空調(diào)系統(tǒng)—方案1、直燃型溴化鋰制冷空調(diào)系統(tǒng)—方案2的全部耗電量、耗氣量、耗水量進(jìn)行冬、夏季全年設(shè)計(jì) 計(jì)算  分析 外，還對(duì)地?zé)崴礋岜每照{(diào)系統(tǒng)—方案3、蒸發(fā)冷卻天然冷源空調(diào)系統(tǒng)—方案4進(jìn)行了計(jì)算分析，從而客觀地給出在烏魯木齊各種空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計(jì)工況下的運(yùn)行費(fèi)用。 關(guān)鍵詞： 電制冷 溴化鋰制冷 直燃機(jī) 蒸發(fā)冷卻空調(diào) 水源熱泵 

  烏魯木齊地區(qū)室外氣候特點(diǎn)是：1、夏季空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間不長(zhǎng)（最熱月平均溫度23.5℃）、冷負(fù)荷相對(duì)不是很大，室外空氣干燥（最熱月14時(shí)平均室外相對(duì)濕度31%），每天晝夜溫差較大，沒(méi)有新風(fēng)冷負(fù)荷(室外計(jì)算濕球溫度TWS=18.5℃)；2、冬季屬?lài)?yán)寒地區(qū)，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)（設(shè)計(jì)計(jì)算用采暖期天數(shù)177天），熱負(fù)荷較大,尤其是新風(fēng)負(fù)荷較大（冬季空調(diào)室外計(jì)算溫度-27℃）。因此，烏魯木齊地區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)選用就應(yīng)特別關(guān)注冬季 經(jīng)濟(jì) 使用情況。由于各地氣侯特點(diǎn)、能源特性及其價(jià)格、空調(diào)制冷系統(tǒng)自身特性的不同等，不同冷源空調(diào)系統(tǒng)在不同地方使用，它們的運(yùn)行費(fèi)用是不一樣。相對(duì)于某地一個(gè)確切的工程，可以有多種系統(tǒng)選擇，但是只有經(jīng)過(guò)具體計(jì)算、比較、分析才能為此工程選出最恰當(dāng)?shù)南到y(tǒng)。這是許多用戶(hù)最為關(guān)心的，是一個(gè)工程好壞的關(guān)健。1  、設(shè)計(jì)條件與依據(jù) 1．1、烏魯木齊某商業(yè)建筑物：面積10000.0m2，商場(chǎng)內(nèi)共有人員4500.0人（0.45人/ m2 ）。1．2、烏魯木齊夏室外空調(diào)空氣參數(shù)：（1）、夏季：干球溫度34.1℃，濕球溫度18.5℃，含濕量：8.4g/kg，室外空氣焓值56kj/kg.；（2）、冬季：干球溫度-27℃, 相對(duì)濕度80%，室外空氣焓值-26.6kj/kg。1．3、室內(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)：（1）、夏季：tn=25℃,ф=55%,in=56.6kj/kg；（2）、冬季：tn=22℃,ф=40%,in=40.8kj/kg。1．4、夏季：冷負(fù)荷指標(biāo)120w/ m2，冷負(fù)荷1200kw，含濕量：0.3g/kg，濕負(fù)荷：736kg/h，熱濕比：ε=5870.0kj/kg；冬季：圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷指標(biāo)80w/ m2，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷：800kw（不包括新風(fēng)負(fù)荷），濕負(fù)荷：600.0kg/h，熱濕比：ε=-4800.0kj/kg。1．5、熱媒供回水溫度：夏季：7~12℃，冬季：60~50℃。1．6、夏季空調(diào)系統(tǒng)為全新風(fēng)全空氣系統(tǒng)，冬季時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)為全空氣系統(tǒng)，其中新風(fēng)量占總風(fēng)量15%，305000*0.15=45750（m3/h）,對(duì)應(yīng)新風(fēng)負(fù)荷748.9 kw(二級(jí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量也一樣)。1．7、天然氣低位發(fā)熱量8600kcal/m3，烏市天然氣價(jià)：1.34元/ m3。1．8、烏市用水價(jià)格：商業(yè)用水2.33元/立方米；辦公、民用、 工業(yè) 用水1.53元/立方米。1. 9、烏市商業(yè)電價(jià):：高峰：0.801元/度，平段：0.535元/度，低谷：0.272元/度；商業(yè)營(yíng)業(yè)時(shí)間按：10.00~22.00,12個(gè)小時(shí)計(jì)算； 目前 ，商業(yè)使用實(shí)際電價(jià)應(yīng)為：0.560元/度；辦公電價(jià):：高峰：0.536元/度，平段：0.362元/度，低谷：0.189元/度；目前，辦公用實(shí)際電價(jià)應(yīng)為：0.420元/度。1．10、烏市城市采暖費(fèi): ：22.00元/ m2。1．11、系統(tǒng)補(bǔ)水泵 影響 較小，其能耗忽略不計(jì)；系統(tǒng)漏水量按循環(huán)水量的0.5%計(jì)。12、地源熱泵制冷系統(tǒng)水井井深50米。   2  、夏季設(shè)計(jì)工況 由于，夏季室內(nèi)外空氣的焓值基本相等,采用100%的室外新風(fēng)在不增加能耗的情況下，有利于室內(nèi)空氣品質(zhì)改善。在I——d圖上（略），空氣處理過(guò)程是：等濕降溫——絕熱加濕。通過(guò)計(jì)算，對(duì)于機(jī)械制冷空調(diào)系統(tǒng)：送風(fēng)狀態(tài)是：溫度to=14.5℃，焓值io=38.3kj/kg，含濕量do=9.3g/kg，總送風(fēng)量為：L=300000m3/h，直接加濕量：508.3kg/h，可選擇6臺(tái)50000m3/h的空調(diào)機(jī)組負(fù)責(zé)送風(fēng)；冷水機(jī)組選擇2臺(tái)，每臺(tái)制冷量：600kw。對(duì)于二級(jí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)：間冷效率（IEC）按65%計(jì)，送風(fēng)狀態(tài)達(dá)到：to=16.9℃，io=45.5kj/kg（由于室內(nèi)濕度大，直冷效率（DEC）80%既可），含濕量：do=10.1g/kg，相應(yīng)的總送風(fēng)量為：L=464000m3/h，直接加濕量：720.0kg/h，選擇6臺(tái)80000 m3/h空調(diào)機(jī)組負(fù)責(zé)送風(fēng)。夏季各制冷空調(diào)系統(tǒng)耗能、耗氣、耗水計(jì)算結(jié)果   表一耗能、耗水系統(tǒng) 耗電量（kw） 耗氣量（m3/h） 耗水量（kg/h）  電制冷空調(diào)系統(tǒng) 冷水機(jī)組 118*2 空調(diào)機(jī)組 22*6 760  水泵、冷卻塔 5．5*2+15*2+15*2 1150+2200  小計(jì) 439 0 4112  直燃式制冷空調(diào)系統(tǒng) 直燃式冷水機(jī)組 4*2 45.3*2 空調(diào)機(jī)組 22*6 760  水泵、冷卻塔 15*2+15*2+5.5*2 1380+2200  小計(jì) 211 90.6 3656  地源熱泵制冷空調(diào)系統(tǒng) 地源熱泵制冷機(jī)組 143*2 空調(diào)機(jī)組 22*6 760  冷水泵、冷卻水提升泵 24*2+11*2 800+900  小計(jì) 488 0 2460  二級(jí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng) 送風(fēng)機(jī) 30*6 二次風(fēng)風(fēng)機(jī) 5.5*6 循環(huán)水泵 (1.1+1.5)*6 1080+2400  小計(jì) 228.6 0 3480    夏季設(shè)計(jì)計(jì)算結(jié)果一覽表   表二結(jié)果系統(tǒng) 總耗電量(元/h) 天然氣總耗量(元/h) 總耗水量(元/h) 總耗電、氣、水耗費(fèi)用 (元/h) 四種系統(tǒng)之間關(guān)系  方案1 電制冷空調(diào)系統(tǒng) 245.8 0 9.6 255.4 1．0  方案2 直燃式制冷空調(diào)系統(tǒng) 118.2 121.4 8.5 248.1 0.97  方案3 地源熱泵制冷空調(diào)系統(tǒng) 273.3 0 5.7 279.0 1.10  方案4 二級(jí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng) 128.0 0 8.1 136.1 0.53    3  、夏季設(shè)計(jì)工況下結(jié)論 3．1、通過(guò)對(duì)表中數(shù)據(jù)分析,電制冷空調(diào)系統(tǒng)電耗占總成本98%，水耗只占2%。而在電耗中：冷水機(jī)組電耗占53.8%,水系統(tǒng)設(shè)備電耗占16.2%，空氣處理機(jī)組電耗占30%。3．2、對(duì)直燃式制冷空調(diào)系統(tǒng)：按當(dāng)前各種能源價(jià)格，系統(tǒng)電耗占總成本52.6%,天然氣占總成本45.3%,水耗只占2.1%。而在電耗中：直燃式冷水機(jī)組電耗占3.9%,水系統(tǒng)設(shè)備電耗占33.6%，空氣處理機(jī)組電耗占62.5%。3．3、地源熱泵制冷空調(diào)系統(tǒng)：通過(guò)對(duì)表中數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)電耗占總成本98.3%，水耗只占1.7%。而在電耗中：冷水機(jī)組電耗占58.6%,水系統(tǒng)設(shè)備電耗占14.3%，空氣處理機(jī)組電耗占27.0%。雖然,熱泵機(jī)組耗電占系統(tǒng)較大比重；但地下水位不能太深（H≤60米），否則會(huì)對(duì)系統(tǒng)電耗影響較大，因?yàn)镹=kQH，如：某工程井深280米，比設(shè)計(jì)井深大5倍，則對(duì)應(yīng)深井泵的總能耗將增加約200kw，水系統(tǒng)設(shè)備電耗占總系統(tǒng)電耗也大幅增加24%，。此外，考慮深水井的造價(jià)較高（一般650元/米左右），工程上往往只打一口取水井，這樣冷卻水提升泵只設(shè)一臺(tái)，熱泵機(jī)組也應(yīng)設(shè)一臺(tái)，不然如設(shè)二臺(tái)熱泵機(jī)組，部分負(fù)荷時(shí)，運(yùn)行一臺(tái)熱泵機(jī)組工作, 匹配的冷卻水提升泵能耗會(huì)過(guò)大。3．4、二級(jí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)：是幾種空調(diào)系統(tǒng)中運(yùn)行費(fèi)用最經(jīng)濟(jì)的一種，這是其利用天然冷源的機(jī)理決定的。主要運(yùn)行成本也是電耗，占96.4%。3．5、在電制冷與直燃式機(jī)械制冷空調(diào)方式對(duì)比中，電價(jià)和氣價(jià)不同決定了二種制冷空調(diào)方式運(yùn)行費(fèi)用的高低。經(jīng)推導(dǎo)可得出電價(jià)氣價(jià)關(guān)系為：X=2.9Y，比如：當(dāng)氣價(jià)為：X =1.34元/ m3時(shí)，電價(jià)為：Y=1.34/2.9=0.46元/度，二種制冷空調(diào)方式的運(yùn)行費(fèi)用相當(dāng)，如電價(jià)高于0.46元/度，則電制冷空調(diào)的運(yùn)行費(fèi)用就會(huì)高于直燃式機(jī)械制冷空調(diào)。4  、冬季運(yùn)行費(fèi)用 依據(jù)上述設(shè)計(jì)條件, 空調(diào)系統(tǒng)冬、夏季送風(fēng)量相同，L=305000m3/h，仍由6臺(tái)50800m3/h的空調(diào)機(jī)組負(fù)責(zé)送風(fēng)；冬季新風(fēng)量占總風(fēng)量15%，新風(fēng)量45750（m3/h）,新風(fēng)負(fù)荷748.9kw，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷：800kw，總空調(diào)熱負(fù)荷1548.9 kw濕負(fù)荷：600.0kg/h，熱濕比：ε=-4800.0kj/kg。在I——d圖上（略），空氣處理過(guò)程是：新風(fēng)予熱——新風(fēng)與室內(nèi)回風(fēng)混合——再熱。送風(fēng)狀態(tài)是：溫度to=34.7℃，焓值io=51.7kj/kg，含濕量do=6.5g/kg。對(duì)于二級(jí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)：其送風(fēng)量為：L=432000m3/h，由6臺(tái)72000 m3/h空調(diào)機(jī)組負(fù)責(zé)送風(fēng),經(jīng)計(jì)算：送風(fēng)狀態(tài)為：送風(fēng)溫度to=31.3℃，焓io=49.3kj/kg,含濕量do=7.1g/kg。熱水循環(huán)流量：133.2 m3/h。冬季各制冷空調(diào)系統(tǒng)耗能、耗水計(jì)算結(jié)果   表三  系統(tǒng) 供熱方式 耗能、耗水設(shè)備 耗電量（kw） 耗氣量（m3/h） 耗水量（kg/h） 備注  電制冷空調(diào)系統(tǒng) 城市集中供熱 換熱器、二次水水處理、水泵 0 500 一次水未能耗考慮  空調(diào)機(jī)組 22*6+0.55*6 0 160 小計(jì) 135.3 0 660.0 燃?xì)鉅t自供熱 燃?xì)鉅t 1.5*2 88*2 0 水處理、循環(huán)水泵 7.5*2+2.2*0.3+1.5*0.2 0 500 空調(diào)機(jī)組 22*6+0.55*6 0 160 小計(jì) 154.3 176 660.0 直燃式空調(diào)系統(tǒng) 高發(fā)加大直燃機(jī)組供熱 直燃式冷水機(jī)組 4.0*2 93*2 0 空調(diào)機(jī)組 22*6+0.55*6 0 160 水處理、循環(huán)水泵 7.5*2+2.2*0.3+1.5*0.2 0 500 小計(jì) 159.3 186 660.0 地源熱泵空調(diào)系統(tǒng) 地源熱泵機(jī)組供熱 地源熱泵制冷機(jī)組 220*2 0 0 空調(diào)機(jī)組 22*6+0.55*6 0 160 冷水泵、冷卻水提升泵 24*2+7.5*2 0 900 小計(jì) 638.3 0 1060.0 二級(jí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng) 城市集中供熱 送風(fēng)機(jī) 15.0*2*6 0 循環(huán)水泵 0.75*6 0 200 直接加濕  換熱器、二次水水處理、水泵 0 500 小計(jì) 184.5 0 700.0 燃?xì)鉅t自供熱 燃?xì)鉅t 1.5*2 88*2 0 水處理、循環(huán)水泵 7.5*2+2.2*0.3+1.5*0.2 0 600 空調(diào)機(jī)組 15*2*6+0.75*6 0 200 小計(jì) 238.5 176.0 800.0 冬季各系統(tǒng)一小時(shí)運(yùn)行費(fèi)用的結(jié)果     表四參數(shù)系統(tǒng) 供熱方式 總耗電量(元/h) 天然氣總耗量(元/h) 總耗水量(元/h) 總耗電、氣、水耗用(元/h) 四種系統(tǒng)之間關(guān)系  電制冷空調(diào)系統(tǒng) 集中供熱 75.8 0 1.53 77.9+1.53+101.9=179.2 1．0  燃?xì)夤?86.4 235.8 1.53 323.7 1.81  直燃式制冷空調(diào)系統(tǒng) 高發(fā)加大直燃機(jī)組供熱 89.4 249.2 1.53 340.1 1.90  地源熱泵制冷空調(diào)系統(tǒng) 地源熱泵機(jī)組供熱 357.4 0 2.47 360.0 2.01  二級(jí)蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng) 集中供熱 103.3 0 1.63 103.3+1.63+101.9=206.8 1.15  燃?xì)夤?133.6 235.8 1.86 371.2 2.07    注 ：集中供熱按城市采暖費(fèi)22.0元/m2標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算（空調(diào)用熱與采暖用熱價(jià)格暫定一樣）,這包括了鍋爐房一、二次水泵耗能，燃煤、人工、維修等總費(fèi)用；一個(gè)采暖期180天(每天12小時(shí))，折合到本建筑每小時(shí)費(fèi)用101.9元/h。5  、冬季設(shè)計(jì)工況下的結(jié)果 5．1、冬季各系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)費(fèi)用相差較大，這對(duì)采暖期長(zhǎng)，能耗大的寒冷地區(qū)特別重要;從表四可以得出：冬季在烏魯木齊除采用城市集中供熱外（不考慮熱貼），其它任何空調(diào)系統(tǒng)在采用以天燃?xì)鉃橹饕獰嵩垂峄虻卦礋岜脵C(jī)組方式供熱都很不 經(jīng)濟(jì) ，所以應(yīng)避免采用。5．2、冬季新風(fēng)量雖然占總送風(fēng)量不大，但空調(diào)機(jī)組在對(duì)其加熱、加濕過(guò)程中能耗確很大，在采用集中供熱的空調(diào)系統(tǒng)中，新風(fēng)負(fù)荷約占總負(fù)荷50%，其運(yùn)行費(fèi)用也占總費(fèi)用50%左右，所以設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)冬季新風(fēng)是否采用、采用多少應(yīng)特別注意。如：在直燃式空調(diào)和地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的有些設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人為了滿(mǎn)足全年負(fù)荷要求，就以冬季這二種機(jī)組的額定出力選擇設(shè)備，其結(jié)果必然是出投資增大，冬季系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用高，夏季系統(tǒng)長(zhǎng)年在部分負(fù)荷情況下運(yùn)行，對(duì)即機(jī)組不利，運(yùn)行也不經(jīng)濟(jì)，是應(yīng)禁止選擇的設(shè)計(jì)方案。5．3、在不考慮一次用水情況下，水的損耗占總費(fèi)用不到1%；在采用集中供熱的空調(diào)系統(tǒng)中，集中供熱費(fèi)用是固定不變的，空調(diào)機(jī)組能耗約占50%左右。6  、全年設(shè)計(jì)工況下的結(jié)果 6．1、在現(xiàn)有收費(fèi)條件下，用城市集中供熱是冬季空調(diào)系統(tǒng)的最經(jīng)濟(jì)用熱方式。6．2、使用天然蒸發(fā)冷卻冷源空調(diào)系統(tǒng)——方案4是夏季各類(lèi)空調(diào)系統(tǒng)中最為經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)，冬季使用城市集中供熱也較經(jīng)濟(jì)。6．3、夏季使用常規(guī)典型的螺桿式電制冷空調(diào)系統(tǒng)——方案1，在設(shè)計(jì)工況下其運(yùn)行費(fèi)用是方案4的一倍，冬季應(yīng)使用城市集中供熱供熱。6．4、夏季使用直燃型溴化鋰制冷空調(diào)系統(tǒng)——方案2，其運(yùn)行費(fèi)用與方案1相當(dāng)，冬季不應(yīng)時(shí)用直燃機(jī)供熱。6．5、由于冬季熱負(fù)荷較大，再使用地源熱泵供熱相對(duì)就很不合理，夏季使用地?zé)崴礋岜?mdash;—方案3供冷是否經(jīng)濟(jì)，主要取決于地下水水位或井深。事實(shí)上，選擇何種方式的制冷空調(diào)系統(tǒng)對(duì)一項(xiàng)工程不僅重要，而且相當(dāng)復(fù)雜；除了應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì) 分析 比較外，還必須考慮到一次投資、人員成本、技術(shù)上可靠合理、設(shè)備的性能和使用壽命、設(shè)備的使用與維修、自動(dòng)化管理與調(diào)節(jié)、設(shè)備和管道占用場(chǎng)地和空間情況、對(duì)環(huán)境 影響 等。只有全面掌握有關(guān)信息，分析比較后才能得出最佳方案。參考  文獻(xiàn) ：David M.Elovitz,P.E. 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