风冷模块热泵水冷螺杆水源热泵地源热泵中央空调方案对比.docx
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风冷模块热泵水冷螺杆水源热泵地源热泵中央空调方案对比
风冷模块热泵、水冷螺杆、水源热泵、地源热泵中央空调方案对比
2014年8月
一、项目概述
本工程建筑总面积约10000m2，建筑功能为公共建筑。
二、设计条件：
1.依据规范和图纸
《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）2.室外气象参数：
天津市位置：
北纬39°08′东径116°28′，海拔3.3米。
夏季大气压力：
1004.8hpa
冬季大气压力：
1026.6hpa
夏季室外通风计算干球温度：
29℃
夏季室外空调计算干球温度：
33.4℃
夏季室外空调计算湿球温度：
26.9℃
冬季室外空调计算干球温度：
-11℃
冬季室外采暖计算干球温度：
-9℃
冬季室外平均风速:
2.8M/S
夏季室外平均风速:
1.9M/S
3.室内设计参数：
相对湿度
相对湿度
冬季室温
夏季室温
新风量
备注
名称
（夏）
（冬）
办公20℃
25℃
55%
≥35%
30m3/h·人
三、负荷分析
天津属于冬冷夏热地区，夏季需要设置冷源，满足空调房间的需要；冬季建
筑需要提供热源供热，要设置合理的空调方案，首先需要对天津的气候条件进行
了解，夏季最高温度在35℃以下，冬季最低温度在-12℃以上，根据实际的气象条件，选择合理、高效的空调冷、热源方案。
四、冷热负荷估算值
功能
面积m2
冷指标w/m2冷负荷KW
热指标w/m2
热负荷KW
办公
10000100100080
800
五、空调主机方案比较
以下分别从主机特点、初投资、运行费用、系统维护等方面对多种可选方案进行比较，以期选择最佳方案，确定性价比最高的系统形式。
目前市场上比较成熟的冷热源系统解决方案无外乎以下几种：
1.冷源：
A．水冷制冷机组（螺杆机组）；
B．风冷冷水机组（风冷模块）；
C．水源制冷系统；
D．
2.热源：
地源制冷系统；
A．市政热网；
B．自建锅炉房；
C．风冷热水机组（风冷模块）；
D．
水源热泵系统；
E．地源热泵系统；
以上诸多系统，在投资、运行费用以及系统维护等方面存在着很大的差别。
为了能满足冬夏两季的应用，我们把以上各种方式组合成五种合理方案：
◆方案一：
风冷冷热水热泵机组中央空调系统方案；
◆方案二：
水冷机组+集中市政热网方案；
◆方案三：
水冷机组+自建燃气锅炉房方案；
◆方案四：
水源热泵中央空调系统方案；
◆方案五：
地源热泵中央空调系统方案；
下面对这五种方案分别进行详细分析，比较其各方面的优缺点：
*比较原则：
初投资均为各系统标准报价；
电费统一为1元/度；
气费统一为3.25元/Nm运行时间一致。
3；
方案一：
风冷冷热水热泵机组中央空调系统
1.机组特点
系统方面：
风冷机与空气进行换热，不使用冷却水系统，省去了冷却塔、水泵及相应的管道，给设计和施工人员都提供了便利。
场地要求：
风冷机组必须放置在屋顶或其他开放的大气环境中，不会占用宝贵的建筑面积，节省机房投资，并将噪音源由室内移到室外。
运行及管理：
机组的运行方面，不需设置专门的运行人员，而且风冷机组大多采用多机头设计，能量调节十分方便，尤其在非满负荷运行的情况下，其节能效果十分明显。
节能环保：
从空气中提取能量，消耗少量电能，就可实现冷暖，最大限度节约一次性能源。
机组运行时无任何排放及污染，绿色环保。
初投资：
机组的初投资方面，相同制冷量的风冷机组价格比水冷机组高30%左右。
但从整个系统角度来讲，由于水冷机组系统需要配备冷却塔、
冷却水循环泵和管路系统等，所以风冷机组系统与水冷系统的设备投资相差不多。
2.主要设备选型如下
序
数
单
设备名称
规格型号
设备参数
备注
号
量
位
制冷量334.5kW
1
风冷冷热水热泵机组（风冷模块）
CXAM120
制热量317.7kW制冷总功率113.4kW
制冷COP：
2.95制热总功率107.6kW
3
台
特灵
制热COP：
2.95
2
DFG200-315/4/3空调水循环泵
0
G=200t/hH=32mN=30kw
2
台
一用一备
3.运行费用分析
根据负荷分布分析法，运行费用如下表计算：
风冷冷热水热泵机组风冷模块方案运行费用分析
计算项目
运行时间
h/天
设备功率
Kw
设备数
量/台
计算过程
运行天数×运行时间
负荷率100%天数
159
113.4
3
×需求符合/设备负荷
低温高效风冷模块机组耗电计算
负荷率75%天数
259113.43
量×100%
运行天数×运行时间×需求符合/设备负荷量×75%
运行天数×运行时间
负荷率50%天数
409113.43
×需求符合/设备负荷
量×50%
运行天数×运行时间
制冷
负荷率25%天数109113.43
×需求符合/设备负荷
合计耗电量
量×25%
上述耗电量总和
空调末端设备耗电
90
9
0.05
300
运行天数×运行时间
机房附属设备耗电
90
9
30
1
运行天数×运行时间
夏季总耗电电量
风冷模块主机总耗电耗电量+机房附属设备
夏季总运行费用
夏季总耗电量×1.0
负荷率100%天数
209107.63
运行天数×运行时间×需求符合/设备负荷量×100%
低温高效风冷模
负荷率75%天数
309107.63
运行天数×运行时间×需求符合/设备负荷量×75%
块机组耗电计算
负荷率50%天数
509107.63
运行天数×运行时间×需求符合/设备负荷量×50%
制热
负荷率25%天数
209107.63
运行天数×运行时间×需求符合/设备负荷量×25%
合计耗电量
上述耗电量总和
空调末端设备耗电
120
9
17.368
1
运行天数×运行时间
冷冻水泵
120
24
30
1
运行天数×运行时间
制热总耗电电量
风冷模块主机总耗电耗电量+机房附属设备
制热总运行费用
冬季总耗电量×1.0
全年运行费用487469
4.初投资分析
序号
1
3
4
设备名称
风冷模块空调机房系统造价末端工程造价
规格型号
特灵CXAM120
单价（万元）
57
40
数量
3
1
1
合计（万元）171
40
100
5
总投资
311
方案二：
水冷机组＋集中供热冷热源方案
本方案主机选用水冷机组提供7℃-12℃的冷冻水，承担夏季冷负荷，冬季
采用市政热网通过板换换热提供60℃-55℃的空调热水，承担冬季热负荷。
1.主要设备选型
设备名称
规格型号
主要参数
数量
单位
备注
制冷量：
1046KW
水冷机组
D1D1E1
功率：
203KW
1
台
特灵
COP：
5.15
空调循环
水泵
冷却水循
环泵
DFG200-315/4/30
DFG200-315
（11）B/4/30
G=200t/hH=32m
N=30kw
流量：
246m3/h，扬
程：
24m,功率：
30KW
2
2
台
台
一用一备
一用一备
2.运行费用分析
水冷机组+集中供热方案运行费用分析
计算项目
运行时间
h/天
设备功率
Kw
设备数量
/台
计算过程
负荷率100%天数
159
203
1
运行天数×运行时间功率×需求符合/设×设备数量×100%
水冷机组耗电计算
负荷率75%天数
2592031
运行天数×运行时间功率×需求符合/设×设备数量×75%运行天数×运行时间
负荷率50%天数
4092031
功率×需求符合/设
×设备数量×50%
运行天数×运行时间
制冷
负荷率25%天数1092031
功率×需求符合/设
合计耗电量
×设备数量×25%
上述耗电量总和
空调末端设备耗电
90
9
0.05
300
运行天数×运行时间功率
机房附属设备耗电
90
9
30
2
运行天数×运行时间功率
风冷模块主机总耗电
夏季总耗电电量
端总耗电量+机房附
耗电
夏季总运行费用
夏季总耗电量×1.0/Kwh
空调末端设备耗电
120
9
0.05
300
运行天数×运行时间功率
冷冻水泵
120
12
30
1
运行天数×运行时间功率
制热
制热总耗电电量
水冷机组总耗电量+耗电量+机房附属设
制热总运行费用
冬季总耗电量×1.0/Kwh
市政集中供热
全年运行费用
建筑面积×40元
618399
3.初投资分析
序号
1
2
3
4
5
设备名称
冷水机组空调机房造价市政接口费末端工程造价
总投资
规格型号
特灵D1D1E1
单价（万元）75
120元/m2
数量
1台
10000平米
合计（万元）75
40
120
100
335
由于天津市市政热网接口费高的现状，本方案初投资较高，单位建筑面积采暖费也较高，造成冬季运行费用高。
方案三：
水冷机组＋自建燃气锅炉房方案
本方案主机选用水冷机组提供7℃-12℃的冷冻水，承担夏季冷负荷，冬季
采用自建燃气锅炉房通过板换换热提供60℃-55℃的空调热水，承担冬季热负荷。
1.主要设备选型
设备名称
规格型号
主要参数
数量
单位
备注
制冷量：
1046KW
水冷机组
D1D1E1
功率：
203KW
1
台
特灵
COP：
5.15
空调循环
水泵
冷却水循
环泵
DFG200-315/4/30
DFG200-315
（11）B/4/30
G=200t/hH=32m
N=30kw
流量：
246m3/h，扬
程：
24m,功率：
30KW
2
2
台
台
一用一备
一用一备
燃气锅炉
锅炉循环
泵
DW-1810
DFG60-315B/4
/15
功率：
478KW热效率：
90%
流量：
60m3/h，扬程：
24m,功率：
15KW
2
2
台
台
史密斯
一用一备
2.运行费用分析
水冷机组+自建燃气锅炉房方案运行费用分析
计算项目
运行时间
h/天
设备功率
Kw
设备数量
/台
计算过程
负荷率100%天数
159
203
1
运行天数×运行时间功率×需求符合/设备×设备数量×100%
水冷机组耗电计
负荷率75%天数
2592031
运行天数×运行时间功率×需求符合/设备×设备数量×75%
算
负荷率50%天数
4092031
运行天数×运行时间功率×需求符合/设备×设备数量×50%
制冷
负荷率25%天数
1092031
运行天数×运行时间功率×需求符合/设备×设备数量×25%
合计耗电量
上述耗电量总和
空调末端设备耗电
90
9
0.05
300
运行天数×运行时间功率
冷冻水泵
90
9
30
1
运行天数×运行时间功率
冷却水泵
90
9
30
1
运行天数×运行时间功率
夏季总耗电电量
水冷机组总耗电量+末耗电量+机房附属设备
夏季总运行费用
夏季总耗电量×1.0/Kwh
运行天数×运行时间
负荷率100%天数
2094782
耗气量×需求符合/设荷/热效率×设备数量
100%
运行天数×运行时间
制热
燃气锅炉机组耗气量计算
负荷率75%天数
负荷率50%天数
3094782
5094782
耗气量×需求符合/设荷/热效率×设备数量75%
运行天数×运行时间耗气量×需求符合/设荷/热效率×设备数量
50%
运行天数×运行时间
负荷率25%天数
2094782
耗气量×需求符合/设荷/热效率×设备数量
25%
制热总耗气量
合计燃气费用
上述耗燃气费用总和
空调末端设备耗电
120
9
0.05
300
运行天数×运行时间功率
空调循环水泵
120
12
30
1
运行天数×运行时间功率
锅炉循环水泵
120
12
15
1
运行天数×运行时间功率
锅炉系统总耗电量+末
制热总耗电费用
耗电量+机房附属设备
制热总运行费用
全年运行费用
×1.0元/Kwh
428499
3.初投资分析
序号
1
2
3
4
5
设备名称
冷水机组空调机房造价末端工程造价天然气接口费燃气锅炉
规格型号
特灵D1D1E1
史密斯DW-1810
单价（万元）
75
25
数量
1台
100立方
2
合计（万元）75
40
100
80
50
6
总投资
345
方案四：
水源热泵中央空调方案
主机采用水源热泵机组，夏季提供7℃-12℃的冷水，承担夏季冷负荷并提供生活热水；冬季提供50℃-45℃的热水，承担冬季热负荷。
1.水源热泵机组特点
水源热泵机组以水为载体，冬季采集来自湖水、河水、地下水及地热尾
水，甚至工业废水、污水的低品位热能，借助热泵系统，通过消耗部分电能，
将所取得的能量供给室内取暖；在夏季把室内的热量取出，释放到水中，以
达到夏季空调的目的。
该机组具有设计标准、选择优良、操作简便、安全可
靠等优点。
由于水源热泵技术利用地表水作为空调机组的制冷制热的源，所以其具有以下优点：
（1）环保效益显著
水源热泵是利用了地表水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。
供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，，没有燃烧过程，避免了排
烟污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染。
不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，使环境更优美。
（2）高效节能
水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22℃，水体温度比环境空气
温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。
而夏季水体为
18-35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷
却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。
据美国环保署EPA估计，
设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。
（3）运行稳定可靠
水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。
是
很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更
可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。
不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。
（4）一机多用，应用范围广
水源热泵系统可供暖、空调，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。
（5）自动运行
水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机
组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命长可达到15年以上。
当然，水源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。
⑴可利用的水源条件限制
水源热泵理论上可以利用一切的水资源，其实在实际工程中，不同的水
资源利用的成本差异是相当大的。
所以在不同的地区是否有合适的水源成为
水源热泵应用的一个关键。
目前的水源热泵利用方式中，闭式系统一般成本
较高。
而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。
对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。
⑵水层的地理结构的限制
对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保可
以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。
⑶投资的经济性
由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源
的基本条件的不同；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。
虽然总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低。
但与传统的空调制冷
取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同。
2.主要设备选型
设备名称
规格型号
主要参数
数量
单位
备注
制冷量1082.2kw
制热量1177.9kw制冷总功率133.7kw
水源热泵机组
C2F2F3
制冷COP:
8.1
1
台
特灵
制热总功率200.2kw
制热COP:
5.88
空调循环水泵
DFG200-315/4/30
G=200t/hH=32m
N=30kw
2
台
一用一备
冷却水循环泵
DFG200-315
（11）B/4/30
流量：
100m3/h,
扬程：
24m,2功率：
15KW
台
一用一备
3.运行费用分析
水源热泵中央空调方案运行费用分析
计算项目
运行时间
h/天
设备功率
Kw
设备数量
/台
计算过程
负荷率100%天数
159
133.7
1
运行天数×运行时间功率×需求符合/设备×设备数量×100%
水源热泵机组耗
负荷率75%天数
259133.71
运行天数×运行时间功率×需求符合/设备×设备数量×75%
电计算
负荷率50%天数
409133.71
运行天数×运行时间功率×需求符合/设备×设备数量×50%
制冷
负荷率25%天数
109133.71
运行天数×运行时间功率×需求符合/设备×设备数量×25%
合计耗电量
上述耗电量总和
空调末端设备耗电
90
9
0.05
300
运行天数×运行时间功率
冷冻水泵
90
9
30
1
运行天数×运行时间功率
冷却水泵
90
9
15
1
运行天数×运行时间功率
风冷模块主机总耗电
夏季总耗电电量
端总耗电量+机房附属
夏季总运行费用
耗电
夏季总耗电量×1.0/Kwh
负荷率100%天数
209200.21
运行天数×运行时间功率×需求符合/设备×设备数量×100%
水源热泵机组耗
负荷率75%天数
309200.21
运行天数×运行时间功率×需求符合/设备×设备数量×75%
电计算
负荷率50%天数
509200.21
运行天数×运行时间功率×需求符合/设备×设备数量×50%
制热
负荷率25%天数
209200.21
运行天数×运行时间功率×需求符合/设备×设备数量×25%
合计耗电量
上述耗电量总和
空调末端设备耗电
120
9
0.05
300
运行天数×运行时间功率
冷冻水泵
120
12
30
1
运行天数×运行时间功率
冷却水泵
120
12
15
1
运行天数×运行时间功率
风冷模块主机总耗电
制热总耗电电量
端总耗电量+机房附属
制热总运行费用
全年运行费用
耗电
冬季总耗电量×1.0/Kwh
283423
4.初投资分析
序号
1
设备名称水源热泵机组
规格型号
特灵C2F2F3
单价（万元）
65
数量
1
合计（万元）65
2
3
4
5
空调机房报价
末端工程造价室外打井工程造价
总投资
40
100
100
305
方案五：
地源热泵中央空调方案
主机采用地源热泵机组，夏季提供7℃-12℃的冷水，承担夏季冷负荷并提供生活热水；冬季提供50℃-45℃的热水，承担冬季热负荷。
1、地源热泵系统特点
近年来随着资源和环境的问题日益严重，在满足人们健康、舒适要求的前提
下，合理利用自然资源，保护环境，减少常规能源消耗，已成为暖通空调行业需
要面对的一个重要问题。
地源热泵空调系统通过吸收大地（包括土壤、井水、湖
泊等）的冷热量，冬季从大地吸收热量，夏季从大地吸收冷量，再由热泵机组向
建筑物供冷供热而实现节能，是一种利用可再生能源的高效节能、无污染的既可供暖又可制冷的新型空调系统。
图2－1：
地源热泵利用示意图
热泵的理论起源于十九世纪早期卡诺的著作，1912年在瑞士的苏黎世成功
安装一套以河水作为低位热源的热泵设备用于供暖，并以此申报专利，这就是早
期的水源热泵系统，也是世界上第一个水源热泵系统。
到20世纪40年代，大
型热泵的数量已相当可观。
20世纪70年代以来，热泵工业进入了黄金时期，
世界各国对热泵的研究工作都十分重视，诸如国际能源机构和欧洲共同体，都制
定了大型热泵发展计划，热泵新技术层出不穷，热泵的用途也在不断的开拓，广
泛应用于空调和工业领域，在能源的节约和环境保护方面起着重大的作用。
（2）地源热泵的工作原理
系统通过地源热泵将环境中的热能提取出来对建筑物供暖或者将建筑物中
的热能释放到环境中去而实现对建筑物的制冷，夏季可以将富余的热能存于地层
中以备冬用；同样，冬季可以将富余的冷能贮存于地层以备夏用。
这样，通过利用地层自身的特点实现对建筑物、环境的能量交换。
在制冷状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，使其进行汽-液转化
的循环。
通过蒸发器内冷媒的蒸发将由风机盘管循环所携带的热量吸收至冷媒
中，在冷媒循环的同时再通过冷凝器内冷媒的冷凝，由水路循环将冷媒所携带的
热量吸收，最终由水路循环转移至地下水或土壤里。
在室内热量不断转移至地下的过程中，通过风机盘管，以13℃以下的冷风的形式为房间供冷。
循环介质带走热量（5单位）
压缩机做功（1单位）
带走房间热量
（4单位）
风
地下换热
介质循环
冷
凝
器
工
作
介
质
蒸
发
器
供冷循环
机
盘
管
循
环
竖
直
埋
管
图2-2夏季供冷原理图
在制热状态下，地源热泵机组内的压缩机对冷媒做功，并通过换向阀将冷媒
流动方向换向。
由地下的水路循环吸收地下水或土壤里的热量，通过冷凝器内冷
媒的蒸发，将水路循环中的热量吸收至冷媒中，在冷媒循环的同时再通过蒸发器
内冷媒的冷凝，由风机盘管循环将冷媒所携带的热量吸收。
在地下的热量不断转移至室内的过程中，以35℃以上热风的形式向室内供暖。
从土壤中提取热量（3单位）
压缩机做功（1单位）
供至房间热量
（4单位）
风
地下换热
介质循环
蒸
发
器
工
作
介
质
冷
凝
器
供热循环
机
盘
管
循
环
竖
直
埋
管
图2-3冬季供热原理图
系统实际上是指通过将传统的空调器的冷凝器或蒸发器延伸至地下，使其与
浅层岩土或地下水进行热交换，或是通过中间介质（如防冻液）作为热载体，并
使中间介质在封闭环路中通过在浅层岩土中循环流动，从而实现利用低温位浅层
地能对建筑物内供暖或制冷的一种节能、环保型的新能源利用技术。
该技术可以
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