于中央空调冷热源方案选择要点1.docx
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于中央空调冷热源方案选择要点1
关于空调冷热源方案选择的若干要点
中央空调系统一直是整个项目中的能耗大户，空调冷热源方案的选择是一个直接关系到空调工程项目的成败和经济效益优劣的重要问题。
近年来，随着科学技术的迅速发展以及对节能和环保要求的不断提高，暖通空调领域中新的设计方案大量涌现，同一个设计项目，往往可以有几种、十几种不同的冷热源设计方案可以选择，如何对冷热源方案进行科学的比较和优选，是一个涉及面广、影响因素多的复杂技术工作。
需从可行性、经济性、调节性、安全性及环境影响等方面进行综合技术经济分析。
1、可行性问题：
能够满足使用要求，这是方案可行性应考虑的主要问题。
冷热源设计方案应符合国家和当地政府有关法规和规范的要求，包括有关环境保护的要求；设计方案应能满足有关方面的要求（如供电、供气、供水、供热等），并应特别顾及这些条件的长期、变化情况。
例如采用水源热泵设计方案时应考虑当地地质情况、地下水资源的现状和变化趋势、冬季热负荷和夏季冷负荷不平衡所产生的热（冷）蓄积效应等问题。
2、经济性比较问题：
经济性比较是目前空调冷热源方案比较中考虑最多的一个问题。
初投资费用是投资方最为关注的一个参数，空调冷热源设计方案的初投资费用不仅包括各种设备、管道、材料的投资，而且应包括各种相关收费（如热力入网费、用电设备增容费、天然气的气源费等），相应的安装、调试费用，相关的工程管理等各种收费，相关水处理和配电与控制投资，机房土建投资与相应室外管线的费用。
运行费用是空调冷热源设计方案技术经济性比较必须考虑的重要参数。
运行费用包括能耗费、人工费和维保费。
在计算过程中应注意不同地区、不同时期、不同时段各种能源的价格可能不同。
在设计方案经济性比较时应综合考虑初投资、运行费用以及设备的使用寿命。
对于同时有供暖和空调要求的项目，应考虑冬季和夏季设备综合利用问题，进行冬夏季综合经济性比较。
3、调节性和可操作性问题
空调系统冷热源的装机容量通常是按接近全年最不利的气象条件确定的，因此冷热源机组应有较好的调节性能，以适应全年负荷的变化。
4、空调冷热源方案比较案例
空调冷热源方案有多种组合方式，作为空调冷热源的能源有电力、天然气、城市热力等；空调设备有电制冷机组、热泵机组、燃气直燃机、燃气锅炉、市政热网等。
不同的能源、不同的设备对投资成本、运行费用和环境影响是不一样的。
常用的冷热源形式有离心式冷水机组+城市热网、离心式冷水机组+燃气锅炉、溴化锂直燃机组、地（水）源热泵机组、热源塔热泵、风冷热泵机组六种方案。
下列表格对六种方案进行比较分析。
为便于分析比较，本案例预设项目的建筑面积10万m2，空调冷负荷指标100W/m2，热负荷指标70W/m2，即空调总冷负荷为10000KW，总热负荷为7000KW。
空调设备的用电量和用气量按设备能效系数（KW/kwh和KW/Nm3）折算。
年运行费用按冬季采暖150天，夏季空调90天，每天运行10小时进行计算。
初投资费用中只比较不同方案的主要设备费用，辅助设备、管道材料安装调试费以及其他土建机房投资费用等认为基本相同，不在比较范围内。
空调冷热源方案综合比较分析
冷热源方案
方案一
方案二
方案三
方案四
方案五
方案六
离心式冷水机组+城市热力
离心式冷水机组+燃气锅炉
燃气溴化锂冷（热）水机组
地（水）源热泵冷（热）水机组
热源塔热泵机组
风冷热泵冷（热）水机组
一、初投资费用
1、空调设备费用（0.7~1.15元/W）
700万元
700万元
1150万元
1100万元
900万元
1000万元
2、燃气热水锅炉费用（20元/m2）
0
200万元
0
0
0
0
3、城市热力挂网费（50元/m2）
500万元
0
0
0
0
0
4、电力增容费（600元/KVA）
136万元
136万元
7.5万元
140万元
136万元
217万元
5、燃气气源费（500元/Nm3）
0
150万元
200万元
0
0
0
6、冷却塔系统（300元/T）
60万元
60万元
90万元
0
90万元（热源塔）
0
7、地埋管钻孔打井费用（120元/m2）
0
0
0
1200万元
0
0
初投资费用合计
1396万元
1246万元
1447.5万元
2440万元
1126万元
1217万元
二、年运行费用
1、夏季电费用（1.0元/kwh）
163.6万元
163.6万元
8.6万元
170万元
163.6万元
260万元
2、冬季电费用（1.0元/kwh）
0
0
11万元
191万元
255万元
318万元
3、供暖费用（33元/m2）
330万元
0
0
0
0
0
4、天然气费用（2.5元/Nm3）
0
276.3万元
385万元
0
0
0
5、使用寿命
25年
25年
20年
25年
25年
20年
6、折旧费用（元/年）
30.4万元/年
38.4万元/年
62万元/年
97.6万元/年
45万元/年
50万元/年
7、年人工维保费（折旧费10%计）
3.04万元
3.84万元
6.2万元
4.4万元
6.5万元（溶液费2万元/年）
5万元
全年运行费用合计
496.64万元
493.6万元
483.2万元
463万元
469.8万元
583万元
四、经济分析
1、初投资费用中设备费占50%。
能源增容费中城市热力挂网费占78%。
2、全年运行费用中主要是能源费，其中供暖费占了66%。
1、初投资费用中设备费占80%。
2、全年运行费用中主要是能源费，其中夏季用电，冬季用天然气。
1、初投资费用中设备费占96%。
2、全年运行费用中主要是能源费，其中天然气占93%。
1、初投资费用中设备费占45%，钻孔打井费用占49%。
2、全年运行费用是六种方案中最低的。
1、初投资费用中设备费占88%。
2、综合初投资费用是六种方案中最低的。
1、初投资费用中设备费占82%。
2、全年运行费用是六种方案中最高的，主要是电费。
五、综合分析
离心式冷水机组性能稳定，技术成熟可靠，夏季制冷的COP=5.5是最高的。
但城市热力的入网费太高，增加初投资的成本。
全年运行费中供热使用费也占大半。
虽然在北方地区的项目中，本方案作为首选考虑，但是城市热力入网费用和供热使用费的居高不下以及在春秋过渡季节空调热源受到采暖期的限制，使得用户放弃该方案。
离心式冷水机组性能稳定，技术成熟可靠，夏季制冷的COP=5.5是最高的。
自建锅炉房的初投资和全年运行费用也远远低于采用城市热力的方案，同时春秋过渡季节空调热源也不会受到采暖期的限制，可自主随时供热。
本方案也是目前较常用的方案。
直燃机组本身是属于省电不节能的设备，设备本身不可避免有制冷量逐年衰减的缺陷，使用寿命较短，维保费用较高。
设备初投资较高，但其运行费用较低。
节省的运行费用也能收回初投资较高的成本问题。
在天然气源较充足的地区，也是常用的方案。
地源热泵机组既能制冷，又能供热，是目前较为节能环保的冷热源形式。
但地埋管系统受项目当地的地质情况、地下水资源现状和变化趋势，冬季热负荷和夏季冷负荷不平衡所产生的热（冷）蓄积效应等问题的影响，需慎重考虑。
初投资是六个方案中最大的。
如果项目当地的政府有节能减排补贴政策，则可减轻初投资过大的成本压力。
其年运行费用也是六个方案中最低的。
如果省下的运行费用能在6~7年内收回增加的初投资，使用本方案才是合理的。
热源塔热泵机组既能制冷，又能供热，是目前较为节能环保的新型冷热源形式。
适用于长江沿线以及长江以南地区（冬季室外温度高于-12℃）。
初投资是六个方案中最小的。
由于加大了冷能器换热面积，热源塔热泵机组夏季能效比略高于冷水机组（COP=5.5），冬季平均COP大于3.0，由于运行成本较低，可通过合同能源管理等形式申请政府有关政策补贴。
风冷热泵机组既能制冷，又能供热。
但机组受到室外气候因素的影响较大，夏季散热不良，冬季停机除霜的情况。
该方案只适用于华东和南方地区。
北方地区不适用。
机组本身的装机容量较小，一般适用于中小型空调项目。
机组COP=3.5比离心机低，用电量最大，年运行费用也是最大的。
机组安装在屋顶平面，不需要地下室的机房面积，既节省了土建成本，也可将省下的地下室机房面积用于其他的商业用途盈利。
同时因没有冷却系统，管路设计最简单，这也是本方案最大的优点。
上述分析比较仅作为在方案设计阶段的参考，扩初设计阶段时，可根据设备的具体选型和当地的能源价格进行详细计算。
实际案例：
近3年红星地产项目空调冷热源方式的汇总：
项目名称
空调冷热源方式
备注
成都二店美凯龙家居商场
溴化锂直燃机（已实施）
运行费用低原因
成都三店美凯龙家居商场
溴化锂直燃机（已实施）
运行费用低原因
天津2#地块美凯龙家居商场
溴化锂直燃机（已实施）
运行费用低原因
沈阳浑南美凯龙家居商场
水源热泵机组（已实施）
沈阳地下水资源丰富，当地政府鼓励扶持水源热泵使用。
沈阳铁西一期美凯龙家居商场
水源热泵机组（已实施）
沈阳铁西二期百货商场
水源热泵机组（已实施）
长春美凯龙家居商场
溴化锂直燃机（已实施）
城市热力供热费用过高
无锡美凯龙家居商场
溴化锂直燃机（已实施）
运行费用低
大连美凯龙家居商场
离心式冷水机+燃气锅炉（施工图阶段）
城市热力供热费用过高
浦江镇美凯龙家居商场
地源热泵机组（已实施）
政府节能减排补贴。
昆明一期美凯龙家居商场
离心式冷水机组（已实施）
单冷
昆明二期百货MALL
离心式冷水机组+风冷冷水机组（扩初阶段）
单冷
福州百货MALL
离心式冷水机组+风冷热泵机组（扩初阶段）
目前在进行水源热泵机组的可行性分析
常州武进百货MALL
离心式冷水机组+燃气锅炉（扩初阶段）
热源塔系统介绍
热源塔，又称“能源塔”，是近十年还发展应用起来的可再生能源热泵节能技术。
热源塔系统是近年来开发的节能系统，其适用范围广，节能效果显著。
同样在空气中散热和取热，热源塔系统与风冷热泵和VRV不同的是：
热源塔在冬天不会结霜，因此无需化霜。
冬天运转时，热源塔将低于湿球温度的防冻溶液，均匀地喷淋在凹凸形波板具有亲液性质填料填料层上，使防冻溶液在亲液填料面形成液膜，空气经由多层凹凸形波板填料空间的表面空隙逆向流通，形成液气之间的接触面，而后吸收空气中的显热与潜热。
因此在冬天的运转状况下，热源塔系统与风冷热泵系统和VRV系统比较起来节省了化霜所需要的1/3能耗（33%）。
另外，由于其热交换效率较高，热源塔系统与风冷热泵系统比较起来其节能优势大约在40%以上。
到了夏天，将防冻溶液取出，热源塔的运作就相当于一个冷却水塔，其运行效率高于风冷热泵系统和VRV系统乃是理所当然之事。
与地源热泵系统相比，由于地源热泵有土壤的热岛效应问题，热源塔系统在夏天的运行能耗较地源热泵系统稍低，而在冬天的运行能耗较地源热泵系统稍高。
不过热源塔系统免去了建筑物周边的土地面积的限制，也不必考虑地底下地质条件的不确定性，造价也比地源热泵系统低，非常适合在城市中的新建和节能改造项目。
四、热源塔热泵技术介绍
（一）热源塔热泵工作原理
热源塔热泵技术——是空调节能工程设计与空调节能机组设备组合的工程系统产品。
热源塔利用低于冰点载体介质，能高效地提取冰点以下的湿球显热能，通过热源塔热泵机组输入少量高品位能源，实现冰点以下低温位能向高温位转移。
对建筑物进行供热和制冷以及提供热水的技术。
夏季，通过蒸发冷却为热泵机组提供稳定冷源；冬季，利用低于冰点的载体介质，可以高效提取空气湿球显热能，从而为热泵提供可靠热源。
热泵热源塔不存在风冷空调严重结霜的问题，改变了传统水冷空调只能单季使用的历史。
由于热源塔的优越性，目前，热源塔技术已被广泛应用于热泵新能源项目当中。
夏季,热源塔为冷源塔,是直接蒸发冷却设备。
冷源塔利用高焓值循环水在换热层表面形成水膜直接与低焓值空气充分接触，高焓值的水膜表面水蒸气分压力高于低焓值空气中的水蒸气分压力，形成压力差成为水蒸发的动力。
水的蒸发使得循环水温度降低，趋近于空气的湿球温度，为水循环制冷空调提供了温度较低的冷源。
冬季，热源塔是直接采集室外低品位能设备。
热源塔利用低焓值盐类循环溶液在换热层表面形成液膜直接与焓值较高的湿冷空气充分接触，把冷量传给空气。
接触传热的循环液体温度趋近于室外空气的湿球温度，为水循环热泵空调提供了稳定的热源来源
⏹热源塔热泵中央空调夏季7℃-12℃供回水；冬季45℃-40℃供回水；
⏹如有需要，夏季制冷同时免费提供生活热水；
⏹如有需要，过渡季节热源塔热泵可制取廉价的生活热水；
热源塔低温技术适用范围
⏹项目地质条件缺水、少水，不具备埋管、打井、其他水源换热的地区
⏹冬季最低温度不低于-12℃，室外相对湿度不低于55%的长江周边及以南地区
⏹建筑面积大于1万平方、空调负荷容量不小于1000kw规模中大型公共项目
⏹传统单冷水机制冷+锅炉制热形式的改造项目
（二）热源塔热泵工艺原理图
1、集中区域式热源塔热泵系统工艺流程图
1.热源塔2.热源泵3.换向站4.热泵机组5.换向站
6.末端设备7.变频负荷泵8.溶液池9.膨胀水箱
（三）热源塔热泵运行工况说明
1、热源塔在夏天制冷和制取卫生热水
2、热源塔在冬天制热和制取卫生热水
3、热源塔在春秋季节制取卫生热水
（三）系统功能优点
1、综合设计节能30%～40%
冬季，无结霜困扰，能源塔提取低品位能的性能相对比风冷热泵稳定。
整个冬季机组的平均能效比在3.5以上。
夏季，由于能源塔是按照冬季提取显热负荷能力设计的，起到高效冷却塔的作用，换热效率更高。
机组的平均能效比在4.5以上,节能效果显著。
比风冷热泵机组可节能30%以上。
2、高效环保
由于能源塔采用了特殊结构设计，冬季载体循环提取低品位热能,有效地提取了湿空气中蕴含的巨大能量，利用的是可再生能源，首先大大降低一次能源的消耗，其次大大降低废水、废气、废渣等污染物的排放，环保作用突出。
省去了锅炉，解决了采用矿物燃料为辅助供热时即不卫生又污染环境问题。
3、四季皆用
夏季采用常规制冷，冬季采用热泵原理制热，一机冬、夏两用。
由于使用的是地球气候上取之不尽、用之不竭的可再生自然资源。
即使在极端阴雨连绵，潮湿阴冷气候条件下，仍然保证满意的空调效果。
4、热泵机组高寿命
能源塔热泵机组冬季使用的热源,是相对湿度较高的空气中的低品位热能，蒸发压力稳定度和蒸发温度都高于风冷热泵，使得能源塔热泵机组比风冷热泵机组有更宽的运行及适用范围；能源塔热泵机组夏季使用的能源塔有足够的蒸发面积可承受瞬间高峰空调余热负荷，冷却水温低，效率高。
全年运行与风冷热泵比较，机组能耗小，磨损轻，寿命长,可与土壤源热泵相媲美。
5、南方不受区域限制
热源塔热泵适合于南方任何山区及城市中心地区域内推广热源塔技术，所带来的经济效益十分显著。
6、系统设计简单
与地源热泵比：
不用考虑地源侧冬夏季冷热负荷均衡；
与风冷热泵比：
不用考虑辅助电加热和冬季融霜的问题,单机功率范围大。
7、适用性强
既可应用于新建建筑又适用于既有建筑的节能改造。
如果仅仅是制取卫生热水初投资比风冷热泵热水器要低，但是效率更高，寿命更长！
8、除以上优势外，还有下列特点：
模块化组合设计；冬季补水口防结冰；风机、支架、管路采用船舶防腐措施；流量按照吸热设计，夏季兼做高效冷却塔；低飘水率：
0.001%；低噪音设计；大容积底盘；下雨防护等；且操作方便易维护
由于热源塔采用了特殊结构设计，能高效地为各种类型的热泵空调系统提供水环冷（热）源。
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