水地源低温风冷水冷螺杆方案比较.docx
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水地源低温风冷水冷螺杆方案比较
低温风冷热泵、水冷螺杆、水源热泵、地源热泵中央空调方案对比
清华同方人工环境有限公司
2007年9月30日
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：
名称
冬季室温
夏季室温
相对湿度（夏）
相对湿度（冬）
新风量
备注
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，根据实际的气象条件，选择合理、高效的空调冷、热源方案。
图中显示，夏季最高温度在35℃以下，冬季最低温度在-12℃以上，完全适于空气源热泵的运行。
以上两个图表进一步印证了关于空气源热泵在本项目使用中的优势。
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
10000
100
1000
80
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．低温空气源冷水机组；
C．水源制冷系统；
D．地源制冷系统；
2.热源：
A．市政热网；
B．自建锅炉房；
C．空气源热泵系统；
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四种合理方案：
◆方案一：
低温风冷热泵中央空调系统方案；
◆方案二：
水冷机组+集中市政热网方案；
◆方案三：
水源热泵中央空调系统方案；
◆方案四：
地源热泵中央空调系统方案；
下面对这四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0.64元/度；
♦气费统一为2.4元/Nm3；
♦运行时间一致。
方案一：
低温风冷热泵中央空调系统
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
序号
设备名称
规格型号
设备参数
数量
单位
备注
1
低温风
冷热泵
FS-S-R-D-1000
QL=970kwQR=810kw
NL=340kwNR=348kw
1
台
清华同方
2
空调水循环泵
DFG200-315/4/30
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：
设备名称
运行季节
设备总功率（kw）
运行时间（天）
运行时间
（小时/天）
时间百分数
负荷百分数
用电量（kwh）
总用电量（kwh）
运行费用（元）
主机
冬季
340
90
10
40
80
156672
264384
211507.2
20
50
48960
40
30
58752
夏季
348
90
10
40
80
120268.8
202953.6
162362.88
20
50
37584
40
30
45100.8
水泵
冬季
30
120
10
100
80
34560
34560
27648
夏季
30
90
10
100
80
25920
25920
20736
冬季总运行费用（万元）
19.9
单位面积运行费用（元/m2）
19.9
夏季总运行费用（万元）
15.27
单位面积运行费用（元/m2）
15.27
全年总运行费用（万元）
35
单位面积运行费用（元/m2）
35
4.初投资分析
序号
设备名称
规格型号
单价（万元）
数量
合计（万元）
1
低温风冷热泵
FS-S-R-D-1000
125
1
125
2
空调机房系统造价
40
1
40
7
末端工程造价
1
100.0
8
总投资
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。
风冷热泵机组的特点
（1）风冷冷（热）水机组采用模块化设计，完全不必设置备用机组，运行过程中电脑自动控制，调节机组的运行状态，使输出功率与工作环境的实际利用率相协调。
（2）模块化机组的可靠性高，该机组由数个模块组成，任何模块的临时检修停运都不会影响整机的正常运行，大大提高了整个空调系统的合理性和可靠性。
（3）机组可任意放置屋顶或地面，没有机房设施和冷却水塔系统，不占用有效使用面积。
同时安装施工工作大为简便。
（4）由于机组在运行过程中是全电脑自动控制，所以日常不需要专业技术人员管理维护。
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
水冷机组
SLSB1100
制冷量：
1093KW
功率：
226KW
1
台
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：
246m3/h,
扬程：
24m,功率：
30KW
2
台
一用一备
2.运行费用分析
设备名称
运行季节
设备总功率（kw）
运行时间（天）
运行时间
（小时/天）
时间百分数
负荷百分数
用电/燃气量kwh（Nm3/h）
总用电量（kwh）
运行费用（元）
主机
夏季
226
90
10
40
80
78105.6
131803.2
105442.56
20
50
24408
40
30
29289.6
水泵
冬季
夏季
60
90
10
100
90
58320
58320
46656
市政热网
冬季
26元/平米
260000
冬季总运行费用（万元）
26
单位面积运行费用（元/m2）
26
夏季总运行费用（万元）
12.6
单位面积运行费用（元/m2）
12.6
全年总运行费用（万元）
34.2
单位面积运行费用（元/m2）
34.2
3.初投资分析
序号
设备名称
规格型号
单价（万元）
数量
合计（万元）
1
冷水机组
SLSB1100
58
1台
58
2
空调机房造价
40
3
市政接口费
120元/m2
10000平米
120
4
末端工程造价
100.0
5
总投资
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
2. 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：
3.
（1）环保效益显着
4. 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。
5.
（2）高效节能
6. 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。
7.（3）运行稳定可靠
8. 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。
9.（4）一机多用，应用范围广
10. 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。
11.（5）自动运行
12. 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。
13.当然，水源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。
14.⑴可利用的水源条件限制
15. 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。
16.⑵水层的地理结构的限制
17. 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。
18.⑶投资的经济性
19. 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。
20.主要设备选型
设备名称
规格型号
主要参数
数量
单位
备注
水源热泵机组
SGHP1200A
QL=1002kwQR=1147kw
NL=178kwNR=260kw
1
台
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：
246m3/h,
扬程：
24m,功率：
30KW
2
台
一用一备
21.运行费用分析
设备名称
运行季节
设备燃气量（Nm3/h）
运行时间（天）
运行时间
（小时/天）
时间百分数
负荷百分数
用燃气/电量Nm3/h（kwh）
总用电（燃气）量kwh（Nm3/h）
运行费用（元）
主机
夏季
178
90
10
40
80
51264
86508
69206.4
20
50
16020
40
30
19224
冬季
260
90
10
40
80
74880
126360
101088
20
50
23400
40
30
28080
水泵
功率
夏季
30
90
10
100
80
21600
21600
17280
冬季
30
90
10
100
80
21600
21600
17280
冬季总运行费用（万元）
11.84
单位面积运行费用（元/m2）
11.84
夏季总运行费用（万元）
8.65
单位面积运行费用（元/m2）
8.65
全年总运行费用（万元）
20.49
单位面积运行费用（元/m2）
20.49
22.初投资分析
序号
设备名称
规格型号
单价（万元）
数量
合计（万元）
1
水源热泵机组
SGHP1200A
86
1
86
2
空调机房报价
40
3
末端工程造价
100
4
室外打井工程造价
90
5
总投资
方案四：
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着作，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。
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。
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。
该技术可以充分发挥浅层地表得储能储热作用，达到环保、节能双重功效，而被誉为“21世纪最有效的空调技术”。
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
地源热泵机组
SGHP1000L
QL=1131kwQR=965kw
NL=225kwNR=259kw
1
台
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：
246m3/h,
扬程：
24m,功率：
30KW
2
台
一用一备
3、运行费用分析
设备名称
运行季节
功率kw
运行时间（天）
运行时间
（小时/天）
时间百分数
负荷百分数
用燃气/电量Nm3/h（kwh）
总用电（燃气）量kwh（Nm3/h）
运行费用（元）
主机
夏季
225
90
10
40
80
64800
109350
87480
20
50
20250
40
30
24300
冬季
259
90
10
40
80
74592
125874
100699.2
20
50
23310
40
30
27972
水泵
功率
夏季
30
90
10
100
80
21600
21600
17280
冬季
30
90
10
100
80
21600
21600
17280
冬季总运行费用（万元）
11.80
单位面积运行费用（元/m2）
11.80
夏季总运行费用（万元）
10.48
单位面积运行费用（元/m2）
10.48
全年总运行费用（万元）
22.27
单位面积运行费用（元/m2）
22.27
4、初投资分析
序号
设备名称
规格型号
单价（万元）
数量
合计（万元）
1
地源热泵机组
SGHP1000L
97
1
97
2
空调机房报价
40
3
末端工程造价
100
4
室外埋管工程造价
100
5
总投资
以上方案综合比较
1.初投资及运行费用分析比较
◆初投资（万元）
方案
造价
方案一
方案二
方案三
方案四
投资额（万元）
265
318
316
337
◆年运行费用分析比较（元/m2）
方案
造价
方案一
方案二
方案三
方案四
支出额（元/m2）
35
34.2
20.49
22.27
◆投资回收年限（年）
方案
年
方案一
方案二
方案三
方案四
回收年限
/
66
3.5
5.6
综合指标分析
区别
类别
机房需要面积占有效建筑总面积的比例
主机寿命
水资源消耗
驱动能源
环境保护
低温空气源热泵
无需冷冻站,占用屋顶或地面面积（0.6~0.8%）
15年
无
电能，
COP：
2.5～3.2
无燃烧污染；有一定噪音
水冷冷水机组+市政热网
需冷冻站及锅炉房（2%），冷却塔占用屋面面积（1.2～1.6%），油罐占地
15年
飘水损失（冷却水循环水量2%）
夏天：
电能
有一定噪音（夏）
水源热泵
需热泵机房，
20年
无
电能COP：
2.5～3.2
无燃烧污染；
地源热泵
需热泵机房，及室外埋管面积
20年
无
电能，
COP：
2.5～3.2
无燃烧污染；
冷热源主机方案技术经济性的优劣一般从以下几个方面分析比较：
系统设备投资；使用安全、可靠；机房占用面积；运行费用；维护管理。
通过以上分析及列表数据综合比较，水源热泵方案为本项目最优方案：
◆水源热泵初投资与普通系统持平甚至更低，运行费用大为减少；
◆系统结构简单，运行维护工作量少；
◆运行灵活，控制简单；
◆运行中无须冷却塔，减少运行费用及水资源消耗，也不会产生冷却水系统的污染，免去维护费用；
◆制冷制热一体化机组，无须配备锅炉房，消除安全隐患，系统可靠；
◆对水系统水质要求低，无须配置软化水处理系统，简化系统；
◆冬季提供低温热水，夏季提供常规冷水，符合用能原则，减少系统损失。
◆
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