摘要：本文以烏魯木齊的一項商業(yè)建筑物為工程實例，在確定室外氣侯條件、室內設計標準、冷熱負荷與濕負荷特點等情況下，結合當?shù)氐哪茉矗ㄈ缑?、電、氣等）和水價格，除對常規(guī)典型的電制冷空調系統(tǒng)方案1、直燃型溴化鋰制冷空調系統(tǒng)方案2的全部耗電量、耗氣量、耗水量進行冬、夏季全年設計計算分析外，還對地熱水源熱泵空調系統(tǒng)方案3、蒸發(fā)冷卻天然冷源空調系統(tǒng)方案4進行了計算分析，從而客觀地給出在烏魯木齊各種空調系統(tǒng)在設計工況下的運行費用。關鍵詞：電制冷溴化鋰制冷直燃機蒸發(fā)冷卻空調水源熱泵

烏魯木齊地區(qū)室外氣候特點是：1、夏季空調系統(tǒng)運行時間不長（最熱月平均溫度23.5℃）、冷負荷相對不是很大，室外空氣干燥（最熱月14時平均室外相對濕度31%），每天晝夜溫差較大，沒有新風冷負荷(室外計算濕球溫度TWS=18.5℃)；2、冬季屬嚴寒地區(qū)，空調系統(tǒng)運行時間長（設計計算用采暖期天數(shù)177天），熱負荷較大,尤其是新風負荷較大（冬季空調室外計算溫度-27℃）。因此，烏魯木齊地區(qū)的空調系統(tǒng)設計選用就應特別關注冬季經(jīng)濟使用情況。由于各地氣侯特點、能源特性及其價格、空調制冷系統(tǒng)自身特性的不同等，不同冷源空調系統(tǒng)在不同地方使用，它們的運行費用是不一樣。相對于某地一個確切的工程，可以有多種系統(tǒng)選擇，但是只有經(jīng)過具體計算、比較、分析才能為此工程選出最恰當?shù)南到y(tǒng)。這是許多用戶最為關心的，是一個工程好壞的關健。1、設計條件與依據(jù)1．1、烏魯木齊某商業(yè)建筑物：面積10000.0m2，商場內共有人員4500.0人（0.45人m2）。1．2、烏魯木齊夏室外空調空氣參數(shù)：（1）、夏季：干球溫度34.1℃，濕球溫度18.5℃，含濕量：8.4gkg，室外空氣焓值56kjkg.；（2）、冬季：干球溫度-27℃,相對濕度80%，室外空氣焓值-26.6kjkg。1．3、室內空氣狀態(tài)參數(shù)：（1）、夏季：tn=25℃,ф=55%,in=56.6kjkg；（2）、冬季：tn=22℃,ф=40%,in=40.8kjkg。1．4、夏季：冷負荷指標120wm2，冷負荷1200kw，含濕量：0.3gkg，濕負荷：736kgh，熱濕比：ε=5870.0kjkg；冬季：圍護結構熱負荷指標80wm2，圍護結構熱負荷：800kw（不包括新風負荷），濕負荷：600.0kgh，熱濕比：ε=-4800.0kjkg。1．5、熱媒供回水溫度：夏季：7~12℃，冬季：60~50℃。1．6、夏季空調系統(tǒng)為全新風全空氣系統(tǒng)，冬季時，空調系統(tǒng)為全空氣系統(tǒng)，其中新風量占總風量15%，305000*0.15=45750（m3h）,對應新風負荷748.9kw(二級蒸發(fā)冷卻空調系統(tǒng)的新風量也一樣)。1．7、天然氣低位發(fā)熱量8600kcalm3，烏市天然氣價：1.34元m3。1．8、烏市用水價格：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:：高峰：0.801元度，平段：0.535元度，低谷：0.272元度；商業(yè)營業(yè)時間按：10.00~22.00,12個小時計算；目前，商業(yè)使用實際電價應為：0.560元度；辦公電價:：高峰：0.536元度，平段：0.362元度，低谷：0.189元度；目前，辦公用實際電價應為：0.420元度。1．10、烏市城市采暖費:：22.00元m2。1．11、系統(tǒng)補水泵影響較小，其能耗忽略不計；系統(tǒng)漏水量按循環(huán)水量的0.5%計。12、地源熱泵制冷系統(tǒng)水井井深50米。2、夏季設計工況由于，夏季室內外空氣的焓值基本相等,采用100%的室外新風在不增加能耗的情況下，有利于室內空氣品質改善。在Id圖上（略），空氣處理過程是：等濕降溫絕熱加濕。通過計算，對于機械制冷空調系統(tǒng)：送風狀態(tài)是：溫度to=14.5℃，焓值io=38.3kjkg，含濕量do=9.3gkg，總送風量為：L=300000m3h，直接加濕量：508.3kgh，可選擇6臺50000m3h的空調機組負責送風；冷水機組選擇2臺，每臺制冷量：600kw。對于二級蒸發(fā)冷卻空調系統(tǒng)：間冷效率（IEC）按65%計，送風狀態(tài)達到：to=16.9℃，io=45.5kjkg（由于室內濕度大，直冷效率（DEC）80%既可），含濕量：do=10.1gkg，相應的總送風量為：L=464000m3h，直接加濕量：720.0kgh，選擇6臺80000m3h空調機組負責送風。夏季各制冷空調系統(tǒng)耗能、耗氣、耗水計算結果表一耗能、耗水系統(tǒng)耗電量（kw）耗氣量（m3h）耗水量（kgh）電制冷空調系統(tǒng)冷水機組118*2空調機組22*6760水泵、冷卻塔5．5*2+15*2+15*21150+2200小計43904112直燃式制冷空調系統(tǒng)直燃式冷水機組4*245.3*2空調機組22*6760水泵、冷卻塔15*2+15*2+5.5*21380+2200小計21190.63656地源熱泵制冷空調系統(tǒng)地源熱泵制冷機組143*2空調機組22*6760冷水泵、冷卻水提升泵24*2+11*2800+900小計48802460二級蒸發(fā)冷卻空調系統(tǒng)送風機30*6二次風風機5.5*6循環(huán)水泵(1.1+1.5)*61080+2400小計228.603480夏季設計計算結果一覽表表二結果系統(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、水耗費用(元h)四種系統(tǒng)之間關系方案1電制冷空調系統(tǒng)245.809.6255.41．0方案2直燃式制冷空調系統(tǒng)118.2121.48.5248.10.97方案3地源熱泵制冷空調系統(tǒng)273.305.7279.01.10方案4二級蒸發(fā)冷卻空調系統(tǒng)128.008.1136.10.533、夏季設計工況下結論3．1、通過對表中數(shù)據(jù)分析,電制冷空調系統(tǒng)電耗占總成本98%，水耗只占2%。而在電耗中：冷水機組電耗占53.8%,水系統(tǒng)設備電耗占16.2%，空氣處理機組電耗占30%。3．2、對直燃式制冷空調系統(tǒng)：按當前各種能源價格，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：直燃式冷水機組電耗占3.9%,水系統(tǒng)設備電耗占33.6%，空氣處理機組電耗占62.5%。3．3、地源熱泵制冷空調系統(tǒng)：通過對表中數(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：冷水機組電耗占58.6%,水系統(tǒng)設備電耗占14.3%，空氣處理機組電耗占27.0%。雖然,熱泵機組耗電占系統(tǒng)較大比重；但地下水位不能太深（H≤60米），否則會對系統(tǒng)電耗影響較大，因為N=kQH，如：某工程井深280米，比設計井深大5倍，則對應深井泵的總能耗將增加約200kw，水系統(tǒng)設備電耗占總系統(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一臺，熱泵機組也應設一臺，不然如設二臺熱泵機組，部分負荷時，運行一臺熱泵機組工作,匹配的冷卻水提升泵能耗會過大。3．4、二級蒸發(fā)冷卻空調系統(tǒng)：是幾種空調系統(tǒng)中運行費用最經(jīng)濟的一種，這是其利用天然冷源的機理決定的。主要運行成本也是電耗，占96.4%。3．5、在電制冷與直燃式機械制冷空調方式對比中，電價和氣價不同決定了二種制冷空調方式運行費用的高低。經(jīng)推導可得出電價氣價關系為：X=2.9Y，比如：當氣價為：X=1.34元m3時，電價為：Y=1.342.9=0.46元度，二種制冷空調方式的運行費用相當，如電價高于0.46元度，則電制冷空調的運行費用就會高于直燃式機械制冷空調。4、冬季運行費用依據(jù)上述設計條件,空調系統(tǒng)冬、夏季送風量相同，L=305000m3h，仍由6臺50800m3h的空調機組負責送風；冬季新風量占總風量15%，新風量45750（m3h）,新風負荷748.9kw，圍護結構熱負荷：800kw，總空調熱負荷1548.9kw濕負荷：600.0kgh，熱濕比：ε=-4800.0kjkg。在Id圖上（略），空氣處理過程是：新風予熱新風與室內回風混合再熱。送風狀態(tài)是：溫度to=34.7℃，焓值io=51.7kjkg，含濕量do=6.5gkg。對于二級蒸發(fā)冷卻空調系統(tǒng)：其送風量為：L=432000m3h，由6臺72000m3h空調機組負責送風,經(jīng)計算：送風狀態(tài)為：送風溫度to=31.3℃，焓io=49.3kjkg,含濕量do=7.1gkg。熱水循環(huán)流量：133.2m3h。冬季各制冷空調系統(tǒng)耗能、耗水計算結果表三系統(tǒng)供熱方式耗能、耗水設備耗電量（kw）耗氣量（m3h）耗水量（kgh）備注電制冷空調系統(tǒng)城市集中供熱換熱器、二次水水處理、水泵0500一次水未能耗考慮空調機組22*6+0.55*60160小計135.30660.0燃氣爐自供熱燃氣爐1.5*288*20水處理、循環(huán)水泵7.5*2+2.2*0.3+1.5*0.20500空調機組22*6+0.55*60160小計154.3176660.0直燃式空調系統(tǒng)高發(fā)加大直燃機組供熱直燃式冷水機組4.0*293*20空調機組22*6+0.55*60160水處理、循環(huán)水泵7.5*2+2.2*0.3+1.5*0.20500小計159.3186660.0地源熱泵空調系統(tǒng)地源熱泵機組供熱地源熱泵制冷機組220*200空調機組22*6+0.55*60160冷水泵、冷卻水提升泵24*2+7.5*20900小計638.301060.0二級蒸發(fā)冷卻空調系統(tǒng)城市集中供熱送風機15.0*2*60循環(huán)水泵0.75*60200直接加濕換熱器、二次水水處理、水泵0500小計184.50700.0燃氣爐自供熱燃氣爐1.5*288*20水處理、循環(huán)水泵7.5*2+2.2*0.3+1.5*0.20600空調機組15*2*6+0.75*60200小計238.5176.0800.0冬季各系統(tǒng)一小時運行費用的結果表四參數(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)之間關系電制冷空調系統(tǒng)集中供熱75.801.5377.9+1.53+101.9=179.21．0燃氣供熱86.4235.81.53323.71.81直燃式制冷空調系統(tǒng)高發(fā)加大直燃機組供熱89.4249.21.53340.11.90地源熱泵制冷空調系統(tǒng)地源熱泵機組供熱357.402.47360.02.01二級蒸發(fā)冷卻空調系統(tǒng)集中供熱103.301.63103.3+1.63+101.9=206.81.15燃氣供熱133.6235.81.86371.22.07注：集中供熱按城市采暖費22.0元m2標準計算（空調用熱與采暖用熱價格暫定一樣）,這包括了鍋爐房一、二次水泵耗能，燃煤、人工、維修等總費用；一個采暖期180天(每天12小時)，折合到本建筑每小時費用101.9元h。5、冬季設計工況下的結果5．1、冬季各系統(tǒng)運行時費用相差較大，這對采暖期長，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），其它任何空調系統(tǒng)在采用以天燃氣為主要熱源供熱或地源熱泵機組方式供熱都很不經(jīng)濟，所以應避免采用。5．2、冬季新風量雖然占總送風量不大，但空調機組在對其加熱、加濕過程中能耗確很大，在采用集中供熱的空調系統(tǒng)中，新風負荷約占總負荷50%，其運行費用也占總費用50%左右，所以設計時對冬季新風是否采用、采用多少應特別注意。如：在直燃式空調和地源熱泵空調系統(tǒng)的有些設計中，設計人為了滿足全年負荷要求，就以冬季這二種機組的額定出力選擇設備，其結果必然是出投資增大，冬季系統(tǒng)運行費用高，夏季系統(tǒng)長年在部分負荷情況下運行，對即機組不利，運行也不經(jīng)濟，是應禁止選擇的設計方案。5．3、在不考慮一次用水情況下，水的損耗占總費用不到1%；在采用集中供熱的空調系統(tǒng)中，集中供熱費用是固定不變的，空調機組能耗約占50%左右。6、全年設計工況下的結果6．1、在現(xiàn)有收費條件下，用城市集中供熱是冬季空調系統(tǒng)的最經(jīng)濟用熱方式。6．2、使用天然蒸發(fā)冷卻冷源空調系統(tǒng)方案4是夏季各類空調系統(tǒng)中最為經(jīng)濟的系統(tǒng)，冬季使用城市集中供熱也較經(jīng)濟。6．3、夏季使用常規(guī)典型的螺桿式電制冷空調系統(tǒng)方案1，在設計工況下其運行費用是方案4的一倍，冬季應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系統(tǒng)方案2，其運行費用與方案1相當，冬季不應時用直燃機供熱。6．5、由于冬季熱負荷較大，再使用地源熱泵供熱相對就很不合理，夏季使用地熱水源熱泵方案3供冷是否經(jīng)濟，主要取決于地下水水位或井深。事實上，選擇何種方式的制冷空調系統(tǒng)對一項工程不僅重要，而且相當復雜；除了應進行經(jīng)濟分析比較外，還必須考慮到一次投資、人員成本、技術上可靠合理、設備的性能和使用壽命、設備的使用與維修、自動化管理與調節(jié)、設備和管道占用場地和空間情況、對環(huán)境影響等。只有全面掌握有關信息，分析比較后才能得出最佳方案。參考文獻：DavidM.Elovitz,P.E.SelectingtheRightHVACSystem.ASHRAEJournal.2002，44（1）：24-30；李樹林.中央空調冷源選擇的熱經(jīng)濟學分析及比較.全國暖通空調制冷2000年學會論文集.792-795;蘇文.空調冷熱源的選擇和節(jié)能.全國暖通空調制冷2002年學會論文集.725-729;許雷、范存養(yǎng).冷水機組的能耗及其對環(huán)境影響的比較.全國暖通空調制冷1998年學會論文集.3254-327