四种冷源空调系统的运行费用比较

四种冷源空调系统的运行费用比较摘要：本文以乌鲁木齐的一项商业建筑物为工程实例，在确定室外气侯条件、室内设计标准、冷热负荷与湿负荷特点等情况下，结合当地的能源（如煤、电、气等）和水价格，除对常规典型的电制冷空调系统方案1、直燃型溴化锂制冷空调系统方案2的全部耗电量、耗气量、耗水量进行冬、夏季全年设计计算分析外，还对地热水源热泵空调系统方案3、蒸发冷却天然冷源空调系统方案4进行了计算分析，从而客观地给出在乌鲁木齐各种空调系统在设计工况下的运行费用。

关键词：电制冷溴化锂制冷直燃机蒸发冷却空调水源热泵乌鲁木齐地区室外气候特点是：1、夏季空调系统运行时间不长（最热月平均温度23.5℃）、冷负荷相对不是很大，室外空气干燥（最热月14时平均室外相对湿度31%），每天昼夜温差较大，没有新风冷负荷(室外计算湿球温度TWS=18.5℃)；2、冬季属严寒地区，空调系统运行时间长（设计计算用采暖期天数177天），热负荷较大,尤其是新风负荷较大（冬季空调室外计算温度-27℃）。

因此，乌鲁木齐地区的空调系统设计选用就应特别关注冬季经济使用情况。

由于各地气侯特点、能源特性及其价格、空调制冷系统自身特性的不同等，不同冷源空调系统在不同地方使用，它们的运行费用是不一样。

相对于某地一个确切的工程，可以有多种系统选择，但是只有经过具体计算、比较、分析才能为此工程选出最恰当的系统。

这是许多用户最为关心的，是一个工程好坏的关健。

1 、设计条件与依据 1．1、乌鲁木齐某商业建筑物：面积10000.0m2，商场内共有人员4500.0人（0.45人/ m2 ）。

1．2、乌鲁木齐夏室外空调空气参数：（1）、夏季：干球温度34.1℃，湿球温度18.5℃，含湿量：8.4g/kg，室外空气焓值56kj/kg.；（2）、冬季：干球温度-27℃, 相对湿度80%，室外空气焓值-26.6kj/kg。

1．3、室内空气状态参数：（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：冷负荷指标120w/ m2，冷负荷1200kw，含湿量：0.3g/kg，湿负荷：736kg/h，热湿比：ε=5870.0kj/kg；冬季：围护结构热负荷指标80w/ m2，围护结构热负荷：800kw（不包括新风负荷），湿负荷：600.0kg/h，热湿比：ε=-4800.0kj/kg。

1．5、热媒供回水温度：夏季：7~12℃，冬季：60~50℃。

1．6、夏季空调系统为全新风全空气系统，冬季时，空调系统为全空气系统，其中新风量占总风量15%，305000*0.15=45750（m3/h）,对应新风负荷748.9 kw(二级蒸发冷却空调系统的新风量也一样)。

1．7、天然气低位发热量8600kcal/m3，乌市天然气价：1.34元/ m3。

1．8、乌市用水价格：商业用水2.33元/立方米；办公、民用、工业用水1.53元/立方米。

1. 9、乌市商业电价:：高峰：0.801元/度，平段：0.535元/度，低谷：0.272元/度；商业营业时间按：10.00~22.00,12个小时计算；目前，商业使用实际电价应为：0.560元/度；办公电价:：高峰：0.536元/度，平段：0.362元/度，低谷：0.189元/度；目前，办公用实际电价应为：0.420元/度。

1．10、乌市城市采暖费: ：22.00元/ m2。

1．11、系统补水泵影响较小，其能耗忽略不计；系统漏水量按循环水量的0.5%计。

12、地源热泵制冷系统水井井深50米。

2 、夏季设计工况由于，夏季室内外空气的焓值基本相等,采用100%的室外新风在不增加能耗的情况下，有利于室内空气品质改善。

在Id图上（略），空气处理过程是：等湿降温绝热加湿。

通过计算，对于机械制冷空调系统：送风状态是：温度to=14.5℃，焓值io=38.3kj/kg，含湿量do=9.3g/kg，总送风量为：L=300000m3/h，直接加湿量：508.3kg/h，可选择6台50000m3/h的空调机组负责送风；冷水机组选择2台，每台制冷量：600kw。

对于二级蒸发冷却空调系统：间冷效率（IEC）按65%计，送风状态达到：to=16.9℃，io=45.5kj/kg（由于室内湿度大，直冷效率（DEC）80%既可），含湿量：do=10.1g/kg，相应的总送风量为：L=464000m3/h，直接加湿量：720.0kg/h，选择6台80000 m3/h 空调机组负责送风。

夏季各制冷空调系统耗能、耗气、耗水计算结果表一耗能、耗水系统耗电量（kw）耗气量（m3/h）耗水量（kg/h）电制冷空调系统冷水机组 118*2 空调机组 22*6 760 水泵、冷却塔5．5*2+15*2+15*2 1150+2200 小计 439 0 4112 直燃式制冷空调系统直燃式冷水机组 4*2 45.3*2 空调机组 22*6 760 水泵、冷却塔15*2+15*2+5.5*2 1380+2200 小计 211 90.6 3656 地源热泵制冷空调系统地源热泵制冷机组 143*2 空调机组 22*6 760 冷水泵、冷却水提升泵24*2+11*2 800+900 小计 488 0 2460 二级蒸发冷却空调系统送风机30*6 二次风风机 5.5*6 循环水泵 (1.1+1.5)*6 1080+2400 小计 228.6 0 3480 夏季设计计算结果一览表表二结果系统总耗电量(元/h) 天然气总耗量(元/h) 总耗水量(元/h) 总耗电、气、水耗费用 (元/h) 四种系统之间关系方案1 电制冷空调系统 245.8 0 9.6 255.4 1．0 方案2 直燃式制冷空调系统 118.2 121.4 8.5 248.1 0.97 方案3 地源热泵制冷空调系统 273.3 0 5.7 279.0 1.10 方案4 二级蒸发冷却空调系统 128.0 0 8.1 136.1 0.53 3 、夏季设计工况下结论 3．1、通过对表中数据分析,电制冷空调系统电耗占总成本98%，水耗只占2%。

而在电耗中：冷水机组电耗占53.8%,水系统设备电耗占16.2%，空气处理机组电耗占30%。

3．2、对直燃式制冷空调系统：按当前各种能源价格，系统电耗占总成本52.6%,天然气占总成本45.3%,水耗只占2.1%。

而在电耗中：直燃式冷水机组电耗占3.9%,水系统设备电耗占33.6%，空气处理机组电耗占62.5%。

3．3、地源热泵制冷空调系统：通过对表中数据分析，系统电耗占总成本98.3%，水耗只占1.7%。

而在电耗中：冷水机组电耗占58.6%,水系统设备电耗占14.3%，空气处理机组电耗占27.0%。

虽然,热泵机组耗电占系统较大比重；但地下水位不能太深（H≤60米），否则会对系统电耗影响较大，因为N=kQH，如：某工程井深280米，比设计井深大5倍，则对应深井泵的总能耗将增加约200kw，水系统设备电耗占总系统电耗也大幅增加24%，。

此外，考虑深水井的造价较高（一般650元/米左右），工程上往往只打一口取水井，这样冷却水提升泵只设一台，热泵机组也应设一台，不然如设二台热泵机组，部分负荷时，运行一台热泵机组工作, 匹配的冷却水提升泵能耗会过大。

3．4、二级蒸发冷却空调系统：是几种空调系统中运行费用最经济的一种，这是其利用天然冷源的机理决定的。

主要运行成本也是电耗，占96.4%。

3．5、在电制冷与直燃式机械制冷空调方式对比中，电价和气价不同决定了二种制冷空调方式运行费用的高低。

经推导可得出电价气价关系为：X=2.9Y，比如：当气价为：X =1.34元/ m3时，电价为：Y=1.34/2.9=0.46元/度，二种制冷空调方式的运行费用相当，如电价高于0.46元/度，则电制冷空调的运行费用就会高于直燃式机械制冷空调。

4 、冬季运行费用依据上述设计条件, 空调系统冬、夏季送风量相同，L=305000m3/h，仍由6台50800m3/h的空调机组负责送风；冬季新风量占总风量15%，新风量45750（m3/h）,新风负荷748.9kw，围护结构热负荷：800kw，总空调热负荷1548.9 kw湿负荷：600.0kg/h，热湿比：ε=-4800.0kj/kg。

在Id图上（略），空气处理过程是：新风予热新风与室内回风混合再热。

送风状态是：温度to=34.7℃，焓值io=51.7kj/kg，含湿量do=6.5g/kg。

对于二级蒸发冷却空调系统：其送风量为：L=432000m3/h，由6台72000 m3/h空调机组负责送风,经计算：送风状态为：送风温度to=31.3℃，焓io=49.3kj/kg,含湿量do=7.1g/kg。

热水循环流量：133.2 m3/h。

冬季各制冷空调系统耗能、耗水计算结果表三系统供热方式耗能、耗水设备耗电量（kw）耗气量（m3/h）耗水量（kg/h）备注电制冷空调系统城市集中供热换热器、二次水水处理、水泵 0 500 一次水未能耗考虑空调机组 22*6+0.55*6 0 160 小计 135.3 0 660.0 燃气炉自供热燃气炉 1.5*2 88*2 0 水处理、循环水泵7.5*2+2.2*0.3+1.5*0.2 0 500 空调机组 22*6+0.55*6 0 160 小计 154.3 176 660.0 直燃式空调系统高发加大直燃机组供热直燃式冷水机组4.0*2 93*2 0 空调机组 22*6+0.55*6 0 160 水处理、循环水泵7.5*2+2.2*0.3+1.5*0.2 0 500 小计 159.3 186 660.0 地源热泵空调系统地源热泵机组供热地源热泵制冷机组 220*2 0 0 空调机组 22*6+0.55*6 0 160 冷水泵、冷却水提升泵 24*2+7.5*2 0 900 小计 638.3 0 1060.0 二级蒸发冷却空调系统城市集中供热送风机 15.0*2*6 0 循环水泵0.75*6 0 200 直接加湿换热器、二次水水处理、水泵 0 500 小计 184.5 0 700.0 燃气炉自供热燃气炉 1.5*2 88*2 0 水处理、循环水泵7.5*2+2.2*0.3+1.5*0.2 0 600 空调机组 15*2*6+0.75*6 0 200 小计238.5 176.0 800.0 冬季各系统一小时运行费用的结果表四参数系统供热方式总耗电量(元/h) 天然气总耗量(元/h) 总耗水量(元/h) 总耗电、气、水耗用(元/h) 四种系统之间关系电制冷空调系统集中供热 75.80 1.53 77.9+1.53+101.9=179.2 1．0 燃气供热 86.4 235.8 1.53 323.71.81 直燃式制冷空调系统高发加大直燃机组供热 89.4 249.2 1.53 340.1 1.90 地源热泵制冷空调系统地源热泵机组供热 357.4 02.47 360.0 2.01 二级蒸发冷却空调系统集中供热 103.3 0 1.63103.3+1.63+101.9=206.8 1.15 燃气供热 133.6 235.8 1.86 371.2 2.07注：集中供热按城市采暖费22.0元/m2标准计算（空调用热与采暖用热价格暂定一样）,这包括了锅炉房一、二次水泵耗能，燃煤、人工、维修等总费用；一个采暖期180天(每天12小时)，折合到本建筑每小时费用101.9元/h。