中央空调及空气源热泵的原理、安装及运行费用的对比分析

一、中央空调
中央空调是由一台主机通过风道过风或冷热水管接多个末端的方式来控制不同的房间以达到室内空气调节目的的空调。

采用风管送风方式，用一台主机即可控制多个不同房间并且可引入新风，有效改善室内空气的质量，预防空调病的发生
二、中央空调的分类
1、全空气系统
2、空气水系统
习惯上称为风机盘管加独立新风系统
3、全水系统
三、中央空调系统的末端设备
中央空调系统的末端设备主要是新风机组、风机盘管、水流控制阀（常称二通阀）和温控开关。

新风机组一般用于公共场所。

由于这些地方人员较多，要用室外的新鲜空气通过机组制冷（制热）后送入室内。

在住宅和客房通常是用风机盘管，它是室内空气的循环通过热交换器达到供冷或供热。

水流控制阀是控制通过新风机组或风机盘管的水量也就是控制冷量（热量）来实现控制温度。

温控开关是电控制开关、控制风机的转速和水流控制阀的启闭程度，也就是控制通过热交换器的空气量和介质水的流量，因为通过热交换器的空气量越大所带走的冷量（热量）也越大
四、中央空调系统
1.安装内容
2、中央空调系统的分类
1、中央空调系统
中央空调系统设计
1、水冷冷水机组空调系统
2、风冷冷水机组空调系统
水冷冷水机组空调系统的主要设备有：
螺杆机组、冷却塔、冷冻水泵、冷却水泵、补水泵、电子水处理仪或全自动软化水处理装置、水过滤器、膨胀水箱、末端装置（空气处理机组、风机盘管等）
水冷冷水机空调系统
一、制冷主机的选择
1、根据建筑的空调面积和房间功能进行空调冷负荷计算
2、统计建筑空调总冷负荷
3、大部分建筑需要考虑房间的同时使用率，一般建筑的同时使用率为70-80%，特殊情况需根据建筑功能和使用情况确定。

4、制冷机冷负荷为建筑空调总冷负荷与同时使用率的乘积。

根据计算的制冷机冷负荷即可选择制冷主机。

二、水泵的选择
1、水泵的主要形式
卧式离心泵和立式离心泵
2、水泵型号含义如SLS 200-250
其中SLS指SLS单级单吸立式离心泵
200指泵进出口公称直径
250指叶轮名义直径
3、水泵选择的步骤
第一步：水泵流量的确定
1、冷却水流量：一般按照产品样本提供数值选取，或按照如下公司进行计算，公式中的Q为制冷机制冷量 L(立方/h)=【Q(KW)/（4.5-5）℃*1.163】*（1.15-1.2）
2、冷冻水流量：在没有考虑同时使用率的情况下选定的机组，可根据产品提供的数值选用或根据如下公司进行计算。

如果考虑了同时使用率，建议用如下公式进行计算。

公式中的Q为建筑没有考虑同时使用率情况下的总冷负荷。

L(m3/h)=Q(kW)/（4.5~5）℃x1.163
第二步：水系统水管管径的计算
在空调系统中所有水管管径一般按照下述公式进行计算
D(m)=L(m3/h)/0.785x3600xV(m/s) 的开方
公式中：L.....所求管段的水流量（第一步已计算出）
V.....所求管段允许的水流速
流速的确定：一般，当管径在DN100到DN250之间时，流速推荐值为1.5m/s左右,当管径小于DN100时,推荐流速应小于1.0m/s,管径大于DN250时，流速可再加大。

进行计算是应该注意管径和推荐流速的对应。

目前管径的尺寸规格有：DN15、DN20、DN25、DN32、DN40、DN50、DN70、DN80、DN100、DN125、DN150、DN200、DN250、DN300、DN350、DN400、DN450、DN500、DN600
注意：一般，选择水泵时，水泵的进出口管径应比水泵所在管段的管径小一个型号。

例如：水泵所在管段的管径为DN125,那么所选水泵的进出口管径应为DN100。

第三步：水泵扬程的确定
以水冷螺杆机组为例：
冷冻水泵扬程的组成
1.制冷机组蒸发器水阻力：一般为5~7mH2O；（具体值可参看产品样本）
2.末端设备（空气处理机组、风机盘管等）表冷器或蒸发器水阻力：一般为5~7mH2O；（据体值可参看产品样本）
3.回水过滤器阻力，一般为3~5mH2O；
4.分水器、集水器水阻力：一般一个为3mH2O；
5.制冷系统水管路沿程阻力和局部阻力损失：一般为7~10mH2O；
综上所述，冷冻水泵扬程为26~35mH2O，一般为32~36mH2O。

注意：扬程的计算要根据制冷系统的具体情况而定，不可照
搬经验值！
冷却水泵扬程的组成
1.制冷机组冷凝器水阻力：一般为5~7mH2O；（具体值可参看产品样本）
2.冷却塔喷头喷水压力：一般为2~3mH2O
3.冷却塔（开式冷却塔）接水盘到喷嘴的高差：一般为2~3mH2O
4.回水过滤器阻力，一般为3~5mH2O；
5.制冷系统水管路沿程阻力和局部阻力损失：一般为5~8mH2O；
综上所述，冷冻水泵扬程为17~26mH2O，一般为21~25mH2O。

补水水泵扬程的计算：
◆补水水泵扬程为系统最高点距补水泵接管处的垂直距离和
补水管路的沿程阻力损失和局部阻力损失。

◆沿程阻力损失和局部阻力损失一般为3~5mH2O。

举例：如果计算出系统水流量为160m3/h, 则水系统管径计算为DN200，所以水泵管径选DN150，扬程选为32mH2O，校核水泵参数表中流量和扬程部分，选取：SLS150-315型号的水泵。

5、水泵并联运行情况
水泵台数流量流量的增加值与单台泵运行比较流量的减少
1 100 /
2 190 90 5%
3 251 61 16%
4 284 33 29%
5 300 1
6 40%
由上表可见：水泵并联运行时，流量有所衰减；当并联台数超过3台时，衰减尤为厉害。

故强烈建议：1.选用多台水泵时，要考虑流量的衰减，留有余量。

2.空调系统中水泵并联不宜超过3台，即进行制冷主机选择时也不宜超过三台。

一般，冷冻水泵和冷却水水泵的台数应和制冷主机一一对应，并考虑一台备用。

补水泵一般按照一用一备的原则选取。

三、冷却塔的选择
1、冷却塔的主要形式
圆形逆流冷却塔、方形横流冷却塔。

当然冷却塔的分类形式还有很多种，在这里就不一一列举了。

3、冷却塔设计选型
1、冷却塔台数与制冷主机的数量一一对应，可以不考虑备用；
2、冷却塔的水流量= 冷却水系统水量×1.2；
举例：假设空调系统冷却水量为160m3/h，那么冷却塔的冷却水量=160 ×1.2=192 m3/h，根据就近原则，选择冷却塔参数表中冷却水量为200m3/h 的冷却塔。

四、电子水处理仪、水过滤器的选择
1、产品主要形式
电子水处理仪、“Y”形过滤器
2、电子水处理仪和过滤器的选择
空调水系统中使用到的电子水处理仪和水过滤器一般都按照设备所在管段的管径进行选择。

冷却水系统属开式系统，必须使用电子水处理仪；
冷冻水系统属闭式系统，要求不是那么严格，可以在冷冻水系统管路中或膨胀水箱进水管路中安装电子水处理仪。

五、全自动软化水装置的选择
当工程所在地水质较硬或是系统较大的时候，系统的循环水和补水最好是软化水，该空调系统必须配置水软化装置，一般选用全自动软化水装置；
全自动软化水装置的选用一般按照系统补水量进行选择。

补水装置可以根据实际情况来选（装置小，系统补水时间长；装置大，系统补水时间短）。

六、膨胀水箱的选择
膨胀水箱一般按照冷冻水系统管路总水容量的2~3%选择
一般，一万平方米左右建筑空调水系统膨胀水箱的容积为2~4立方。

六、末端设备的选择
1、风机盘管的选择
风机盘管有两个主要参数：制冷（热）量和送风量，故有风机盘管的选择有如下两种方法：
（1）根据房间循环风量选：房间面积、层高（吊顶后）和房间换气次数三者的乘积即为房间的循环风量。

利用循环风量对应风机盘管高速风量，即可确定风机盘管型号。

（2）根据房间所需的冷负荷选择：根据单位面积负荷和房间面积，可得到房间所需的冷负荷值。

利用房间冷负荷对应风机盘管的高速风量时的制冷量即可确定风机盘管型号。

确定型号以后，还需确定风机盘管的安装方式（明装或安装），送回风方式（底送底回，侧送底回等）以及水管连接位置（左或右）等条件。

对于一般的住宅和办公建筑，房间面积在20m2以下，可选用FP-3.5,25m2左右的选用FP-5.0，30m2左右的选用FP-6.3,35m2左右的选用FP-7.1。

房间面积较大时应考虑使用多个风机盘管，房间单位面积负荷较大，对
噪音要求不高时可考虑使用风量和制冷量较大的风机盘管。

2、空气处理机的选择
空气处理机组主要用于处理室内空气和供新风，一般有空调工况和新风工况两种工作状态。

空气处理机组的选择一般由三个主要参数决定：风量、表冷器排管数和机外余压。

先根据系统需要的风量确定空气处理机组的型号，然后根据需要提供的冷量来决定其排管数，如此便可确定。

根据系统需要的余压要求确定余压。

空气处理机组一般有吊顶式和落地式两种。

落地式包括立式和卧式两种。

另外机组的送回风方式也有多不同。

徐根据建筑情况和建筑业主要求进行最终的确定。

注意：空调工况的制冷（热）量比新风工况时要小。

3、组合式空调机组的选择（略）
七、工程概算
1.设备费（除膨胀水箱、软化水箱、阀门管道和管件以外，全部为设备费，设备费的准确度应比合同最终签订价高8%~10%左右）。

2.设备运杂费（运输、包装费等）一般取设备费的1%~2%（根据设备的产地和使用地的距离来确定）。

3.设备安装费：一般取设备的5%~8%，（除散件设备，如：冷却塔的安装费：取冷却塔设备费的10%~15%）。

4.设备运行调试费：一般取设备费的0.5%~1%。

5.管道制作、安装、保温等费用，一般为设备费的20%~40%。

（根据系统的复杂程度来确定）。

6.电气费、土建费用（应另行计算）。

7.工程设计费，取以上所有费用合计的2.5%~3%。

8.工程的其他费用（包括各种税费、工程临时设施费、冬雨季施工费、利润等），一般取以上所有费用合计的5%~8%。

上述所有费用之和即工程总造价。

一般，使用水冷冷水机组，末端为风机盘管没有新风的情况下，建筑空调造价为200元/m2左右，末端为风机盘管加新风的为250元/m2左右。

使用风冷冷水机组，末端为风机盘管没有新风的情况下，建筑空调造价为300元/m2左右，末端为风机盘管加新风的为350元/m2左右。

风冷冷水机空调系统
主要设备有：
（1）风冷冷水机组
（2）冷冻水泵
（3）补水泵
（4）电子水处理仪或全自动软化水处理装置
（5）水过滤器
（6）膨胀水箱
（7）末端装置（空气处理机组、风机盘管等）
所有设备的选型方法和原则与水冷冷水机组空调系统一样！
五、中央空调系统运行费用
一、亘元大厦中央空调工程方案简介
亘元大厦为综合办公楼，框架结构，地下一层，地上十四层，建筑面积为36887㎡,总高度为H=50.8m，属于一类高层建筑。

该工程空调系统为风机盘管加新风的形式，冷源由两台螺杆式水冷机组提供，冬季采暖采用风机盘管+地板敷设采暖方式，热源为燃气锅炉+板换机组。

中央空调系统主要设备参数见下表：
1、末端设备
序号设备名称型号规格单位数量备注
1 吊顶式新风机组
（新风工况）
TF3D型L=3000m3/h Q冷=41.6kw Q热=43.32kw
N=0.55kw H=450Pa n=6排管出口噪音<58dB(A)
台8 K1
2 卧式新风机组
（新风工况）TF4DW型L=4000m3/h Q冷=52.60kw Q热=58.05kw
N=1.1kw H=450Pa n=6排管出口噪音<58dB(A)
台10 K2
3 吊顶式新风机组
（新风工况）TF5D型L=5000m3/h Q冷=61.2kw Q热=72.8kw
N=1.1kw H=450Pa n=6排管出口噪音<58dB(A)
台 3 K3
4 吊顶式新风机组
（新风工况）TF6D型L=6000m3/h Q冷=80.6kw Q热=93.1kw
N=1.5kw H=450Pa n=6排管出口噪音<58dB(A)
台 2 K4
5 卧式新风机组
（新风工况）TF06W型L=6000m3/h Q冷=80.6kw Q热=93.1kw
N=1.5kw H=450Pa n=6排管出口噪音<58dB(A)
台 2 K5
6 卧式风机盘管FP-34WAX型L=340m3/h Q冷=2.05kw Q热=3.48kw
N=40W H=30Pa 出口噪音<40dB(A) 后回风箱
台353
7 卧式风机盘管FP-51WAX型L=450m3/h Q冷=2.82kw Q热=4.7kw
N=54W H=30Pa 出口噪音<42dB(A) 后回风箱
台574
8 卧式风机盘管FP-68WAX型L=600m3/h Q冷=3.74kw Q热=6.26kw
N=72W H=30Pa 出口噪音<44dB(A) 后回风箱
台80
9 卧式风机盘管FP-85WAX型L=730m3/h Q冷=4.5kw Q热=7.5kw
N=92W H=30Pa 出口噪音<46dB(A) 后回风箱
台65
2、制冷机房（含锅炉房/水泵间）设备
序号设备名称型号规格单位数量备注
1 双螺杆半封闭冷
水机组
30HXC400A；制冷量1392KW；输入功率279KW。

台 2 开利
2 燃气锅炉GE-615-1020型；额定热功率=1.02 MW；
N=2.2KW；G=4.6t；耗气量130m3/h
台 2 泰州安信
3 燃气锅炉CWNS-0.7型；额定热功率=0.70 MW；N=1.5KW；
G=3.7t；耗气量82.4m3/h
台 1 广州迪森
4 热水循环泵KQW80/150-7.5/2型；流量=46.7m/h；扬程
=28m；N=7.5KW
台 4 3用1备
6 冷冻水循环泵KQW200/320-37/4(z)；流量=171-294m3/h；
扬程=34.9-25m；N=37KW
台 3 2用1备
8 冷却水循环泵KQW200/300-37/4(z)；流量=196-336m3/h；
扬程=31.5-23m；N=37KW
台 3 2用1备
10 冷却塔KSD-LN-200-C2型；流量=312t/h；N=5.5KW×2 台 2
11 定压补水装置KQG-SPGLZ-1275型自动给水装置；
水泵L=9～18m3/h；H=60～80m；N=7.5KW
台 1
电机1用1
备
12 软化水装置YH-2750A型全自动软水器，产水量15t/h 台 1
13 除污器G型射频水处理器DN300；承压1.2Mp；N=300W 台 1
14 电子水处理仪KGD-350A过滤型电子除垢仪；流量=930T/h；
承压P=1.0MPa；N=130W
台 1
二、运行参数、条件
1、天然气燃气价格：1.4元/NM3
2、电费：0.73元/KW
3、制冷期：90天/年
4、采暖期：150天/年
三、中央空调年运行费用（万元）
中央空调机房设备制冷电耗26.91万元，368600kw，9.99kw/㎡，0.11kw/㎡/天
说明：以上表格详细计算见后附计算说明。

附：运行费用计算说明：
一、制冷机房（锅炉房）设备运行费用
1、由于空调负荷的变化是随外界环境温度而变化，具有很大随机性。

A、机组在一个制冷期90天内运行的负荷分布为：
100%负荷：占17%制冷期，相当于制冷期的15天；
75%负荷：占39%制冷期，相当于制冷期的35天；
50%负荷：占33%制冷期，相当于制冷期的30天；
25%负荷：占11%制冷期，相当于制冷期的10天；
B、机组在一个制热期150天内运行的负荷分布为：
100%负荷：占17%制热期，相当于制热期的25天；
75%负荷：占39%制热期，相当于制热期的58天；
50%负荷：占33%制热期，相当于制热期的50天；
25%负荷：占11%制热期，相当于制热期的17天；
C、每日运行时间折合满负荷运行时间：
根据大厦使用情况，制冷季节螺杆机为8小时/天。

（实际运行为上午9点至下午5点，再加上4小时的夜间运行）。

采暖季节燃气锅炉为12小时/天。

（实际运行为早晨5点至下午5点，再加上6小时夜间运行）
4、制冷运行费用计算：
A、电费：
a、两台主机每年制冷运行耗电（50％以下负荷开一台主机）：
[（279kw×15天＋223.2kw×35天）×2＋279kw×30天+181.35kw×10天] ×8小时/天×0.73元/kw·h÷10000= 19.96 万元/年
b、两台冷却塔每年制冷运行耗电（50％以下负荷开一台冷却塔）：
（2×11kw×50天+11kw×40天）×0.73元/kw·h×8小时/天÷10000= 0.9万元/年
c、两台循环水泵和两台冷却水泵每年制冷运行耗电（50％以下负荷各开一台泵）
（4×37kw×50天＋2×37kw×40天）×0.73元/kw·h×8小时/天÷10000= 6.05 万元/年
B、制冷期运行合计：26.91万元/年
4、制冷运行费用计算：
A、电费：
a、两台主机每年制冷运行耗电（50％以下负荷开一台主机）：
[（279kw×15天＋223.2kw×35天）×2＋279kw×30天+181.35kw×10天] ×8小时/天×0.73元/kw·h÷10000= 19.96 万元/年
b、两台冷却塔每年制冷运行耗电（50％以下负荷开一台冷却塔）：
（2×11kw×50天+11kw×40天）×0.73元/kw·h×8小时/天÷10000= 0.9万元/年
c、两台循环水泵和两台冷却水泵每年制冷运行耗电（50％以下负荷各开一台泵）
（4×37kw×50天＋2×37kw×40天）×0.73元/kw·h×8小时/天÷10000= 6.05 万元/年
B、制冷期运行合计：26.91万元/年
5、制热运行费用计算：
A、水泵运转电费：
a、两台热水循环水泵每年制热运行耗电（50％以下负荷开一台泵）
（2×37kw×83天＋37kw×67天）×0.73元/kw·h×12小时/天÷10000= 7.55 万元/年
b、一次侧热水泵每年制热运行耗电（50％以下负荷开两台泵）
（3×7.5kw×83天＋2×7.5kw×67天）×0.73元/kw·h×12小时/天÷10000= 2.52 万元/年
B、每年制热燃气费（25%-75%负荷开两台锅炉；25%负荷以下开一台锅炉）
[（130×2＋82.4）NM3/h×25天＋（130×2）NM3/h×58天＋（97.5×2）NM3/h×50天＋82.4NM3/h×17天）]×1.4元/NM3×12小时/天÷10000= 58.4万元/年
C、锅炉风机运行耗电
[（2×2.2kw＋1.5 kw）×25天＋（2×2.2kw）×108天＋1.5kw×17天）]×0.73元/kw·h×12小时/天÷10000= 0.57 万元/年
D、采暖期运行费用合计：69.04 万元/年
二、中央空调末端设备运行费用
1、风机盘管设备：
末端风机盘管功率：353×40W＋574×54W＋80×72W＋65×92W=56.9 kw
夏季：56.9×（15＋0.75×35＋0.5*30+0.25*10）×0.73元/kw·h×8小时/天÷10000= 1.95万元/年
冬季：56.9×（25＋0.75×58＋0.5*50+0.25*17）×0.73元/kw·h×12小时/天÷10000= 6.67万元/年
2、新风机组设备：
末端新风机组功率：8×0.55kw＋10×1.1kw＋3×1.1kw＋4×1.5kw=28.9kw
夏季：28.9×（15＋0.75×35＋0.5*30+0.25*10）×0.73元/kw·h×8小时/天÷10000= 0.99万元/年
13561.64kw/年，0.004 kw/㎡/天
冬季：28.9×（25＋0.75×58＋0.5*50+0.25*17）×0.73元/kw·h×12小时/天÷10000= 2.47万元/年
一、空气源热泵制冷原理
液体汽化制冷是利用液体汽化时的吸热、冷凝时的放热效应来实现制冷的。

液体汽化形成蒸汽。

当液体（制冷工质）处在密闭的容器中时，此容器中除了液体及液体本身所产生的蒸汽外，不存在其他任何气体，液体和蒸汽将在某一压力下达到平衡，此时的汽体称为饱和蒸汽，压力称为饱和压力，温度称为饱和温度。

平衡时液体不再汽化，这时如果将一部分蒸汽从容器中抽走，液体必然要继续汽化产生一部分蒸汽来维持这一平衡。

液体汽化时要吸收热量，此热量称为汽化潜热。

汽化潜热来自被冷却对象，使被冷却对象变冷。

为了使
这一过程连续进行，就必须从容器中不断地抽走蒸汽，并使其凝结成液体后再回到容器中去。

从容器中抽出的蒸汽如直接冷凝成蒸汽，则所需冷却介质的温度比液体的蒸发温度还要低，我们希望蒸汽的冷凝是在常温下进行，因此需要将蒸汽的压力提高到常温下的饱和压力。

制冷工质将在低温、低压下蒸发，产生冷效应；并在常温、高压下冷凝，向周围环境或冷却介质放出热量。

蒸汽在常温、高压下冷凝后变为高压液体，还需要将其压力降低到蒸发压力后才能进入容器。

液体汽化制冷循环是由工质汽化、蒸汽升压、高压蒸汽冷凝、高压液体降压四个过程组成。

二、空气源热泵制冷量
空气源热泵机组的制冷量Q0按下式计算
Q0 = q0 K1
式中Q0———机组制冷量, kW;
q0———产品样本中机组的名义工况(室外
空气干球温度为35 ℃, 冷水出水
温度为7 ℃时) 制冷量, kW;
K1———夏季室外空调计算干球温度的修
正系数,按产品样本或技术说明书
选取,如厂家未提供,可近似按表1
选取。

表1 夏季室外空调计算干球温度修正系数K1 (出水温度7 ℃)
可看出，夏季室外温度几乎不会超过40℃，即夏季制冷时空气源热泵的制冷量几乎不会衰减。

可见空气源热泵冬季采暖衰减较大。

五、空气源热泵机组的能耗指标
可见，较大的中央空调系统宜选用螺杆式压缩机组。