制藥工業潔凈空調系統冷熱源方案運行費用比較

山東省醫藥工業設計院 250013

提要：本文引用部分制冷設備資料介紹了空調系統冷熱源選擇，同時就業主感興趣的幾種方案作出了說明和比較，并簡單介紹了工程投資。在冷熱源選擇的具體問題上，作者提出了一點個人的看法和意見。

關鍵詞：冷熱源；電制冷；地源熱泵；吸收式機組

項目為醫療器械車間，潔凈區建筑面積為4700m2，潔凈級別為C（萬）級，吊頂高度為3.2米。經過風量計算、負荷計算，車間潔凈空調系統最大用冷量為3267kW，最大加熱量為1899kW（折合0.2MPa蒸汽3.1t/h）。

項目設計初期，建設單位提出了車間空調系統冷、熱源的選擇問題，于是我們依據手頭的設備樣本數據及建設單位的使用意向對各類型冷、熱源設備的運行費用做了一個比對。

隨著暖通空調技術的深入發展，以消耗不同能源、采用不同供暖、制冷方式的空調系統在各個領域得到了越來越廣泛的應用。不同的集中供熱、制冷方式有不同的適應性，集中供熱、制冷方式選擇的是否合理將直接影響能源的利用和環境質量。制冷、供熱方案應根據供冷、熱要求（耗冷、熱量，供冷、熱方式，水溫要求等）、工程建設地點的水源情況（水溫、水質、水量等）以及電源、其他動力源籌備等方面進行技術經濟比較。既要有較好的經濟指標，又要考慮當地的可行性。經過與建設單位溝通，參考類似項目常用冷、熱源方式，選擇下列三種方式做運行費用的初步比對分析：

（1）、水冷螺桿冷水機組制冷+蒸汽加熱

（2）、地源熱泵系統

（3）、燃氣型溴化鋰冷（熱）水機組

1、螺桿式冷水機組及燃氣型溴化鋰冷（熱）水機組的優缺點

項目螺桿式溴化鋰吸收式

動力源電能燃氣

主要優點1、與活塞式相比結構簡單，運行部件少，無往復運動的慣性力，轉速高，運轉平穩，振動小。中小型密閉式機組的噪聲較低，機組重量輕。

2、單機制冷量較大，由于缸內無余隙容積和吸、排氣閥片，因此具有較高的容積效率。單級活塞式壓縮比通常不大于10，且容積效率隨壓縮比的增加急劇下降。而螺桿式容積效率高，壓縮比可達20，且容積效率的變化不大。COP高。多級壓縮可用于冰蓄冷。

3、螺桿式易損件少，零部件僅為活塞式的十分之一，運行可靠，便于維修。

4、對濕沖程不敏感，允許少量液滴入缸，無液擊危險。

5、調節方便，制冷量可通過滑閥進行無級調節。1、加工簡單，操作方便，制冷量調節范圍大，可實現無級調節。

2、運動部件少，噪聲低、振動小。溴化鋰溶液無毒，對臭氧層無破壞作用。

3、直燃型吸收式制冷機由于與鍋爐結合為一體，減少了許多中間環節，熱效率提高。直燃型制冷機與單效蒸汽型和熱水型比較，燃料消耗減少40%。機組可直接供冷與供熱。一次投資、占地面積以及運行費用都比較少，安全性比鍋爐高，沒有鍋爐要求嚴格。直燃型在部分負荷下運行時，相對應的熱效率不會下降。其調節性能比電動式優越。

4、吸收式制冷的成本低，運行費用少。機房面積小，且能安裝在戶外。

5、制冷主機用電量較少，約為同等制冷量壓縮式制冷主機用電量的二十分之一。因此適用于電力緊缺的地區。

主要缺點1、單機容量比離心式小。

2、轉速比離心式低。潤滑油系統比較龐大和復雜，耗油量較大。噪聲比離心式高（指大容量）。

3、部分負荷下的調節性能較差。1、使用壽命比壓縮式短。

適用范圍1、單機容量≤1758kW但不小于700kW。

2、有足夠的電源。1、單機容量在170～3490kW之間。

經過比對可以發現，在設備運行的可靠性、技術先進性、節能性、結構緊湊性、安裝操作維修方便性、噪聲振動性等方面，總的說來，螺桿式冷水機組在技術上比溴化鋰吸收式冷水機組成熟可靠，在調試、運行維護方面比溴化鋰吸收式機組方便；溴化鋰吸收式冷水機組的一次能耗比電動式制冷機組高。由于不同的冷源設備具有各自不同的性能特點，各適用于一定的外部條件。在電力緊張地區，溴化鋰吸收式機組可作為空調冷源的優先選擇，其中直燃式機組一般采用輕柴油或城市煤氣為燃料，污染物排放量小但燃料成本高。當環保要求高、地價昂貴、電力增容費較高、冬季需采暖、又經技術經濟比較較為合理時，可采用直燃式機組。

2、各方案運行費用比較

因為潔凈空調系統由較嚴格的溫、濕度要求，夏季空氣處理過程中表冷除濕后需經過再加熱控制送風溫、濕度，而冬季需加濕控制送風溫、濕度。在以上三種冷、熱源方案中均無法解決夏季再熱和冬季加濕問題。這兩個空氣處理過程需另行考慮。

下表所列數據為上述三種方案滿足空調冷、熱負荷要求是設備耗電量及運行費用，依據下列基礎數據得出：

工業用電價格：0.8174元/度，工業用蒸汽價格：218元/t，工業用天然氣價格：3.61元/m3；夏季制冷系統運行時間為100天，每天工作16小時；冬季供熱系統運行時間為140天，每天工作16小時。

序號比較內容水冷螺桿冷水機組制冷+蒸汽加熱地源熱泵系統燃氣型溴化鋰冷（熱）水機組

1制冷機臺數222

2制冷量kW1723.217201745

3制冷耗電量kW374.6326.811.6

4冷卻水泵耗電量kW453045

5冷卻塔耗電量kW11011

6冷凍水泵耗電量kW454537

7制熱量kW-2122.61349

8制熱耗電量kW-521.411.6

9熱水水泵耗電量kW-3018.5

10制冷燃氣耗量m3/h--127

11制熱燃氣耗量m3/h--144

12加熱蒸汽耗量t/h3.1--

13夏季運行費用（元）12440171050980.2273600.13+1467104

14冬季運行費用（元）15137921091994.178731.97+2328883.2

15合計（元）27578092142974.34148319.3

從上表可知，以年運行費用進行比較，燃氣型溴化鋰冷（熱）水機組制冷方案的年運行費用最高，水冷螺桿冷水機組制冷+蒸汽加熱系統次之，地源熱泵系統年運行費用最低。

3、結語

由以上分析可知，采用地源熱泵系統，具有運行費用低、安全、環保的優勢；但確定方案前仍需對工程建設地點進行詳細的地質勘測，確保系統能安全、穩定的從地下提取冷、熱量。

水冷螺桿冷水機組制冷+蒸汽加熱系統雖然運行費用較高，但適用場合較多，廠區只要有電、有蒸汽即可。目前多數項目仍在繼續使用這一方案。

燃氣型溴化鋰冷（熱）水機組制冷方案運行費用最高，燃料消耗巨大，多數藥廠都會受制于燃料問題。目前采用這一方案的項目較少。

平時工作中也會有個別項目因使用時間或系統較小等原因采用風冷熱泵型直膨式單元機。這種情況比較特殊，系統冷熱源都通過消耗電能來實現，能耗較大。這種系統更多的用在系統較小、廠區無蒸汽、不適宜使用冷水機組的場合，但室外機蒸發器與室內機距離不宜過遠，一般一臺室外機蒸發器只能供給一個送風系統，組成整體式機組。直接蒸發式表冷器不易調節，在大面積的車間潔凈空調系統中不建議使用。

參考文獻：

[1] 何青.中央空調常用數據速查手冊.北京：機械工業出版社，2005.

[2] 清華大學，西安冶金建筑學院，同濟大學，重慶建筑工程學院編.空氣調節.北京：中國建筑工業出版社，1983.

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[4] GB50736-2012，民用建筑供暖通風與空氣調節設計規范.

[5] 衛生部令第79號，藥品生產質量管理規范（2010年修訂）.