空調冷熱源的比較與設備的選擇

郭成水

摘 要：空調冷熱源種類很廣，不同種冷熱源具備不同的性質，在選擇和運用時要根據不同的情況，選擇不同的熱源，在選擇熱源時要綜合各方面的因素，選擇最佳的的冷熱源。

關鍵詞：空調；冷熱源；優點；缺點；選擇

1 冷熱源類型

1.1 冷（熱）水機組

電動壓縮式冷（熱）水機組：（1）往復式；（2）蝸旋式；（3）螺桿式；（4）離心式。溴化鋰吸收式冷（熱）水機組：（1）蒸汽型冷水機組；（2）熱水型冷水機組；（3）直燃型冷（熱）水機組。

1.2 熱源

電力：（1）電熱爐；（2）熱泵。燃氣、燃油、燃煤等礦物原料；可再生能源：如太陽能、地熱能、河水等以及工業余熱、生活廢熱。

1.3 熱泵

從室外環境介質吸熱并向室內放熱，使室內空氣升溫的制冷系統。

2 各種冷熱源優缺點

2.1 “冷水機組”加“換熱器”

夏季用冷水機組制冷，冬季用鍋爐燒熱水供暖，也可以由熱電廠或集中供熱站供應蒸汽，經換熱器轉換成60℃熱水，供空調機組。

優點：（1）初投資為各種系統最低的（房間空調器除外），供電總容量比水源熱泵、多聯機少。（2）運行費比蒸汽溴化鋰機低。（3）主機壽命最長，按美國ASHRAE標準為23年。（4）由于制冷機和水泵以及冬季換熱器全部集中在一個機房內，因此維保方便。

缺點：（1）系統龐大，不便于分戶計量、分戶控制和假日個別房間使用。可以另配幾套多聯機，保證加班多的房間使用，也可以采用多機頭冷水機組或大小搭配，以滿足低負荷的需求。（2）機房空間大，管道占空間多。（3）冷卻塔有一定噪聲，放裙房頂上時必須妥善處理。冷卻塔也有損美觀。

2.2 空氣源熱泵

冬季從室外空氣中吸熱并向室內放熱，夏季則放熱給室外空氣。

優點：（1）冬夏共用，設備利用率高，不需另設鍋爐房。（2）節水節能。由于不用冷卻塔，節水。由于空氣源熱泵的能效比達3左右，因而與電采暖相比，只消耗1/3的電能。（3）結構緊湊，省去冷卻塔、冷卻水系統，節省投資與空間，避免軍團菌的危害和冷卻水處理的麻煩。（4）安裝在室外，不占機房面積，節省土建投資。（5）模塊組裝，多機頭，易于分區運行與控制。

缺點：（1）噪聲大，影響周圍建筑。（2）對冬季室外相對濕度較高的地區，盤管結霜較頻繁，除霜間隔時間熱泵停止供熱，影響供暖效果，冬季供暖不易保證。（3）主機可靠性不如冷水機組，過去在冬季運行時經常有燒機現象。（4）初投資與壽命不如冷水機組。由于裝在室外，日曬雨淋易于損壞，特別是江蘇下雨天有l/3為酸雨，腐蝕嚴重，影響使用壽命。

2.3 “蒸汽溴化鋰吸收式機組[3]”加“換熱器”

夏季利用熱電廠送來的蒸汽，通過溴化鋰吸收式機組進行制冷，冬季通過換熱器將蒸汽轉換成60℃熱水，供空調器使用。也可直接用溴化鋰機供暖。

優點：（1）可以減少環境污染，防止臭氧層破壞，減輕溫室效應。（2）合理使用能源，削減夏季電力高峰，不受缺電拉閘影響，還可減省電力貼費和減少變配電所投資。（3）溴化鋰機組在低壓下運行，比較安全。（4）除屏蔽泵外，沒有其他運動部件，噪聲為70-80dB（A），同時不必需防振基礎，安裝簡單。（5）制冷量可在20%～100%的范圍內進行無級調節，有利于部分負荷時的運行調節。（6）可以充分利用余熱、廢熱等低位熱能。（7）必要時可以安裝在屋頂或室外，節省機房面積。

缺點：（1）與電動機組相比，溴化鋰吸收式機組節電不節能，熱力系數低，一次能耗蒸汽型為電動冷水機組的2倍。（2）與離心式、螺桿式制冷機相比，占地面積大，機房高度高，設備重量大。（3）排熱量大，冷卻塔和冷卻水系統容量大。（4）機組氣密性要求很高，只要逸入少量空氣就會破壞真空度，導致機組性能大幅下降。但近幾年我國幾家大廠的產品已基本解決了這個問題。（5）溴化鋰水溶液對碳鋼的耐蝕性較強，因此做好鋼板防腐蝕的處理和提高緩蝕劑性能是十分重要的。

2.4 “冰蓄冷空調系統[4]”加“換熱器”

建筑物空調時（電網高峰）所需冷量的全部或者一部分在非使用空調時間（電網低谷）制備好，將其能量蓄存起來供空調時使用。

優點：（1）平衡電網峰谷負荷，減緩電廠和供配電設施的建設。（2）制冷主機容量減少，減少空調系統電力增容費和供配電設施費。（3）利用電網峰谷荷電力差價，降低空調運行費用。（4）冷凍水溫度可降到l～4℃，可實現大溫差、低溫送風空調，節省水、風輸送系統的投資和能耗。（5）相對濕度較低，空調品質提高。

缺點：（1）一次性投資比常現空調大20～40%。（2）蓄冰裝置要占用較大的空間。（3）制冷蓄冰時主機效率比在空調工況下運行低。（4）設計、施工、調試和運行相對比較復雜。

2.5 多聯機空調系統

多聯機為制冷劑流量可變系統，室內機、室外機、制冷劑配管和控制裝置組成。一臺室外機可以配置不同規格、不同容量的室內外l-16臺。通過控制渦旋式壓縮機的制冷劑循環量和進入室內各換熱器的制冷劑流量，適時滿足室內冷熱負荷要求，是一種可以根據室內負荷大小自動調系統容量的節能、高效的空調方式。目前有變頻技術和數碼渦旋技術兩種。

優點：（1）制冷劑管傳遞冷（熱）量為205kJ/kg，幾乎是水的10倍和空氣的20倍，因此管道細，容易布置。（2）便于分戶控制與分戶計量，各用戶自己管理，互不干擾，方便，省能省錢。（3）省去傳統中央空調龐大機房。地下室可用于停車場，層高也可降低。（4）隨房屋使用先后，可分批分期安裝，節省傳統中央空調的投資。

缺點：（1）比傳統中央空調系統，初投資高一些。（2）壽命只有中央空調的一半。（3）冬季供暖量不足。由于結霜除霜，部分時間停止供熱。雙大熱泵的能效比低。（4）制冷劑管道多、長且接頭多，施工不嚴格時易造成泄漏，難檢修。（5）直接蒸當室內機，夏季送風溫度低，易感冒。氣流均勻性差。舒適性不如中央空調。室內控溫不理想，有可能波動±2℃以上。

2.6 地源熱泵（土壤熱泵）

地源熱泵包括地下水熱泵、地表水熱泵、土壤熱源。地下水熱泵是將井水汲出，通過水源熱泵空調機中的換熱器進行加熱或冷卻，再將井水回灌入井內。地表水熱泵是將江、河、湖、海水吸出，通過水源熱泵的換熱器加熱或冷卻，再排回到江、河、湖、海中去。土壤熱泵是將水環路理地下，以土壤作為吸熱源和排熱源。按照江蘇省政策，地下水熱泵難以實現。國土局大樓附近沒有江、河、湖水可利用，因此地表水熱泵也無法實現。對于土壤熱泵的優缺點如下：

優點：（1）為可再生能源，經濟有效的節能技術。可在夏冬季提供較低的冷凝溫度和較高的蒸發溫度。運行費用比傳統中央空調可節省30%，耗電量為冷水機組加鍋爐的60%。（2）環境效益好。污染物排放，比空氣源熱泵減少40%，比電供暖減少70%，制冷劑充灌量比常規空調減少25%。節省機房空間。（3）壽命長達20年。（4）使用靈活，可分戶計量、分戶控制、分期施工。

缺點：（1）初投資比冷水機組加鍋爐高10～20%以上，如國際商城414元/m3，比傳統中央空調高38%。（2）關鍵要解決好土壤冬夏季吸收熱量和放熱的平衡性，如果不平衡，必然造成土壤蓄熱性變差。目前對土壤的能量平衡、熱工性能、土壤中的傳熱、傳濕和環境對土壤熱工性能的影響等，還缺乏研究。導致北京己做的100多的工程，至少有20%是失敗的。江蘇僅處于試驗階段，不宜大量上馬。

2.7 水環熱泵

水環熱泵是用一個循環水環路作為加熱源和排熱源。當環路中水的溫度由于水環熱泵空調機的放熱（制冷運行時）使其溫度超過一定值（35℃）時，環路中水將通過冷卻塔將熱量放給大氣。當環路中水的溫度由于水環熱泵空調機的吸熱（制熱運行時）而使其溫度低于一定值（l5℃）時，通常使用加熱裝置對循環水進行加熱。水環熱泵是一種介于中央空調與分散空調之間的優化空調能源方式。

優點：（1）節能。能效比高于空氣源熱泵。當建筑物制冷制熱同時進行，能量在建筑物內部轉移。運行費用最少，節能效果明顯。（2）初投資成本較低。無集中的制冷機房、鍋爐房、空調機房。所需風管少，減少樓層高度，無保溫的循環水管系統，減少了材料費用。無需另設控制中心。（3）便于分戶計量、分戶控制，也便于分戶使用。熱泵發生故障不會互相影響。（4）使用靈活。新建大樓可先安裝水環熱泵的主管與支管，根據使用要求再分批安裝機組。

缺點：（1）10KW制冷量以上的水環熱泵噪聲較大。（2）必須設置獨立新風系統送入每個房間。（3）水環熱泵多為暗裝，必須同建筑和室內裝潢緊密配合，維保麻煩。（4）總裝機容量比常規中央空調系統要大，增大了變配電所的投資與貼費。

2.8 房間空調器

屬分散式空調系統，舒適健康條件差，適合住宅家用，辦公樓在建設經費緊張時也可考慮采用。

優點：（1）初投資最低，這是因為房間空調器的市場競爭激烈，售價特低。（2）運行費最低，每個房間可以獨立操作，用則開，不用則關。（3）便于分戶計量，分戶控制，分戶安裝。任一臺有故障不會影響其他用戶。（4）采用變頻型，可快速啟動，室溫穩定。（5）作為傳統中央空調系統的補充，對某些常加班房間加裝房間空調器。

缺點：（1）由于沒有新風系統，只能開窗換氣，衛生條件差。（2）室外機影響建筑立面美觀。（3）氣流組織不均衡，影響舒適性。（4）冬季供熱條件差。（5）冷凝水滴水影響。（6）室外機有可能下機排熱影響上機的使用（青蛙跳現象）。

3 空調冷熱源的選擇

3.1 影響空調冷熱源方案決策的因素

要選擇一個最優的設計方案，我們需要綜合考慮各種因素的影響。一般情況下，選擇冷熱源方案時應考慮以下因素：

（1）初投資。不同冷熱源方案的初投資有較大差別，在選擇方案時應進行仔細的分析比較。（2）運行費用。其中包括運行能耗，運行管理費，設備維修費等。空調運行能耗在建筑能耗中占有很大比例，空調運行過程中的管理人員工資、設備故障維修費等都是應該在冷熱源選擇時考慮的因素。（3）環境影響。為了解決環境污染問題，保護環境已經成為我國的一項基本國策。（4）運行的可靠性、安全性、操作維護的方便程度、使用壽命。（5）機房面積，燃煤鍋爐房要求的儲煤、渣面積，儲油條件等。（6）增容費。各城市根據其發展情況以及地理位置，對不同能源設定不同的增容費，而且數量一般也是比較大，因此也是項重要的考慮因素。

3.2 冷熱源的選擇依據

不僅包括系統自身的要求，而且還涉及工程所在地區的能源結構、價格、政策導向、環境保護、城市規劃、建筑物用途、規模、冷熱負荷、初投資、運行費用以及消防、安全和維護管理等許多問題。因此，這是一個技術、經濟的綜合比較過程，必須按安全性、可靠性、經濟性、先進性、適用性的原則進行綜合技術經濟比較來確定。在進行冷熱源選擇論證時，應遵循一些基本原則。

（1）熱源應優先采用城市、區域供熱或工廠余熱。高度集中的熱源能效高，便于管理，有利于環保。（2）熱源設備的選用應按照國家能源政策并符合環保、消防、安全技術規定，大中城市宜選用燃氣、燃油鍋爐，鄉鎮可選用燃煤鍋爐。（3）若當地供電緊張，有熱電站供熱或有足夠的冬季供暖鍋爐，特別是有廢熱、余熱可利用時，應優先選用溴化鋰吸收式冷水機組作為冷源。（4）當地供電緊張，且有燃氣供應，尤其是在實行分季計價而價格比較低廉的地區，可選用燃氣鍋爐、直燃型溴化鋰吸收式冷（熱）水機組作為冷熱源。直燃型溴化鋰吸收式冷（熱）水機組與溴化鋰吸收式冷水機組相比，具有熱效率高，燃料消耗少，安全性好，可直接供冷或供熱，初投資、運行費和占地面積少等優點，因此在同等條件下特別是夏季有廉價天然氣可利用時，應優先選用直燃型溴化鋰吸收式冷（熱）水機組。（5）若當地無上述的區域供熱或工廠余熱，也沒有燃氣供應時，可采用燃煤、燃油鍋爐供熱，電動壓縮式制冷機組供冷，或選用燃油型直燃式溴化鋰吸收式制冷機作為冷熱源。（6）若當地供電不緊張時，空調冷源應優先選用電力驅動的制冷機。（7）根據建筑物全年空調負荷分布規律和制冷機部分符合下的調節特性系數，合理選擇制冷機的機型、臺數和調解方式，提高制冷系統在部分負荷下的運行效率，以降低全年總能耗。（8）選用風冷型制冷機組還是水冷型制冷機組需因地制宜，因工程而異。一般大型工程宜選用水冷機組，小型工程或缺水地區宜選用風冷機組。（9）冷水機組一般選用2-4臺，機組之間考慮互為備用和輪換使用的可能性。從便于維護管理的角度考慮，宜首先選用同類型同規格的機組，從節能角度考慮，可選用不同類型不同容量機組搭配方案。（10）具備多種能源的大型建筑，可采用復合能源供冷、供熱。當影響能源價格因素比較多，很難確定利用某種能源最經濟時，配置不同能源的機組通常是最穩妥的方案。（11）夏熱冬冷地區、干旱缺水地區的中小型建筑，可采用空氣源熱泵或地下埋管式地源。

實際上，可選擇的方案遠不止這些。在空調冷熱源方案的選擇中，需要在各目標之間進行折中分析，要協調矛盾，權衡利弊，進行綜合考慮。

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