中央空調系統冷熱源方案的選擇探索

萬珺

【摘要】中央空調系統中冷熱源方案選擇與空調系統運行費用、初投資密切相關，區域能源結構、環保要求等要素會影響冷熱源方案經濟性。本文通過概述冷熱源方案的影響因素，結合案例分析多種冷熱源組合方案的優缺點，進而對其進行方案選擇和經濟分析，為保證空調系統獨立運行，減少運行費用提供方案選擇。

【關鍵詞】中央空調;空調系統;冷熱源方案

冷熱源方案的選擇對于空調系統供暖和供冷功能十分關鍵，一般冷熱源設備運行費用、投資成本均較高，因此在選擇和明確冷熱源方案時，有必要分析投資費用、技術可靠性、保養維護等方面，并圍繞環境保護、能源政策、消防要求等內容，通過可行性、技術、經濟分析選擇科學的冷熱源和組合方案。

1、選擇冷熱源方案的影響因素

其一，設備性能特點。其中包含產品運行可靠性、質量，負荷效率和能耗等方面，并包括震動噪音、設備自動化程度情況。其二，環保性。當選擇電動熱冷水機組時，建議制冷劑滿足環保標準，使用CFC過渡制冷劑時，其使用年限應滿足國家禁用時間表標準。其三，初投資費用。其中包含安裝費、設備費、電力增容費、機房土建費等方面。其四，運行費用。包含設備維修費用、能源耗用費用，如燃油費、電費、燃氣費等因素，其中初投資和運行費用是冷熱源方案進行經濟分析的主要內容。

2、中央空調系統冷熱源方案的選擇

2.1案例分析

本案例以杭州市余杭區施工項目為例，該工程主要包含酒店、超高層辦公室、地下室、劇院，其中酒店屬于獨立運營狀態，因此空調系統會單獨設置在鍋爐房和制冷機房區域;辦公區使用VRF多聯式變流量的空調系統;劇院和辦公室自持，具體需求如下：辦公區域和劇院可以合用空調系統，結合劇院、辦公區域的空調系統分析具體方案，且酒店冷熱源系統設備包含2臺930kW的真空熱水鍋爐、2臺1070kW的定頻螺桿式冷水機組。因為商鋪、辦公區、酒店的空調系統在拆分后負荷會減少，因此空調的熱負荷是927kW、冷負荷是1546kW，可以調整酒店空調冷熱源，選擇2臺930kW的真空熱水鍋爐、2臺790kW的定頻螺桿式冷水機組[1]。

2.2具體方案類型

2.2.1冷水機組與真空熱水鍋爐的合設冷熱源方案

方案設備包含2臺250t/h的冷卻塔、2臺275RT的螺桿式冷水機組、揚程是30m的冷凍水泵、揚程是28m的冷卻水泵、揚程是30m的熱水泵、2臺580kW的真空熱水鍋爐。空調的冷水進出口溫度調節到6/12℃，并使冷水機組和冷卻塔的功能相互對應。在劇院的屋面布置冷卻塔（建議選擇超低噪音型橫流式塔類型），將冷卻水的供回水溫度設置在32℃/37℃，熱源則使用真空熱水鍋爐，并將鍋爐房安排在地下一層，熱水的供回水溫度是60℃/50℃[2]。

2.2.2風冷熱泵的合設冷熱源方案

系統設備包含2臺275RT的風冷螺桿式熱泵機組、3臺揚程是35m的冷熱水泵。在劇院屋面位置布置風冷熱泵機組，空調熱水供回水溫度是45℃/40℃、冷水的進出口溫度是7/12℃。

2.2.3風冷熱泵的分設冷熱源方案

方案設備中劇院包含3臺揚程25m的冷熱水泵、2臺175RT的風冷螺桿式冷水機組;辦公區域有3臺揚程28m的冷熱水泵、2臺100RT的風冷渦旋式冷水機組。在劇院屋面設置風冷熱泵機組，并在辦公屋外區域安設模塊式熱泵機組，設置45℃/40℃的空調熱水供回水溫度、7/12℃的冷水進出口溫度，

2.2.4劇院風冷熱泵與辦公區VRF的分設冷熱源方案

劇院區域使用風冷熱泵機組，將其安置在劇院屋面，設備包含2臺110t/h的冷熱水泵、2臺175RT的劇院螺桿式冷水機組。空調的熱水供回水溫度設置為45℃/40℃、冷水進出口溫度是7/12℃;辦公區采取VRF系統，設備包含3臺VRF48HP、4臺VRF28HP，并將其安置在室外平臺。

2.3方案經濟分析

2.3.1初投資估算

方案一中合設冷水機組與真空熱水鍋爐的初投資總額是3473763元、方案二中合設風冷熱泵的初投資總額是3514845元、方案三的分設風冷熱泵初投資總額為3549763元、方案四中分設劇院風冷熱泵和辦公VRF的初投資總額是343523元。同時，供水系統中管道、閥件安裝費用占據工程總費用的一半，而VRF系統中安裝費用是總費用的20%。通過分析發現，風冷熱泵機組成本較高，而VRF系統的安裝費用相對較低，因此可以得出方案三的初投資額最高，方案四初投資額最低，因此初投資費用由高到低依次是：第三方案、第二方案、第一方案、第四方案。

2.3.2運行費用

由于本項目在杭州地區施工，因此計算運行費用時主要結合以下內容分析：杭州非居民用電價格是0.74元每度、燃氣非居民費用是3.73元/Nm3。同時，風冷熱泵制熱效率和制冷效率是3，螺桿式冷水機組的制冷效率是5.8。在冬季由于區域特點出現融霜和衰減問題，因此可以將制熱效率設置成2.8，在每日上午8點至下午5點開啟空調，一般冬季的供熱時間是4個月，夏季制冷時間是5個月。方案二中冷凍水泵在劇院屋面位置，因此輸送距離相較于原設計增加了180m的輸送距離，其中有60m的塔樓立管和120m的地下室環管距離;供回水管的比摩阻是200Pa/m、總長度是360m、沿程阻力是72Kpa，由于輸配側局部阻力是磨擦阻力的一半，因此局部阻力是108kPa[2]。

經過分析運行費用發現，方案三中運行費用最少，具體的影響因素如下：劇院距離4#辦公區域較遠，通過分設空調系統能夠降低水泵揚程，減少水泵運行的能耗。此外，風冷熱泵機組的能效相較于VRF更高，因此方案三中分設辦公區域和劇院的風冷熱泵方案運行費用最少，而方案二中運行費用最高，其中年運行費用由高到低分別是第二方案、第一方案、第四方案、第三方案。

2.3.3可行性及空間利用率分析

方案一合設辦公區域與劇院冷熱源中，在劇院的地下一層設置制冷機房，且劇院的空調負荷較大，因此應靠近劇院安置制冷機房。將冷卻塔安置在劇院的屋面，鄰近酒店的冷卻塔，其中冷卻塔的屋面面積是100m2、制冷機房的面積是150m2、鍋爐的面積是100m2。注意鍋爐房應嚴禁設置在重要部門和人員密集區域的上、下一層、鄰近位置、主要通道和疏散口兩側，可以安排在靠近建筑物外墻的地下一層或第一層。本課題案例中地下室的南側和東側屬于外墻，在南側占滿的前提下，需要將鍋爐房設置在東側，面積相當于4個車位。此外，伴隨著冷卻塔數量逐漸增加，風冷熱泵會關閉，因此對于其他區域的振動噪聲影響會逐漸減弱。該方案在極端氣溫中效率不會衰減，因此可以提供良好的制熱效果保障。在夏季冷卻塔能效較大，制冷效率能達到5.8，而冬季的能耗較高，平時有必要加大維護力度。

方案二中合設辦公區與劇院冷熱源應在屋面設置風冷熱泵，且風冷熱泵占屋面的面積為200m2。在振動噪聲方面，噪音和風冷熱泵功率的提升會對劇院產生較大影響，在冬季系統的制熱效率會伴隨著外界氣溫降低而減少。因此，為了優化制熱效果，需要分析效率衰減和融霜問題，而夏季系統的制冷效率是3，能耗較大;冬季制熱調整COP超過3則可以節能。方案二系統中設備十分集中且種類較少，因此維護工作較簡單。

第三方案中分設辦公區和劇院冷熱源，劇院屋面設置風冷熱泵位置，在辦公區域風冷熱泵使用模塊式渦旋風冷熱泵，并將其布置在室外區域，設置機組高度是1900mm、5MF高度是2100mm、基礎高度是200mm，5MF高度和6F的辦公地板高度相同[3]。劇院的風冷熱泵在屋面中的面積是140m2，辦公風冷熱泵在5FM面積是100m2。不過，模塊類型的渦旋風冷熱泵機組存在66dbA的噪音，模塊類型的風冷熱泵機組的噪音相較于VRF超出5dbA，會對6層、7層的東側辦公區域造成影響。

方案四中分設辦公區域與劇院冷熱源，仍可以在劇院屋面位置設置風冷熱泵，并在辦公區域內采用VRF空調系統，將其安置在5MF的室外區域、10F的避難層。劇院中風冷熱泵占屋面的面積是140m2、辦公區域是60m2，而冬季VRF的制熱能效較低，由于系統設備較集中，種類單一，因此維護工作量較少。

結論：

冷熱源方案在選擇過程中主要結合技術、經濟層面，比較初投資、全年能耗、總造價、費用、運行成本等因素。多種冷熱源方案適用條件具有差異性，因此可以將計算成本費和投資費作為經濟分析的基礎，并在計算過程中準確、全面地了解相關數據和資料，建議分設冷熱源，體現選擇結果的可靠性、科學性。

參考文獻：

[1]王安光.基于實際運行數據的中央空調冷熱源系統運行現狀評估[J].綠色建筑，2019，11（03）：15-19.

[2]張昊.監利市民之家空調冷熱源方案的優化[J].科技創新與生產力，2018，（08）：35-38.

[3]盛良薇，楊寶金，畢建強，等.各類空調系統冷熱源初投資及運行費用調研研究[J].中國設備工程，2018，（05）：39-40.