多聯(lián)機(jī)與空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)舒適性及經(jīng)濟(jì)性

劉 旭

(中煤科工集團(tuán)重慶設(shè)計(jì)研究院有限公司， 重慶 400042)

1 概述

多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)、空氣源熱泵空調(diào)系統(tǒng)(以下簡(jiǎn)稱熱泵空調(diào)系統(tǒng))是兩種常見的空調(diào)系統(tǒng)，均有占地面積小、無(wú)需冷卻塔、兼顧制冷制熱等優(yōu)點(diǎn)，在中小型公共建筑中應(yīng)用廣泛。據(jù)筆者了解，很多辦公樓、醫(yī)院等中小型公共建筑項(xiàng)目在選取空調(diào)系統(tǒng)類型時(shí)，經(jīng)常在多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)與熱泵空調(diào)系統(tǒng)之間猶豫不決。本文對(duì)兩種空調(diào)系統(tǒng)的區(qū)別、供冷舒適性、系統(tǒng)造價(jià)、運(yùn)行費(fèi)用等方面進(jìn)行分析計(jì)算。

2 區(qū)別與供冷舒適性

2.1 區(qū)別

① 多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)

多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)是指一臺(tái)(組)空氣(水)源制冷或熱泵機(jī)組配置多臺(tái)直接膨脹式末端裝置(室內(nèi)機(jī))，通過改變制冷劑流量適應(yīng)各房間負(fù)荷變化的空調(diào)系統(tǒng)[1]。由于多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)采用直接膨脹式末端裝置，與末端裝置以冷水作為換熱介質(zhì)的空調(diào)系統(tǒng)(如熱泵空調(diào)系統(tǒng))相比，末端裝置的送風(fēng)溫度、含濕量均更低。

② 熱泵空調(diào)系統(tǒng)

熱泵空調(diào)系統(tǒng)通過壓縮式制冷循環(huán)，在機(jī)組側(cè)集中處理冷(熱)水，然后水通過冷(熱)水泵分配到各個(gè)房間，冷(熱)水在末端裝置(風(fēng)機(jī)盤管)中與室內(nèi)空氣進(jìn)行二次換熱。熱泵機(jī)組通常采用模塊化處理，模塊化熱泵機(jī)組由若干個(gè)熱泵機(jī)組單元并聯(lián)組成，不僅組合靈活，而且單臺(tái)熱泵機(jī)組的故障也不會(huì)影響其他熱泵機(jī)組的正常工作。由于熱泵空調(diào)系統(tǒng)末端裝置以水作為換熱介質(zhì)，因此末端裝置送風(fēng)溫度、含濕量比多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)高。

2.2 供冷舒適性

文獻(xiàn)[2]的研究結(jié)果表明，供冷期室內(nèi)人員可接受的室內(nèi)溫度范圍為23.5～29.0 ℃。多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的末端裝置送風(fēng)溫度與熱泵空調(diào)系統(tǒng)末端裝置送風(fēng)溫度最大相差2.8 ℃，多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的室內(nèi)熱舒適性與熱泵空調(diào)系統(tǒng)基本一致。文獻(xiàn)[2]的研究還表明，供冷期室內(nèi)溫度在23.5～29.0 ℃范圍內(nèi)，人體的濕感覺沒有明顯差異。僅當(dāng)室內(nèi)溫度過低、過高時(shí)，空氣相對(duì)濕度的變化對(duì)熱舒適度影響較為明顯。因此，雖然多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)末端裝置的送風(fēng)溫度、含濕量比熱泵空調(diào)系統(tǒng)末端裝置低，但對(duì)人員熱舒適性影響很小。

3 工程概況

重慶某辦公樓總建筑面積為9 350 m2，建筑高度22.8 m，共6層。空調(diào)面積約6 500 m2，設(shè)計(jì)冷負(fù)荷(包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱造成的冷負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷)為1 170 kW，設(shè)計(jì)熱負(fù)荷(包括圍護(hù)結(jié)構(gòu)傳熱造成的熱負(fù)荷、新風(fēng)負(fù)荷)為715 kW。夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度26 ℃，相對(duì)濕度60%。冬季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度20 ℃，相對(duì)濕度45%。供冷期為6月至9月，共120 d。供暖期為12月至次年2月，按90 d考慮。空調(diào)系統(tǒng)每日運(yùn)行8 h。

4 系統(tǒng)造價(jià)

4.1 設(shè)備購(gòu)置費(fèi)與安裝費(fèi)

① 多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)

室外機(jī)選用空氣源熱泵機(jī)組，末端裝置選用空氣-制冷劑換熱式室內(nèi)機(jī)，新風(fēng)機(jī)組選用全新風(fēng)機(jī)組。選用24臺(tái)模塊機(jī)組，總額定制冷量為1 285 kW，總額定制熱量為1 445 kW。末端裝置與新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)機(jī)的總輸入電功率為23.75 kW，在供冷期及供暖期均為定頻運(yùn)行。由于多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)中的制冷劑以壓縮機(jī)作為動(dòng)力循環(huán)，因此無(wú)需設(shè)置制冷劑循環(huán)泵。

多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的室外機(jī)設(shè)置于屋頂，制冷劑管采用去磷無(wú)縫紫銅管，凝結(jié)水管采用鍍鋅鋼管，絕熱材料采用難燃B1級(jí)橡塑發(fā)泡絕熱管殼。風(fēng)管采用鍍鋅鋼板制作，并采用30 mm厚難燃B1級(jí)橡塑發(fā)泡絕熱板材進(jìn)行絕熱。多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備購(gòu)置費(fèi)見表1。設(shè)備安裝費(fèi)為78×104元。

表1 多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備購(gòu)置費(fèi)

② 熱泵空調(diào)系統(tǒng)

末端裝置選用風(fēng)機(jī)盤管，新風(fēng)機(jī)組選用全新風(fēng)機(jī)組，用戶端采用一級(jí)泵壓差旁通變流量系統(tǒng)。選用9臺(tái)空氣源熱泵模塊機(jī)組，總額定制冷量為1 170 kW，總額定制熱量為1 260 kW。配置4臺(tái)冷(熱)水循環(huán)泵，單臺(tái)輸入電功率為5 kW，定流量運(yùn)行(供冷期運(yùn)行3臺(tái)循環(huán)泵，供暖期運(yùn)行2臺(tái)循環(huán)泵，其他備用)。末端裝置與新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)機(jī)的總輸入電功率為32.5 kW，在供冷期及供暖期均為定頻運(yùn)行。

熱泵空調(diào)系統(tǒng)室外機(jī)(熱泵機(jī)組)設(shè)置于屋頂，冷熱水管、凝結(jié)水管均采用鍍鋅鋼管，絕熱材料采用難燃B1級(jí)橡塑發(fā)泡絕熱管殼。風(fēng)管采用鍍鋅鋼板制作，并采用30 mm厚難燃B1級(jí)橡塑發(fā)泡絕熱板材進(jìn)行絕熱。熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備購(gòu)置費(fèi)見表2。設(shè)備安裝費(fèi)為52×104元。

表2 熱泵空調(diào)系統(tǒng)主要設(shè)備購(gòu)置費(fèi)

4.2 土建費(fèi)用

多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)、熱泵空調(diào)系統(tǒng)的室外機(jī)均設(shè)置于建筑屋頂，土建費(fèi)用主要為混凝土基礎(chǔ)費(fèi)用。混凝土基礎(chǔ)價(jià)格為600 元/m3，兩種空調(diào)系統(tǒng)的室外機(jī)混凝土基礎(chǔ)總量均為13 m3，土建費(fèi)用均為0.78×104元。

4.3 系統(tǒng)造價(jià)

由以上數(shù)據(jù)可計(jì)算得到多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)、熱泵空調(diào)系統(tǒng)的造價(jià)分別為343.78×104、225.28×104元。

5 年運(yùn)行費(fèi)用

5.1 年電費(fèi)

多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)、熱泵空調(diào)系統(tǒng)室外機(jī)年耗電量(供冷期、供暖期耗電量之和)E的計(jì)算式為：

(1)

式中E——室外機(jī)供冷期、供暖期總耗電量，kW·h

Φc——設(shè)計(jì)冷負(fù)荷，kW

βc——供冷期的平均負(fù)荷率，本文取0.65

tc——供冷期時(shí)間，h，為960 h

ISEER——室外機(jī)制冷季節(jié)能效比

Φh——設(shè)計(jì)熱負(fù)荷，kW

βh——供暖期的平均負(fù)荷率，本文取0.65

th——供暖期時(shí)間，h，為720 h

IHSPF——室外機(jī)制熱季節(jié)能效比

① 多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)

根據(jù)廠家提供的資料并綜合文獻(xiàn)[3]，重慶地區(qū)多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)室外機(jī)制冷季節(jié)能效比為5.0，制熱季節(jié)能效比為3.0。將已知數(shù)據(jù)代入式(1)可計(jì)算得到，多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)室外機(jī)的年耗電量為25.75×104kW·h/a。由于末端裝置與新風(fēng)機(jī)組的送風(fēng)機(jī)在供冷期及供暖期均為定頻運(yùn)行，因此可計(jì)算得到末端裝置與新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)機(jī)的年耗電量為3.99×104kW·h/a。由以上數(shù)據(jù)，可計(jì)算得到多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)年耗電量為29.74×104kW·h/a。

② 熱泵空調(diào)系統(tǒng)

根據(jù)廠家提供的資料，重慶地區(qū)空氣源熱泵機(jī)組制冷季節(jié)能效比為3.6，制熱季節(jié)能效比為2.8。將已知數(shù)據(jù)代入式(1)可計(jì)算得到，熱泵空調(diào)系統(tǒng)室外機(jī)年耗電量為32.23×104kW·h/a。根據(jù)末端裝置與新風(fēng)機(jī)組送風(fēng)機(jī)的總輸入電功率可計(jì)算得到，二者的年耗電量為5.46×104kW·h/a。由于冷熱水循環(huán)泵為定流量運(yùn)行，因此可計(jì)算得到冷(熱)水循環(huán)泵的年耗電量為2.16×104kW·h/a。由以上數(shù)據(jù)，可計(jì)算得到熱泵空調(diào)系統(tǒng)年耗電量為39.85×104kW·h/a。

③ 年電費(fèi)

重慶地區(qū)工商業(yè)電價(jià)取0.66 元/(kW·h)，根據(jù)兩種空調(diào)系統(tǒng)的耗電量可計(jì)算得到多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)、熱泵空調(diào)系統(tǒng)的年電費(fèi)分別為19.63×104、26.30×104元/a。

5.2 年維護(hù)費(fèi)

多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的年維護(hù)費(fèi)用較少，本文按設(shè)備購(gòu)置費(fèi)的0.3%考慮[4]，則多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的年維護(hù)費(fèi)為0.8×104元/a。熱泵空調(diào)系統(tǒng)年維護(hù)費(fèi)按設(shè)備購(gòu)置費(fèi)的1.5%考慮，冷(熱)水管年清洗費(fèi)按設(shè)備購(gòu)置費(fèi)的2.0%考慮，兩項(xiàng)合計(jì)6.04×104元/a。

5.3 人員工資

由于多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)穩(wěn)定性高，管理難度較小，由一人專職管理即可，工資按3 000 元/(人·月)考慮，每年的人員工資為3.6×104元/a。

與多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)相比，熱泵空調(diào)系統(tǒng)復(fù)雜，管理難度較大，需要安排2人專職管理，工資仍按3 000 元/(月·人)考慮，每年人員工資為7.2×104元/a。

6 經(jīng)濟(jì)性分析

兩種空調(diào)系統(tǒng)的系統(tǒng)造價(jià)及年運(yùn)行費(fèi)用見表3。由表3數(shù)據(jù)可知，與熱泵空調(diào)系統(tǒng)相比，多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的造價(jià)高118.5×104元，年運(yùn)行費(fèi)用低15.51×104元/a。可計(jì)算得到，多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的差額靜態(tài)投資回收期為7.64 a。

表3 兩種空調(diào)系統(tǒng)的系統(tǒng)造價(jià)及年運(yùn)行費(fèi)用

7 結(jié)語(yǔ)

由于多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)采用直接膨脹式末端裝置，與末端裝置以冷水作為換熱介質(zhì)的熱泵空調(diào)系統(tǒng)相比，末端裝置的送風(fēng)溫度、含濕量均更低，但對(duì)人員熱舒適性影響很小。對(duì)于工程實(shí)例，多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的造價(jià)為343.78×104元，年運(yùn)行費(fèi)用為24.03×104元/a。熱泵空調(diào)系統(tǒng)的造價(jià)為225.28×104元，年運(yùn)行費(fèi)用為39.54×104元/a。與熱泵空調(diào)系統(tǒng)相比，多聯(lián)機(jī)空調(diào)系統(tǒng)的差額靜態(tài)投資回收期為7.64 a。