冷热源设备对暖通空调系统寿命周期成本的影响研究

【摘 要】目前，高级民用建筑中央空调系统的投资约占建筑总投资的 10%以上，其中，空调冷热源部分占空调总投资的 50%-70%；系统能耗约占社会总能耗的10%-30%，中央空调系统的电耗占建筑总电耗的 30%-60%，其中，空调冷源部分占空调总电耗的 60%-80%。不同类型的空调冷热源初投资和能耗差别很大，因此，空调冷热源的选择对降低工程造价、减少建筑能耗，降低运行费用和维护费用起着极其重要的作用。

【关键词】暖通空调；冷热源设备；建筑节能；工程造价；可持续发展；综合效益；寿命周期成本

0 引言

近年来，城市现代化的娱乐、商贸、办公等建筑及高级公寓等大量涌现，加上原有商业建筑、办公建筑及城市民宅空调使用量的增加，城市建筑空调耗能量及其占城市总能耗的比重近几年急速增加，城市能源的供需矛盾进一步加剧。由于空调供暖与空调供冷方式，即空调冷热源形式直接决定了建筑空调系统的能耗特点与耗能量及空调系统对外部环境的影响情况，所以，加强建筑空调供暖、供冷可行方式的研究，全面客观地分析各种类型空调冷热源的特点，合理确定空调冷热源，对于控制空调系统寿命周期成本有着十分重要的意义。

1 水冷型蒸汽压缩式冷水机组与锅炉

夏天采用水冷型蒸汽压缩式冷水机组供冷，冬天采用锅炉（蒸汽锅炉或热水锅炉）供热是目前应用最广泛的空调冷热源组合方式。其基本特点是：

（1）夏季冷水机组消耗电能实现制冷，制冷效率较高，能效比一般在 3.9-5.2之间。

（2）冷源一般集中设置于冷冻机房，运行及维护管理方便。

（3）夏季运行需要冷却水系统，冷却水系统的冷却塔噪音与水质对环境有一定影响。

（4）作为这种组合方式的热源——锅炉，具有供热可靠的优点。

（5）锅炉房的设置受约束因素较多，锅炉运行管理要求也较为严格。

（6）冷冻机房与锅炉房（有时还包括锅炉房烟囱）占据一定的有效建筑面积。水冷型蒸汽压缩式冷水机组根据制冷压缩机的区别，又可分成三种主要类型：活塞压缩式冷水机组，螺杆压缩式冷水机组和离心压缩式冷水机组。三种冷水机组制冷能效比大小排列次序为：离心式（5）>螺杆式（4.5）>活塞式（3.9），单位冷量的价格大小依次为：螺杆式>离心式>活塞式。以单机容量计，制冷量≤583kW，宜选用活塞压缩式，空调制冷量为 582-1163kW宜选用螺杆式，空调制冷量≥1163kW宜选用离心式。

2 风冷热泵型冷热水机组

风冷热泵型冷热水机组的基本特点是：

（1）夏季机组消耗电能以实现制冷，冬季消耗电能并同时吸取室外空气环境中的低位热能转化为空调热源。

（2）风冷热泵夏季运行能效比为 3.4 左右，低于水冷式冷水机组。冬季运行制热量与耗电量之比 2.5-3.5 左右，具有明显的节能意义。

（3）设置于露天屋面，不需要占用有效室内空间。

（4）无冷却水系统，不需专为空调设置的锅炉房，安全、卫生。

（5）单机制冷量比较小，一般为 3RT-200RT，有利于根据不同用户（购房、租房者）设置独立空调系统，便于平时计量收费。

（6）设置于屋面的热泵及循环水泵的噪声与振动对环境及下部房间有一定影响。

（7）冬季运行会由于化霜而间隙工作，另外，当室外温度低于-5℃时，制热量明显下降，温度更低时甚至会影响启动。

（8）热泵单位冷量价格近似为水冷式冷水机组的 1.5-2 倍。

3 水源热泵

（1）水源热泵性能系数高于风冷热泵。

（2）如果没有废热源作为其冬季运行的低位热源，则其冬季运行时不具备节能优势。

（3）水源热泵应用于有废热源或便于采用洁净的江河水场合以及需同时供冷供热的大型建筑时，具有明显的节能意义及优越性。

（4）水源热泵可直接作为每个用户的末端设备，而需要集中维护的冷却水系统与加热系统费用有限，故水源热泵空调系统计量相对简单些。

（5）与其他空调方式末端设备风机盘管、变风量空调器相比，水源热泵机组噪音较大。

4 外燃型溴化锂吸收式冷水机组与锅炉

外燃型溴化锂吸收式冷水机组一般可分为热水型（>80℃ ）和蒸汽型两种类型。它主要利用热能来制冷，耗电量很少。在利用热电厂废热或其他废热、余热来作为热源制冷时，溴化锂吸收制冷具有显著的节能价值。这种冷热源方式主要特点为：

（1）主要利用一次能源实现制冷，耗电量很少，约为电制冷的 2-3%左右。

（2）利用夏天富余的锅炉容量提供建筑夏季空调制冷所需的部分或全部能量，使锅炉等已有设备得到充分利用，可明显减少增设空调所需的投入。

（3）运动部件少，噪声较低，维护简便。

（4）与电制冷相比，能源综合利用效率较低，约为电制冷的 50%-70%左右。所以除非利用废热余热，一般场合，这种方式节电不节能。

（5）溴化锂吸收式冷水机组体积比电制冷机组大，冷却水系统容量也比电制冷大 30%。

5 直燃溴化锂吸收式冷热水机组

与外燃型溴化锂吸收式冷热水机组相比，具有不需要为空调而设置的锅炉房能源利用效率提高 15%等优点。直燃型溴化锂吸收式冷热水机组以油、气为燃料，机房布置要求比其它冷水机组要高。

燃气中央空调是环保性极高的产品，被认为是电力空调的替代产品。并且，为了解决东部地区能源消耗的压力，国家建设的西气东输工程于 2004 年 10 月 1 日全线投产，而俄罗斯与中亚国家丰富的天然气资源在今后也会源源不断地输往国内。这将对改善生态环境具有重要意义。

6 蓄冷空调

蓄冷中央空调系统是在传统中央空调装置中，加装一套蓄冷装置形成蓄放冷循环后的空调系统。

蓄冷中央空调系统与传统中央空调系统相比，最突出的优点是：可全部或部分地转移制冷设备的运行时间，从而能较大幅度地降低电网的高峰负荷、充填低谷负荷、进行移峰填谷，是在终端用户移峰填谷的主要技术手段。它一方面可在供电方提高电网运行的可靠性和经济性，降低了供电成本；另一方面可在需电方使空调用电避开电网负荷高峰时段的高价电力，充分利用负荷低谷时段的廉价电力，节省了电费开支。对于供电资源短缺的电网还可以部分地缓解电力供应的压力，对于负荷增长较快的电网会减少增建电厂和输配电系统的电力投资。对于要求较高的空调用户，采用蓄冷空调相当设置一个备用冷源，一旦临时停电可作为应急冷源，启用蓄冷装置和自备电源投入运行，可以保障主要部位的空调负荷。

蓄冷空调的意义主要在于“削峰填谷”，使电力消费趋于合理，减少增建发电厂所带来的经济负担和环境污染等一系列社会问题。但是，蓄冷空调也存在明显的缺点：一是，它的系统运行效率比传统中央空调要低，主要是增添了蓄冷系统后增加了换热、传热和工质损失，以及冰蓄冷制冷机蒸发温度低导致制冷效率下降；二是，它的占地比传统中央空调要大，主要是增加了蓄冷设备及其管路和附属部件等。

7 区域供冷与区域供热

区域供冷与区域供热是指在一定的区域范围内，设置集中的冷热源，对该区域各建筑的空调系统集中供冷供热。区域供冷与区域供热便于集中管理，有利于能源综合利用，提高能源利用效率，有利于利用垃圾焚烧及充分利用海水、湖水、地下水、工业废水、城市污水、低位热源等节能措施以及环境保护措施的实施。

8 结束语

总之，冷（热）源设备是暖通空调系统的重要组成部分，是主要的能耗设备，也是污染环境的主要噪声源。冷（热）源设计得好与否，直接影响到空调系统的使用效果、工程投资、环境保护和运行管理。

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[责任编辑：王静]

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