烏魯木齊四種冷源空調系統的運行費用比較(一）

作者：CEO 時間：2022-09-16

信息摘要：摘要：本文以烏魯木齊的一項商業建筑物為工程實例，在確定室外氣侯條件、室內設計標準、冷熱負荷與濕負荷特點等情況下，結合當地的能源（如煤、電、氣等）和水價格，除對常規典型的電制冷空調系統—方案1、直燃型溴化鋰制冷空調系統—方案2的全部耗電量、耗氣量、耗水量進行冬、夏季全年設計計算分析外，還

　　摘要：本文以烏魯木齊的一項商業建筑物為工程實例，在確定室外氣侯條件、室內設計標準、冷熱負荷與濕負荷特點等情況下，結合當地的能源（如煤、電、氣等）和水價格，除對常規典型的電制冷空調系統—方案1、直燃型溴化鋰制冷空調系統—方案2的全部耗電量、耗氣量、耗水量進行冬、夏季全年設計計算分析外，還對地熱水源熱泵空調系統—方案3、蒸發冷卻天然冷源空調系統—方案4進行了計算分析，從而客觀地給出在烏魯木齊各種空調系統在設計工況下的運行費用。

　　關鍵詞：電制冷溴化鋰制冷直燃機蒸發冷卻空調水源熱泵

　　烏魯木齊地區室外氣候特點是：1、夏季空調系統運行時間不長（最熱月平均溫度23.5℃）、冷負荷相對不是很大，室外空氣干燥（最熱月14時平均室外相對濕度31%），每天晝夜溫差較大，沒有新風冷負荷(室外計算濕球溫度TWS=18.5℃)；2、冬季屬嚴寒地區，空調系統運行時間長（設計計算用采暖期天數177天），熱負荷較大,尤其是新風負荷較大（冬季空調室外計算溫度-27℃）。因此，烏魯木齊地區的空調系統設計選用就應特別關注冬季經濟使用情況。由于各地氣侯特點、能源特性及其價格、空調制冷系統自身特性的不同等，不同冷源空調系統在不同地方使用，它們的運行費用是不一樣。相對于某地一個確切的工程，可以有多種系統選擇，但是只有經過具體計算、比較、分析才能為此工程選出最恰當的系統。這是許多用戶最為關心的，是一個工程好壞的關健。

　　1、設計條件與依據

　　1．1、烏魯木齊某商業建筑物：面積.0m2，商場內共有人員4500.0人（0.45人/m2）。

　　1．2、烏魯木齊夏室外空調空氣參數：（1）、夏季：干球溫度34.1℃，濕球溫度18.5℃，

　　含濕量：8.4g/kg，室外空氣焓值56kj/kg.；

　　（2）、冬季：干球溫度-27℃,相對濕度80%，

　　室外空氣焓值-26.6kj/kg。

　　1．3、室內空氣狀態參數：（1）、夏季：tn=25℃,ф=55%,in=56.6kj/kg；

　　（2）、冬季：tn=22℃,ф=40%,in=40.8kj/kg。

　　1．4、夏季：冷負荷指標120w/m2，冷負荷1200kw，含濕量：0.3g/kg，

　　濕負荷：736kg/h，熱濕比：ε=5870.0kj/kg；

　　冬季：圍護結構熱負荷指標80w/m2，圍護結構熱負荷：800kw

　　（不包括新風負荷），濕負荷：600.0kg/h，

　　熱濕比：ε=-4800.0kj/kg。

　　1．5、熱媒供回水溫度：夏季：7~12℃，冬季：60~50℃。

　　1．6、夏季空調系統為全新風全空氣系統，冬季時，空調系統為全空氣系統，

　　其中新風量占總風量15%，*0.15=（m3/h）,對應新風負荷748.9kw

　　(二級蒸發冷卻空調系統的新風量也一樣)。

　　1．7、天然氣低位發熱量8600kcal/m3，烏市天然氣價：1.34元/m3。

　　1．8、烏市用水價格：商業用水2.33元/立方米；辦公、民用、工業用水1.53元/立方米。

　　1.9、烏市商業電價:：高峰：0.801元/度，平段：0.535元/度，低谷：0.272元/度；商業營業時間按：

　　10.00~22.00,12個小時計算；目前，商業使用實際電價應為：0.560元/度；

　　辦公電價:：高峰：0.536元/度，平段：0.362元/度，低谷：0.189元/度；

　　目前，辦公用實際電價應為：0.420元/度。

　　1．10、烏市城市采暖費:：22.00元/m2。

　　1．11、系統補水泵影響較小，其能耗忽略不計；系統漏水量按循環水量的0.5%計。

　　12、地源熱泵制冷系統水井井深50米。

　　2、夏季設計工況

　　由于，夏季室內外空氣的焓值基本相等,采用100%的室外新風在不增加能耗的情況下，有利于室內空氣品質改善。在I——d圖上（略），空氣處理過程是：等濕降溫——絕熱加濕。通過計算，對于機械制冷空調系統：送風狀態是：溫度to=14.5℃，焓值io=38.3kj/kg，含濕量do=9.3g/kg，總送風量為：L=m3/h，直接加濕量：508.3kg/h，可選擇6臺m3/h的空調機組負責送風；冷水機組選擇2臺，每臺制冷量：600kw。對于二級蒸發冷卻空調系統：間冷效率（IEC）按65%計，送風狀態達到：to=16.9℃，io=45.5kj/kg（由于室內濕度大，直冷效率（DEC）80%既可），含濕量：do=10.1g/kg，相應的總送風量為：L=m3/h，直接加濕量：720.0kg/h，選擇6臺m3/h空調機組負責送風。

　　夏季各制冷空調系統耗能、耗氣、耗水計算結果表一

　　耗能、耗水

　　系統

　　耗電量

　　（kw）

　　耗氣量

　　（m3/h）

　　耗水量

　　（kg/h）

　　電制冷空調系統

　　冷水機組

　　118*2

　　空調機組

　　22*6

　　760

　　水泵、冷卻塔

　　5．5*2+15*2+15*2

　　1150+2200

　　小計

　　439

　　4112

　　直燃式制冷空調系統

　　直燃式冷水機組

　　4*2

　　45.3*2

　　空調機組

　　22*6

　　760

　　水泵、冷卻塔

　　15*2+15*2+5.5*2

　　1380+2200

　　小計

　　211

　　90.6

　　3656

　　地源熱泵制冷空調系統

　　地源熱泵制冷機組

　　143*2

　　空調機組

　　22*6

　　760

　　冷水泵、冷卻水

　　提升泵

　　24*2+11*2

　　800+900

　　小計

　　488

　　2460

　　二級蒸發冷卻空調系統

　　送風機

　　30*6

　　二次風風機

　　5.5*6

　　循環水泵

　　(1.1+1.5)*6

　　1080+2400

　　小計

　　228.6

　　3480

　　夏季設計計算結果一覽表表二

　　結果

　　系統

　　總耗電量(元/h)

　　天然氣

　　總耗量

　　(元/h)

　　總耗水量

　　(元/h)

　　總耗電、

　　氣、水耗費用(元/h)

　　四種系統

　　之間關系

　　方案

　　電制冷空調

　　系統

　　245.8

　　9.6

　　255.4

　　1．0

　　方案2

　　直燃式制冷空調系統

　　118.2

　　121.4

　　8.5

　　248.1

　　0.97

　　方案3

　　地源熱泵制冷空調

　　系統

　　273.3

　　5.7

　　279.0

　　1.10

　　方案4

　　二級蒸發冷卻空調

　　系統

　　128.0

　　8.1

　　136.1

　　0.53

　　3、夏季設計工況下結論

　　3．1、通過對表中數據分析,電制冷空調系統電耗占總成本98%，水耗只占2%。而在電耗中：冷水機組電耗占53.8%,水系統設備電耗占16.2%，空氣處理機組電耗占30%。

　　3．2、對直燃式制冷空調系統：按當前各種能源價格，系統電耗占總成本52.6%,天然氣占總成本45.3%,水耗只占2.1%。而在電耗中：直燃式冷水機組電耗占3.9%,水系統設備電耗占33.6%，空氣處理機組電耗占62.5%。

　　3．3、地源熱泵制冷空調系統：通過對表中數據分析，系統電耗占總成本98.3%，水耗只占1.7%。而在電耗中：冷水機組電耗占58.6%,水系統設備電耗占14.3%，空氣處理機組電耗占27.0%。雖然,熱泵機組耗電占系統較大比重；但地下水位不能太深（H≤60米），否則會對系統電耗影響較大，因為N=kQH，如：某工程井深280米，比設計井深大5倍，則對應深井泵的總能耗將增加約200kw，水系統設備電耗占總系統電耗也大幅增加24%，。此外，考慮深水井的造價較高（一般650元/米左右），工程上往往只打一口取水井，這樣冷卻水提升泵只設一臺，熱泵機組也應設一臺，不然如設二臺熱泵機組，部分負荷時，運行一臺熱泵機組工作,匹配的冷卻水提升泵能耗會過大。

　　3．4、二級蒸發冷卻空調系統：是幾種空調系統中運行費用最經濟的一種，這是其利用天然冷源的機理決定的。主要運行成本也是電耗，占96.4%。

　　3．5、在電制冷與直燃式機械制冷空調方式對比中，電價和氣價不同決定了二種制冷空調方式運行費用的高低。經推導可得出電價氣價關系為：X=2.9Y，比如：當氣價為：X=1.34元/m3時，電價為：Y=1.34/2.9=0.46元/度，二種制冷空調方式的運行費用相當，如電價高于0.46元/度，則電制冷空調的運行費用就會高于直燃式機械制冷空調。