乌鲁木齐四种冷源空调系统的运行费用比较(一）

　　摘要：本文以乌鲁木齐的一项商业建筑物为工程实例，在确定室外气侯条件、室内设计标准、冷热负荷与湿负荷特点等情况下，结合当地的能源（如煤、电、气等）和水价格，除对常规典型的电制冷空调系统—方案1、直燃型溴化锂制冷空调系统—方案2的全部耗电量、耗气量、耗水量进行冬、夏季全年设计计算分析外，还对地热水源热泵空调系统—方案3、蒸发冷却天然冷源空调系统—方案4进行了计算分析，从而客观地给出在乌鲁木齐各种空调系统在设计工况下的运行费用。

　　关键词：电制冷溴化锂制冷直燃机蒸发冷却空调水源热泵

　　乌鲁木齐地区室外气候特点是：1、夏季空调系统运行时间不长（最热月平均温度23.5℃）、冷负荷相对不是很大，室外空气干燥（最热月14时平均室外相对湿度31%），每天昼夜温差较大，没有新风冷负荷(室外计算湿球温度TWS=18.5℃)；2、冬季属严寒地区，空调系统运行时间长（设计计算用采暖期天数177天），热负荷较大,尤其是新风负荷较大（冬季空调室外计算温度-27℃）。因此，乌鲁木齐地区的空调系统设计选用就应特别关注冬季经济使用情况。由于各地气侯特点、能源特性及其价格、空调制冷系统自身特性的不同等，不同冷源空调系统在不同地方使用，它们的运行费用是不一样。相对于某地一个确切的工程，可以有多种系统选择，但是只有经过具体计算、比较、分析才能为此工程选出最恰当的系统。这是许多用户最为关心的，是一个工程好坏的关健。

　　1、设计条件与依据

　　1．1、乌鲁木齐某商业建筑物：面积.0m2，商场内共有人员4500.0人（0.45人/m2）。

　　1．2、乌鲁木齐夏室外空调空气参数：（1）、夏季：干球温度34.1℃，湿球温度18.5℃，

　　含湿量：8.4g/kg，室外空气焓值56kj/kg.；

　　（2）、冬季：干球温度-27℃,相对湿度80%，

　　室外空气焓值-26.6kj/kg。

　　1．3、室内空气状态参数：（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：冷负荷指标120w/m2，冷负荷1200kw，含湿量：0.3g/kg，

　　湿负荷：736kg/h，热湿比：ε=5870.0kj/kg；

　　冬季：围护结构热负荷指标80w/m2，围护结构热负荷：800kw

　　（不包括新风负荷），湿负荷：600.0kg/h，

　　热湿比：ε=-4800.0kj/kg。

　　1．5、热媒供回水温度：夏季：7~12℃，冬季：60~50℃。

　　1．6、夏季空调系统为全新风全空气系统，冬季时，空调系统为全空气系统，

　　其中新风量占总风量15%，*0.15=（m3/h）,对应新风负荷748.9kw

　　(二级蒸发冷却空调系统的新风量也一样)。

　　1．7、天然气低位发热量8600kcal/m3，乌市天然气价：1.34元/m3。

　　1．8、乌市用水价格：商业用水2.33元/立方米；办公、民用、工业用水1.53元/立方米。

　　1.9、乌市商业电价:：高峰：0.801元/度，平段：0.535元/度，低谷：0.272元/度；商业营业时间按：

　　10.00~22.00,12个小时计算；目前，商业使用实际电价应为：0.560元/度；

　　办公电价:：高峰：0.536元/度，平段：0.362元/度，低谷：0.189元/度；

　　目前，办公用实际电价应为：0.420元/度。

　　1．10、乌市城市采暖费:：22.00元/m2。

　　1．11、系统补水泵影响较小，其能耗忽略不计；系统漏水量按循环水量的0.5%计。

　　12、地源热泵制冷系统水井井深50米。

　　2、夏季设计工况

　　由于，夏季室内外空气的焓值基本相等,采用100%的室外新风在不增加能耗的情况下，有利于室内空气品质改善。在I——d图上（略），空气处理过程是：等湿降温——绝热加湿。通过计算，对于机械制冷空调系统：送风状态是：温度to=14.5℃，焓值io=38.3kj/kg，含湿量do=9.3g/kg，总送风量为：L=m3/h，直接加湿量：508.3kg/h，可选择6台m3/h的空调机组负责送风；冷水机组选择2台，每台制冷量：600kw。对于二级蒸发冷却空调系统：间冷效率（IEC）按65%计，送风状态达到：to=16.9℃，io=45.5kj/kg（由于室内湿度大，直冷效率（DEC）80%既可），含湿量：do=10.1g/kg，相应的总送风量为：L=m3/h，直接加湿量：720.0kg/h，选择6台m3/h空调机组负责送风。

　　夏季各制冷空调系统耗能、耗气、耗水计算结果表一

　　耗能、耗水

　　系统

　　耗电量

　　（kw）

　　耗气量

　　（m3/h）

　　耗水量

　　（kg/h）

　　电制冷空调系统

　　冷水机组

　　118*2

　　空调机组

　　22*6

　　760

　　水泵、冷却塔

　　5．5*2+15*2+15*2

　　1150+2200

　　小计

　　439

　　0

　　4112

　　直燃式制冷空调系统

　　直燃式冷水机组

　　4*2

　　45.3*2

　　空调机组

　　22*6

　　760

　　水泵、冷却塔

　　15*2+15*2+5.5*2

　　1380+2200

　　小计

　　211

　　90.6

　　3656

　　地源热泵制冷空调系统

　　地源热泵制冷机组

　　143*2

　　空调机组

　　22*6

　　760

　　冷水泵、冷却水

　　提升泵

　　24*2+11*2

　　800+900

　　小计

　　488

　　0

　　2460

　　二级蒸发冷却空调系统

　　送风机

　　30*6

　　二次风风机

　　5.5*6

　　循环水泵

　　(1.1+1.5)*6

　　1080+2400

　　小计

　　228.6

　　0

　　3480

　　夏季设计计算结果一览表表二

　　结果

　　系统

　　总耗电量(元/h)

　　天然气

　　总耗量

　　(元/h)

　　总耗水量

　　(元/h)

　　总耗电、

　　气、水耗费用(元/h)

　　四种系统

　　之间关系

　　方案

　　1

　　电制冷空调

　　系统

　　245.8

　　0

　　9.6

　　255.4

　　1．0

　　方案2

　　直燃式制冷空调系统

　　118.2

　　121.4

　　8.5

　　248.1

　　0.97

　　方案3

　　地源热泵制冷空调

　　系统

　　273.3

　　0

　　5.7

　　279.0

　　1.10

　　方案4

　　二级蒸发冷却空调

　　系统

　　128.0

　　0

　　8.1

　　136.1

　　0.53

　　3、夏季设计工况下结论

　　3．1、通过对表中数据分析,电制冷空调系统电耗占总成本98%，水耗只占2%。而在电耗中：冷水机组电耗占53.8%,水系统设备电耗占16.2%，空气处理机组电耗占30%。

　　3．2、对直燃式制冷空调系统：按当前各种能源价格，系统电耗占总成本52.6%,天然气占总成本45.3%,水耗只占2.1%。而在电耗中：直燃式冷水机组电耗占3.9%,水系统设备电耗占33.6%，空气处理机组电耗占62.5%。

　　3．3、地源热泵制冷空调系统：通过对表中数据分析，系统电耗占总成本98.3%，水耗只占1.7%。而在电耗中：冷水机组电耗占58.6%,水系统设备电耗占14.3%，空气处理机组电耗占27.0%。虽然,热泵机组耗电占系统较大比重；但地下水位不能太深（H≤60米），否则会对系统电耗影响较大，因为N=kQH，如：某工程井深280米，比设计井深大5倍，则对应深井泵的总能耗将增加约200kw，水系统设备电耗占总系统电耗也大幅增加24%，。此外，考虑深水井的造价较高（一般650元/米左右），工程上往往只打一口取水井，这样冷却水提升泵只设一台，热泵机组也应设一台，不然如设二台热泵机组，部分负荷时，运行一台热泵机组工作,匹配的冷却水提升泵能耗会过大。

　　3．4、二级蒸发冷却空调系统：是几种空调系统中运行费用最经济的一种，这是其利用天然冷源的机理决定的。主要运行成本也是电耗，占96.4%。

　　3．5、在电制冷与直燃式机械制冷空调方式对比中，电价和气价不同决定了二种制冷空调方式运行费用的高低。经推导可得出电价气价关系为：X=2.9Y，比如：当气价为：X=1.34元/m3时，电价为：Y=1.34/2.9=0.46元/度，二种制冷空调方式的运行费用相当，如电价高于0.46元/度，则电制冷空调的运行费用就会高于直燃式机械制冷空调。