冷源空調(diào)運(yùn)行費用管理論文

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摘要：本文以烏魯木齊的一項商業(yè)建筑物為工程實例，在確定室外氣侯條件、室內(nèi)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)、冷熱負(fù)荷與濕負(fù)荷特點等情況下，結(jié)合當(dāng)?shù)氐哪茉矗ㄈ缑骸㈦姟獾龋┖退畠r格，除對常規(guī)典型的電制冷空調(diào)系統(tǒng)—方案1、直燃型溴化鋰制冷空調(diào)系統(tǒng)—方案2的全部耗電量、耗氣量、耗水量進(jìn)行冬、夏季全年設(shè)計計算分析外，還對地?zé)崴礋岜每照{(diào)系統(tǒng)—方案3、蒸發(fā)冷卻天然冷源空調(diào)系統(tǒng)—方案4進(jìn)行了計算分析，從而客觀地給出在烏魯木齊各種空調(diào)系統(tǒng)在設(shè)計工況下的運(yùn)行費用。

關(guān)鍵詞：電制冷溴化鋰制冷直燃機(jī)蒸發(fā)冷卻空調(diào)水源熱泵

烏魯木齊地區(qū)室外氣候特點是：1、夏季空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時間不長（最熱月平均溫度23.5℃）、冷負(fù)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(fēng)冷負(fù)荷(室外計算濕球溫度TWS=18.5℃)；2、冬季屬嚴(yán)寒地區(qū)，空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時間長（設(shè)計計算用采暖期天數(shù)177天），熱負(fù)荷較大,尤其是新風(fēng)負(fù)荷較大（冬季空調(diào)室外計算溫度-27℃）。因此，烏魯木齊地區(qū)的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計選用就應(yīng)特別關(guān)注冬季經(jīng)濟(jì)使用情況。由于各地氣侯特點、能源特性及其價格、空調(diào)制冷系統(tǒng)自身特性的不同等，不同冷源空調(diào)系統(tǒng)在不同地方使用，它們的運(yùn)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(tǒng)選擇，但是只有經(jīng)過具體計算、比較、分析才能為此工程選出最恰當(dāng)?shù)南到y(tǒng)。這是許多用戶最為關(guān)心的，是一個工程好壞的關(guān)健。

1、設(shè)計條件與依據(jù)

1．1、烏魯木齊某商業(yè)建筑物：面積10000.0m2，商場內(nèi)共有人員4500.0人（0.45人/m2）。

1．2、烏魯木齊夏室外空調(diào)空氣參數(shù)：（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(nèi)空氣狀態(tài)參數(shù)：（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(fù)荷指標(biāo)120w/m2，冷負(fù)荷1200kw，含濕量：0.3g/kg，

濕負(fù)荷：736kg/h，熱濕比：ε=5870.0kj/kg；

冬季：圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷指標(biāo)80w/m2，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷：800kw

（不包括新風(fēng)負(fù)荷），濕負(fù)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(diào)系統(tǒng)為全新風(fēng)全空氣系統(tǒng)，冬季時，空調(diào)系統(tǒng)為全空氣系統(tǒng)，

其中新風(fēng)量占總風(fēng)量15%，305000*0.15=45750（m3/h）,對應(yīng)新風(fēng)負(fù)荷748.9kw

(二級蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)的新風(fēng)量也一樣)。

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

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

1.9、烏市商業(yè)電價:：高峰：0.801元/度，平段：0.535元/度，低谷：0.272元/度；商業(yè)營業(yè)時間按：

10.00~22.00,12個小時計算；目前，商業(yè)使用實際電價應(yīng)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(yīng)為：0.420元/度。

1．10、烏市城市采暖費:：22.00元/m2。

1．11、系統(tǒng)補(bǔ)水泵影響較小，其能耗忽略不計；系統(tǒng)漏水量按循環(huán)水量的0.5%計。

12、地源熱泵制冷系統(tǒng)水井井深50米。

2、夏季設(shè)計工況

由于，夏季室內(nèi)外空氣的焓值基本相等,采用100%的室外新風(fēng)在不增加能耗的情況下，有利于室內(nèi)空氣品質(zhì)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(jī)械制冷空調(diào)系統(tǒng)：送風(fēng)狀態(tài)是：溫度to=14.5℃，焓值io=38.3kj/kg，含濕量do=9.3g/kg，總送風(fēng)量為：L=300000m3/h，直接加濕量：508.3kg/h，可選擇6臺50000m3/h的空調(diào)機(jī)組負(fù)責(zé)送風(fēng)；冷水機(jī)組選擇2臺，每臺制冷量：600kw。對于二級蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)：間冷效率（IEC）按65%計，送風(fēng)狀態(tài)達(dá)到：to=16.9℃，io=45.5kj/kg（由于室內(nèi)濕度大，直冷效率（DEC）80%既可），含濕量：do=10.1g/kg，相應(yīng)的總送風(fēng)量為：L=464000m3/h，直接加濕量：720.0kg/h，選擇6臺80000m3/h空調(diào)機(jī)組負(fù)責(zé)送風(fēng)。

夏季各制冷空調(diào)系統(tǒng)耗能、耗氣、耗水計算結(jié)果表一

耗能、耗水

系統(tǒng)

耗電量

（kw）

耗氣量

（m3/h）

耗水量

（kg/h）

電制冷空調(diào)系統(tǒng)

冷水機(jī)組

118*2

空調(diào)機(jī)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(diào)系統(tǒng)

直燃式冷水機(jī)組

4*2

45.3*2

空調(diào)機(jī)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(diào)系統(tǒng)

地源熱泵制冷機(jī)組

143*2

空調(diào)機(jī)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(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)

送風(fēng)機(jī)

30*6

二次風(fēng)風(fēng)機(jī)

5.5*6

循環(huán)水泵

(1.1+1.5)*6

1080+2400

小計

228.6

3480

夏季設(shè)計計算結(jié)果一覽表表二

結(jié)果

系統(tǒng)

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(tǒng)

之間關(guān)系

方案

1

電制冷空調(diào)

系統(tǒng)

245.8

9.6

255.4

1．0

方案2

直燃式制冷空調(diào)系統(tǒng)

118.2

121.4

8.5

248.1

0.97

方案3

地源熱泵制冷空調(diào)

系統(tǒng)

273.3

5.7

279.0

1.10

方案4

二級蒸發(fā)冷卻空調(diào)

系統(tǒng)

128.0

8.1

136.1

0.53

3、夏季設(shè)計工況下結(jié)論

3．1、通過對表中數(shù)據(jù)分析,電制冷空調(diào)系統(tǒng)電耗占總成本98%，水耗只占2%。而在電耗中：冷水機(jī)組電耗占53.8%,水系統(tǒng)設(shè)備電耗占16.2%，空氣處理機(jī)組電耗占30%。

3．2、對直燃式制冷空調(diào)系統(tǒng)：按當(dāng)前各種能源價格，系統(tǒng)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(jī)組電耗占3.9%,水系統(tǒng)設(shè)備電耗占33.6%，空氣處理機(jī)組電耗占62.5%。

3．3、地源熱泵制冷空調(diào)系統(tǒng)：通過對表中數(shù)據(jù)分析，系統(tǒng)電耗占總成本98.3%，水耗只占1.7%。而在電耗中：冷水機(jī)組電耗占58.6%,水系統(tǒng)設(shè)備電耗占14.3%，空氣處理機(jī)組電耗占27.0%。雖然,熱泵機(jī)組耗電占系統(tǒng)較大比重；但地下水位不能太深（H≤60米），否則會對系統(tǒng)電耗影響較大，因為N=kQH，如：某工程井深280米，比設(shè)計井深大5倍，則對應(yīng)深井泵的總能耗將增加約200kw，水系統(tǒng)設(shè)備電耗占總系統(tǒng)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(shè)一臺，熱泵機(jī)組也應(yīng)設(shè)一臺，不然如設(shè)二臺熱泵機(jī)組，部分負(fù)荷時，運(yùn)行一臺熱泵機(jī)組工作,匹配的冷卻水提升泵能耗會過大。

3．4、二級蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)：是幾種空調(diào)系統(tǒng)中運(yùn)行費用最經(jīng)濟(jì)的一種，這是其利用天然冷源的機(jī)理決定的。主要運(yùn)行成本也是電耗，占96.4%。

3．5、在電制冷與直燃式機(jī)械制冷空調(diào)方式對比中，電價和氣價不同決定了二種制冷空調(diào)方式運(yùn)行費用的高低。經(jīng)推導(dǎo)可得出電價氣價關(guān)系為：X=2.9Y，比如：當(dāng)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(diào)方式的運(yùn)行費用相當(dāng)，如電價高于0.46元/度，則電制冷空調(diào)的運(yùn)行費用就會高于直燃式機(jī)械制冷空調(diào)。

4、冬季運(yùn)行費用

依據(jù)上述設(shè)計條件,空調(diào)系統(tǒng)冬、夏季送風(fēng)量相同，L=305000m3/h，仍由6臺50800m3/h的空調(diào)機(jī)組負(fù)責(zé)送風(fēng)；冬季新風(fēng)量占總風(fēng)量15%，新風(fēng)量45750（m3/h）,新風(fēng)負(fù)荷748.9kw，圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱負(fù)荷：800kw，總空調(diào)熱負(fù)荷1548.9kw濕負(fù)荷：600.0kg/h，熱濕比：

ε=-4800.0kj/kg。在I——d圖上（略），空氣處理過程是：新風(fēng)予熱——新風(fēng)與室內(nèi)回風(fēng)混合——再熱。送風(fēng)狀態(tài)是：溫度to=34.7℃，焓值io=51.7kj/kg，含濕量do=6.5g/kg。對于二級蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)：其送風(fēng)量為：L=432000m3/h，由6臺72000m3/h空調(diào)機(jī)組負(fù)責(zé)送風(fēng),經(jīng)計算：送風(fēng)狀態(tài)為：送風(fēng)溫度to=31.3℃，焓io=49.3kj/kg,含濕量do=7.1g/kg。熱水循環(huán)流量：133.2m3/h。

冬季各制冷空調(diào)系統(tǒng)耗能、耗水計算結(jié)果表三

系統(tǒng)

供熱

方式

耗能、耗水設(shè)備

耗電量

（kw）

耗氣量

（m3/h）

耗水量

（kg/h）

備注

電制冷空調(diào)系統(tǒng)

城市集中供熱

換熱器、二次水

水處理、水泵

500

一次水未能耗考慮

空調(diào)機(jī)組

22*6+0.55*6

160

小計

135.3

660.0

燃?xì)鉅t自供熱

燃?xì)鉅t

1.5*2

88*2

水處理、循環(huán)水泵

7.5*2+2.2*0.3

+1.5*0.2

500

空調(diào)機(jī)組

22*6+0.55*6

160

小計

154.3

176

660.0

直燃式空調(diào)系統(tǒng)

高發(fā)加大直燃機(jī)組供熱

直燃式冷水機(jī)組

4.0*2

93*2

空調(diào)機(jī)組

22*6+0.55*6

160

水處理、循環(huán)水泵

7.5*2+2.2*0.3

+1.5*0.2

500

小計

159.3

186

660.0

地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)

地源熱泵機(jī)組供熱

地源熱泵制冷機(jī)組

220*2

空調(diào)機(jī)組

22*6+0.55*6

160

冷水泵、冷卻水

提升泵

24*2+7.5*2

900

小計

638.3

1060.0

二級蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)

城市集中供熱

送風(fēng)機(jī)

15.0*2*6

循環(huán)水泵

0.75*6

200

直接加濕

換熱器、二次水水處理、水泵

500

小計

184.5

700.0

燃?xì)鉅t自供熱

燃?xì)鉅t

1.5*2

88*2

水處理、循環(huán)水泵

7.5*2+2.2*0.3

+1.5*0.2

600

空調(diào)機(jī)組

15*2*6+0.75*6

200

小計

238.5

176.0

800.0

冬季各系統(tǒng)一小時運(yùn)行費用的結(jié)果表四

參數(shù)

系統(tǒng)

供熱

方式

總耗

電量

(元/h)

天然氣

總耗量(元/h)

總耗水量

(元/h)

總耗電、氣、水耗用

(元/h)

四種系統(tǒng)

之間關(guān)系

電制冷空調(diào)系統(tǒng)

集中

供熱

75.8

1.53

77.9+1.53+101.9=179.2

1．0

燃?xì)?/p>

供熱

86.4

235.8

1.53

323.7

1.81

直燃式制冷空調(diào)系統(tǒng)

高發(fā)加大直燃機(jī)組

供熱

89.4

249.2

1.53

340.1

1.90

地源熱泵制冷空調(diào)系統(tǒng)

地源熱泵機(jī)組供熱

357.4

2.47

360.0

2.01

二級蒸發(fā)冷卻空調(diào)系統(tǒng)

集中

供熱

103.3

1.63

103.3+1.63+101.9=206.8

1.15

燃?xì)?/p>

供熱

133.6

235.8

1.86

371.2

2.07

注：集中供熱按城市采暖費22.0元/m2標(biāo)準(zhǔn)計算（空調(diào)用熱與采暖用熱價格暫定一樣）,這包括了鍋爐房一、二次水泵耗能，燃煤、人工、維修等總費用；一個采暖期180天(每天12小時)，折合到本建筑每小時費用101.9元/h。

5、冬季設(shè)計工況下的結(jié)果

5．1、冬季各系統(tǒng)運(yùn)行時費用相差較大，這對采暖期長，能耗大的寒冷地區(qū)特別重要;從表四可以得出：冬季在烏魯木齊除采用城市集中供熱外（不考慮熱貼），其它任何空調(diào)系統(tǒng)在采用以天燃?xì)鉃橹饕獰嵩垂峄虻卦礋岜脵C(jī)組方式供熱都很不經(jīng)濟(jì)，所以應(yīng)避免采用。

5．2、冬季新風(fēng)量雖然占總送風(fēng)量不大，但空調(diào)機(jī)組在對其加熱、加濕過程中能耗確很大，在采用集中供熱的空調(diào)系統(tǒng)中，新風(fēng)負(fù)荷約占總負(fù)荷50%，其運(yùn)行費用也占總費用50%左右，所以設(shè)計時對冬季新風(fēng)是否采用、采用多少應(yīng)特別注意。如：在直燃式空調(diào)和地源熱泵空調(diào)系統(tǒng)的有些設(shè)計中，設(shè)計人為了滿足全年負(fù)荷要求，就以冬季這二種機(jī)組的額定出力選擇設(shè)備，其結(jié)果必然是出投資增大，冬季系統(tǒng)運(yùn)行費用高，夏季系統(tǒng)長年在部分負(fù)荷情況下運(yùn)行，對即機(jī)組不利，運(yùn)行也不經(jīng)濟(jì)，是應(yīng)禁止選擇的設(shè)計方案。

5．3、在不考慮一次用水情況下，水的損耗占總費用不到1%；在采用集中供熱的空調(diào)系統(tǒng)中，集中供熱費用是固定不變的，空調(diào)機(jī)組能耗約占50%左右。

6、全年設(shè)計工況下的結(jié)果

6．1、在現(xiàn)有收費條件下，用城市集中供熱是冬季空調(diào)系統(tǒng)的最經(jīng)濟(jì)用熱方式。

6．2、使用天然蒸發(fā)冷卻冷源空調(diào)系統(tǒng)——方案4是夏季各類空調(diào)系統(tǒng)中最為經(jīng)濟(jì)的系統(tǒng)，冬季使用城市集中供熱也較經(jīng)濟(jì)。

6．3、夏季使用常規(guī)典型的螺桿式電制冷空調(diào)系統(tǒng)——方案1，在設(shè)計工況下其運(yùn)行費用是方案4的一倍，冬季應(yīng)使用城市集中供熱供熱。

6．4、夏季使用直燃型溴化鋰制冷空調(diào)系統(tǒng)——方案2，其運(yùn)行費用與方案1相當(dāng)，冬季不應(yīng)時用直燃機(jī)供熱。

6．5、由于冬季熱負(fù)荷較大，再使用地源熱泵供熱相對就很不合理，夏季使用地?zé)崴礋岜谩桨?供冷是否經(jīng)濟(jì)，主要取決于地下水水位或井深。

事實上，選擇何種方式的制冷空調(diào)系統(tǒng)對一項工程不僅重要，而且相當(dāng)復(fù)雜；除了應(yīng)進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析比較外，還必須考慮到一次投資、人員成本、技術(shù)上可靠合理、設(shè)備的性能和使用壽命、設(shè)備的使用與維修、自動化管理與調(diào)節(jié)、設(shè)備和管道占用場地和空間情況、對環(huán)境影響等。只有全面掌握有關(guān)信息，分析比較后才能得出最佳方案。

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廠家樣本:略.