北京地区民用住宅空调系统技术及经济性分析

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1、北京地区民用住宅空调系统技术及经济性分析北京建筑工程学院 盛国刚 解国珍 李广 向长松摘要近年来随着建筑业的发展，北京地区民用住宅空调数量开始迅猛增长,越来越多的人不满足于 仅仅是分体式空调应用于民用住宅的现状，而开始将中央空调集中供冷应用到民用高层住宅中。为了探 讨最佳的供冷方式，本文以高层民用建筑楼为分析对象，选择普通电制冷中央空调机组供冷、直燃式溴 化锂吸收制冷中央空调机组供冷和户式中央空调机组供冷三种方案。分析了不同空调的技术性能、优缺 点并且比较了不同方案的经济费用，从而给出在北京地区民用空调领域中的空调系统选型参考建议。 关键词 选型技术性 经济性0. 前言随着高层建筑的蓬勃发展,

2、能源日益紧张 的状况和环境问题越发得到重视,空调系统设 计时应考虑其高效节能性问题。目前,高层商 用建筑多采用集中式中央空调系统，而民用 住宅中集中空调的应用虽然为数不多，但已 经成为热点，另外户式中央空调的应用也渐 渐成为了人们关注的对象。在城市高层建筑 的空调工程中,冷热源的投资和运行费用占整 个空调系统的费用比重很大,为了取得较好的 经济效益、合理用能和保护环境,对各种冷热 源的技术特点和经济性进行正确、详细的分 析,选取适合实际工程的空调冷热源是十分必 要的。 为了探讨上述空调系统在北京民用领域 中的应用前景并且为民用住宅选取合理经济 的供冷方式提供可参考意见，本文以实际民 用高层建筑

3、为模板，将传统中央空调系统集 中供冷和户式中央空调系统分户供冷分别拟 用到建筑中，通过技术、经济性比较分析得 出上述空调系统应用在民用领域中的差异， 为实际工作提供一定的参考。1. 技术性分析1.1.中央空调机组中央空调冷源方案按是否蓄能可分为非蓄能机组和蓄能机组，其中非蓄能机组以常 规电空调机组（螺杆、活塞、离心式）冷 水机组或热泵机组和吸收式制冷空调机组 （以溴化锂制冷机组为代表） 。 1.1.1. 电力驱动冷水机组 对于中央空调机组而言，电空调具有供能 清洁可靠、安全卫生、制冷机能效比高、整 机寿命长、价格低，以及维护方便等特点， 成为供冷方案的首选。但是同时电力驱动水 冷机组也存在着较

4、为不利的一面，如耗电量 较高，用电尖峰与空调用电高峰相重叠，近 几年，全国电力供应随空调用电的高峰期到 来而日趋紧张，空调用电已给城市电网安全 运行造成了很大的冲击；还需考虑电力增容 费等问题。 此外，这类机组运转部件多，易 磨损，更换维修机率大，振动和噪音较大。 在选择冷源时需要考虑的主要因素包括能量 调节力，制冷系数 COP 值,运行稳定性,使用 寿命,维修保养,价格等。较常用的有离心式， 活塞式和螺杆式 3 种，其共同特点是技术成 熟，制冷系数高，一般活塞式冷水机组，COP 值约 3.5,螺杆式约为 4,节能型离心式甚至可 高达 4.5,性能稳定可靠，有多年运行和管理 经验，它们的性能差

5、异见表 1，可见螺杆机 和离心机具有较大的应用优势。1表 1 各冷源的性能差异1比较指标123COP 值（大小）离心式螺杆式活塞式能量调节(好差)螺杆式离心式活塞式价格（低高）螺杆式离心式活塞式体积（小大）活塞式螺杆式离心式1.1.2. 直燃式溴化锂制冷机组 该制冷机组耗电少，不用 CFC,可供冷和 供热，还可提供卫生用热水， 这在目前国内 电力供应仍较紧缺的情况下具有特别明显的 优势。 另外，它的主要工作设备除泵以外几 乎均为非转动部件， 大大减少了机组的振动 和噪音， 因此近年来国内特别是内地溴化锂 机的使用较为广泛。 其中尤其以燃油、燃气 为能源的直燃式溴化锂空调机组，它是在溴 化锂吸收

6、式制冷机的基础上开发出来的新机 型，具有以下特点：1）燃烧效率高；2）不 用锅炉房；3）制冷与采暖兼用，可供生活热 水，一机多用；4）平衡城市能源供给，一般 夏季电力空调耗电量大而燃油（气）耗量低 的情况。除此之外，燃油（气）的单位热值 高，夏季燃气管网负荷减少可平抑供气管网 和电网负荷压力等。但由于该类型机组的使 用时间不长，技术性能尚不确定，真空度影 响大和输出能量衰减等问题。而且换热器的 内螺旋换热管若有杂质则其换热效率将急剧 下降，而吸收式制冷机组内冷媒是浓度变化 的溶液，冷媒本身的稳定性也在很大程度上 影响机组性能的稳定性。此外直燃机组的 排放量约为电制冷机组的 1.53.5 倍，

7、温室效应及城市热岛效应比电制冷机组严重。2 31.2.户式中央空调机组户式中央空调也称家用中央空调 （residential central air-condition）： 主要用于居住建筑中以满足舒适性为目的， 制冷量 7kw80kw，带集中冷热源的空调形 式。户式中央空调可分为风冷热泵冷热水机 组 、风管式机组和冷剂式机组4。1.2.1. 风冷热泵冷热水机组 5 6 风冷热泵冷热水机组选用空气源热泵作 为冷源，末端采用风机盘管，通过输送冷 热水传输能量，该机组具有操作简单、安 装方便的特点，目前在国内应用较多（相 对于其他两种户式中央空调机组） 。该机组 的特点如下：优点： 1) 噪声较小

8、，低档运行在 3040dB(A)；2) 具有个别控制的优越性风机盘管机组 的风机速度可分为高、中、低 档； 水系统水泵自动控制温度；调节器等可 灵活的调节各房间的温度；室内无人 时可停止、运转经济、节能； 3) 风机盘管机组体型小，布置安装方便；4) 对于将来建筑物的扩建，而相应增加 风机盘管机组，实现容易。缺点： 1) 有时与建筑布局产生矛盾，需要建筑 的协调与配合； 2) 台数较多时，维修管理工作量较大； 3) 新风问题不易解决 ，空气洁净度不高。风冷热泵冷热水机组可分为定速机组和 变频技术机组，而变频机组以其能适应家 庭用户热负荷变化大，能量调节范围宽； 制冷/热迅速，热舒适性好；系统水

9、文波动 小；除霜时温度降低不大等种种优点，已 逐渐受到人们的青睐。1.2.2. 风管式机组5 6 风管式机组由室外机、管道式空调箱、送 风管及风阀风口组成；集中处理，风管送风， 适用于别墅建筑和层高不低于 3m 的高层建筑。 该机组的特点如下：优点： 1) 初投资低，室内机占地面积小； 2） 风系统管理简单，与水系统比价格低；3） 可提供新风，制冷效率高。缺点： 1) 多数采用定速空气源热泵机组； 2） 各房间送风调节差，风管占空间大， 对空气过虑能力差，除湿能力差； 3） 运行费用高，节能性差，噪声大； 4） 机组除霜温度波动大。难点： 国内消费水平低，导致低端产品的流行， 造成了“买的起，

10、用不起”的局面。1.2.3. 冷剂式机组 5 6 冷剂式机组是指一台或多台室外机与多台 室内机组成，它由制冷剂管路将制冷压缩机、 室内外换热器、截流装置等组成闭式管网系 统。该机组以日本大金为代表，多应用变频 技术 ，其特点如下：优点：1)节约能源、运行费用低(相对传统冷水 机组节能 3545%)； 2) 管理方便，控制先进可实现单独控制、 分层、分区集中控制 PID 技术，室温 控制在0.5；3) 设计、安装自由度高，噪声更低；4) 节约吊顶空间，冷凝水不会滴漏； 5) 工作温度范围宽（冬季极限温度 15） ，冬季无防冻问题； 6) 不需要冷热水系统，冷却水系统，不 需要大面积机房；7) 可

11、靠性高，能效比高； 8)制冷量对室内负荷的追随性，尤其是 变频范围内的调节性能好；9) 开机迅速制冷/热。缺点： 1) 新风供应存在问题，空气洁净度低 ； 2) 初投资价格高，维护困难； 2.2. 经济性分析经济性分析为了确定各种制冷机组在民用住宅中的 可行性与否，下面以一个工程为模板进行各 种方案的比较。2.1.工程概况工程为地处北京的 27 层高层民用住宅， 塔式结构，分 A、B、C 三个单元，空调面积 27000 平米，每户面积 80120，层高 2.93m。空调系统夏季冷负荷见表 2。 表 2 设计日冷负荷比较日间最大冷负荷（kW）夜间最大冷负荷（kW）229517672.2.方案选择

12、方案选择(见表 3)。方案一和方案三 均为电力制冷空调系统，考虑到绿色制冷 的提出和北京市夏季高峰期电力紧张的局 面，将直燃型机组也作为方案之一进行比 较。 表 3 制冷方案选择方案一普通螺杆电制冷机组方案二直燃型溴化锂制冷机组方案三户式中央空调冷剂式机组2.3.设备选型、配置中央空调冷水机组和户式中央空调机组均 选择国内合资企业知名品牌系列机组 （具体配置见表 4表 6） 。 表 4 应用冷水机组的普通集中空调系统 设备配置(万元)方案一（普通螺杆电制冷机组）设备名称技术参数价格C300A螺杆制冷机组 C350A104.0冷冻水泵100DL100-2027.90100DL100-2023.9

13、0冷却水泵 150DL150-2023.40冷却塔333 m3/h，11kw21.17空调器BFC3645.00风管90.87风口，静压箱 200200，30030028.80冷冻水管道15.83冷却水管道16.97自控部分11.31电力部分63.34注： 100DL100-202 中“2”表示水泵型号 表 5 应用直燃式溴化锂吸收式冷热水机组 的普通集中空调系统设备配置 (万元)设备名称技术参数价格C-050溴化锂直燃机 C-018138.00100DL100-2022.62冷冻水泵 150DL150-2025.10150DL150-2026.80冷却水泵 150DL160-2024.222

14、40 m3/h，7.5kw9.00冷却塔550 m3/h， 22kw13.39空调器BFC3645.00风管90.87风口，静压箱 200200，30030028.80冷冻水管道16.74冷却水管道17.94自控部分11.96电力部分66.98注： 100DL100-202 中“2”表示水泵型号表 6 户式中央空调机组初投资费用统计 （万元）室 内 机名称 B-R20P/LB-R25P/LB-R35P/LB-R50P/L设备成本104.7732.0334.7142.16室 外 机名称 B-R80W/AB-R100W/AB-R120W/AB-R140W/A设备成本42.87186.17141.8

15、85.832.4.初投资费用统计通过表 4表 6 中的设备成本统计，综 合各种费用得出初投资费用见表 7。表 7 各制冷方案初投资 （万元）方案一方案二方案三普通螺杆机组直燃型溴化锂机组户式中央空调冷剂式机组初投资412.49457.42590.422.5.年度费用统计空调设备的年度费用，一般包括两部分。 一部分为固定费用，主要指系统设备的折旧 （更新）费用；另一部分是变动费用，包括 系统运行过程中消耗的水、电、气等能耗费 用，人工费和设备维修管理费等。2.5.1. 各方案固定费用统计 空调设备的更新费用是指设备的原始费 用按一定的年利率和使用年限分摊到设备使 用各年上的费用。螺杆式中央空调机

16、组主要 设备的使用寿命定为 20 年，溴化锂吸收式制 冷机组和户式中央空调机组主要设备的使用 寿命定为 15 年，年利率定为 5%，按等额支 付系列资金恢复公式可求得其年度更新费用 为： P =Oi(1+ i)n/(1+ i)n1 式中: P-更新费用； O -原始费用；i - 年利率； n -使用寿命；计算结果见表 82.5.2. 各方案设备维护和修理费用统计 三种方案空调系统的维护和修理费用按设 备更新费用的 10%计算。维护和修理费用计算 结果见表 8。表 8 各方案固定费用及维护和修理费用 （万元）方案一方案二方案三普通螺杆机组直燃型溴化锂机组户式中央空调冷剂式机组固定费用33.1040.0756.88维护和修理费用3.3104.0075.6882.5.3. 各方案运行费用统计根据北京市和广州市能源和电力局的规 定，选取民用电