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1、 张湘君中国联合工程公司（机械工业第二设计研究院）1.简介 最近十几年，国外的空调技术有了飞速的发展 ，新技术、新系统、新设备不断涌现，其节能性、 环保性、经济性、舒适性令人耳目一新。地源热泵 系统、冰蓄冷低温送风系统、空调大温差系统、电 蓄热系统、无风道诱导通风空调系统、VRV系统、 变风量系统、建筑围护结构蓄热系统、变水量系统 相继进入市场，使得原来形式简单、能耗居高不下 的空调系统和空调设备面貌焕然一新，呈现百花齐 放、满园春色的新景象。最近几年，这些新技术、 新设备也陆续在国内得到开发和应用，取得了令人 刮目相看的成果，其突出的经济性，节能性和对环 境的保护，使得愈来愈多的国内项目采用
2、了这些新 技术和新设备。2 .空调系统和冷热源 采用不同的空调设备和冷热源可以构成不同的空调 系统，下面简单地加以说明： （1）水冷冷水机组+锅炉+空调机组组成的集中式和半集中式空调系统，这是国内目前应 用最广的一种空调系统和冷热源组合。 水冷冷水机组有往复式、螺杆式、离心式、涡旋式 ，不同的形式，冷水机组与冷却塔、水泵构成了空调 冷源系统。 锅炉则有燃煤、燃气、燃油和电锅炉。 空调机组，可以是风机盘管、柜式空调机组和组合 式空调机组。 优点是：传统系统，设计和管理人员熟悉，使用可 靠。突出的缺点是，冬季需要锅炉，环保性差。（2）风冷冷热水机组+空调机组组成的集 中式和半集中式空调系统，户式空
3、调即是 这种系统。 风冷冷热水机组有往复式、螺杆式、 涡旋式几种不同的形式，冷水机组与水泵 构成了空调冷热源系统。 空调机组，可以是风机盘管、柜式空 调机组和组合式空调机组。 这种组合的优点是无需锅炉、系统简 单，突出的缺点是：能耗高，容量调节有 限，运转费用居高不下，冬季供暖效果差 。（3）多联机或多联变频变冷媒量热泵系 统（ VRV系统）。多联机或多联变频变冷媒量热泵系统， 虽然都是源于日本大金公司的VRV系统， 但是各制造厂又有所发展和改进，其基本 组成为一台室外机，多台室内机组成，民 间俗称一拖多。主要生产厂有日本大金、 日立、东芝、三菱、三洋，松下，中国海 尔、美的、格力、小天鹅等公
4、司。 这种系统的优点是无需锅炉、一次投 资正逐渐降低到可以接受的水平。突出的 缺点是：能耗高，安装水平要求高，冬季 供暖效果差。 直燃式溴化锂冷热水机组有燃油式、 燃气式几种不同的形式，夏季提供冷水、 冬季提供热水，冷热水机组与冷却塔、水 泵构成了空调冷热源系统。 空调机组，可以是风机盘管、柜式空调 机组和组合式空调机组。 优点是：无需锅炉、系统简单，冬季供 暖效果差，突出的缺点是：一次投资高， 运转费用高机房面积大，环保性不佳。 （4）直燃式溴化锂冷水机组+空调机 组组成的集中式和半集中式空调系统 ，（5）地源热泵A 地源热泵工作原理及分类地源热泵 系统是一种利用土壤、地下水 或地表水（江、
5、河、湖、海）进行冷热 交换，将土壤、地下水或地表水作为热 泵系统的冷热源的一种空调系统，冬季 把地能（土壤、地下水或地表水）中的 热量“取”出来，供给室内采暖，此时 地能为“热源”；夏季把室内热量取出 来，释放到土壤、地下水或地表水中去 ，此时地能为“冷源”。 地源热泵同空气源热泵相比，有许 多优点：（1）全年温度波动小。冬季温度比 空气温度高，夏季比空气温度低， 因此地源热泵的制热、制冷系数要 高于空气源热泵，一般可高于40%， 因此可节能和节省费用40%左右。（ 2）冬季运行不需要除霜，减少了结 霜和除霜的损失。（3）地源有较好的蓄能作用。 当夏季的空调冷负荷明显高于冬季的热 负荷时，通常
6、采用复合式地源热泵系统 ，即以冬季的热负荷为基准进行埋管， 多余的夏季冷负荷由冷却塔排除。由于 地下换热器的价格明显高于冷却塔，因 此采用复合式热泵系统，一次投资可以 大幅度下降。地下耦合热泵系统经济分析 以下以浙江财经学院实验科技中心为例，进行经济 分析。浙江财经学院实验科技中心建筑面积为19950平 方米，空调面积10000平方米，空调负荷 617RT(2170kW)。(1)以夏季冷复合设计地源热泵系统地下换热器总长度50000m（含水平连接管）：总投资 100万元。钻孔费：共计441个孔，每孔110m，管深100m，管间距 4.5m，每孔钻孔费用50元, 总投资242万元水源热泵：总投资
7、260万元板式换热器：29万元安装及材料费：77万元。总计：708万元（1.1475万元/冷吨，354元/m2）。 以冬季热负荷为基准设计复合式地源热泵 系统 实验科技中心建筑面积为19950平方米，空 调面积10000平方米，供暖负荷500kW。 地下换热器总长度11000m（含水平连接管 ）：总投资23万元。 钻孔费：共计100个孔，每孔110m，管深 100m，管间距4.5m，每孔钻孔费用50元, 总投资55万元 水源热泵：总投资260万元。 冷却塔及水泵：总投资11万元 板式换热器：总投资15万元 安装及材料费：108万元。 总计：472万元（0.765万元/冷吨，237元 /m2）。
8、（6）冰蓄冷低温送风系统与冰蓄冷相结合的低温送风系统是降 低冰蓄冷系统一次投资的有效手段， 410的送风温度，24的冷水 初温，10冷水温升，使低温送风空调 系统的一次投资和运转费 用明显低于常 规空调系统，而且可以获得更好的室内 空气品质和舒适感。低温送风系统的主要特点是： 低温送风系统的冷溶液初温低，当低温送风系统与冰蓄 冷系统结 合时，冷溶液初温一般为14，标准工况为 2。 低温送风系统的冷溶液温升大，常用的冷溶液温升为8 17，标准工况有两种，即10和15。 低温送风系统送风温度低，一般为410，送风温度 与空调机组的排数和进风 空气参数有关。 低温送风时 室内空气状态参数与常规空调系
9、统不同，由 于低温送风，室内空气的相对湿度明显低于常规空调系统 的室内空气参数，一般为30%40%，额定工况参数为：干球 温度t1=26，湿球温度ts1=15.15（相对湿度30%） 空调机组的表冷器的排数较常规空调系统用的空调机组 的表冷器的排数要多，为在低溶液温度，大温差的条件下获 得低送风温度，表冷器必须采用较多的排数,一般采用810 排. 为防止空调机组表面凝露,机组保温材料和厚度均经过 严格选择 和计算. 由于低送风温度，因此必须考虑风 机温升和风管温升。低温送风房间的人体舒适感与室内空气品质采用低温送风系统以后，由于室内相对湿度的降低， 人体舒适感和室内空气品质都可以得到提高。 对
10、于一般空调建筑，低温送风系统可以使室内相对 湿度保持在3040%，根据大量的试验和应用实践，这 样的相对湿度不但不会影响人的舒适感，反而会给人 带来空气新鲜感，降低人对室温的敏感程度。 在舒适感觉相同的条件下，室内露点温度降低 5.56，干球温度可以提高0.564，即近似相当于 相对湿度减少25%，干球温度可以提高1，空调房间 干球温度的提高，可以明显的减少空调系统的总能耗 ，节能效果明显。 只要提供符合规定的新风量、室内禁止抽烟、气流 组织设计良好，低温送风系统虽然送风量远小于常规 空调系统，其室内空气品质与采用常规空调系统的空 调房间相同。低温送风系统的凝露和防止当采用冰蓄冷低温送风系统时
11、，有五种凝露的 可能，即：空调机组表面凝露；送风口表 面凝露；风管表面凝露；冷水管道表面凝 露；室内外水蒸气分压力差导致的凝露。其 中送风口表面的凝露，是上述五种凝露中可能 性最大，也是比较难以防止的。低温送风系统送风口凝露的防止，国际上目前 有两种通用的防止方法，即：“软启动”法 ；诱导送风口法。由于“软启动”法需要提 前两个小时开机，因此国内一般采用诱导送风 口法。诱导送风口有多种形式，如图1所示，图2是采 用诱导送风口（a）和普通送风口送风的气流 分布。低温送风用空调机组低温送风系统能否成功的关键是空调机组的性能和设 计计算，由于低温送风系统采用的是大温差技术，所 以能否保证大温差，能否
12、达到要求的送风温度，能否 保证表冷器的水阻力在合理的范围内，都是低温送风 系统能否成功的不可缺少的。为此：低温送风系统用的空调机组不同于常规空调系统用 空调机组，必须进行专门的设计。影响低温送风空调机组的主要因素有：表冷器的排 数、迎面风速、管程数、片间距、冷水初温和冷水温 升。低温送风空调机组的设计选型必须通过计算确定。为防止机组表面凝露，低温送风空调机组的保温材 料必须认真选择，并通过计算确定其合理的厚度。如何防止凝露在低温送风系统中发生是 低温送风系统设计中的重点之一，除了 送风口之外，防止其他凝露应注意的是 ：合理的选择保冷材料的类型，除了导 热系数要小外，透湿系数和吸水率亦十 分关键
13、；保冷层的厚度应通过计算确定；低温送风系统的保冷层厚度可按防止 凝露的保冷层厚度计算确定，经济厚度 一般小于防止凝露的厚度；隔汽层必须完整，无缝隙。与常规空调系统相比，低温送风系统由 于加大了送风温差(降低送风温度)和冷 水温升，使得空调机组（风机和电机） 和水泵的尺寸明显减少，因此空调系统 的一次投资减少。为获得更低的送风温 度，空调机组的表冷器的排数增加，迎 风面风速降低，使得表冷器的一次投资 增加，同时为了防止由于输送温度更低 的空气和冷水，低温送风系统空调系统 的保温层厚度较常规空调系统需要增加 ，这一增一减，空调系统的一次投资究 竟是减少还是增加了需要进行具体分析 。为比较低温送风系
14、统和常规空调系统一 次投资的差别，以下以某商场工程实例 （空调面积11660m2）加以说明：送风量的比较与常规空调系统相比，低温送风系统由 于室内相对湿度减少，送风温度降低， 送风温差加大，所以送风量明显减少。单位面积送风量低温送风系统约为普通 空调系统的50%左右。空调机组价格比较低温送风系统必须采用专门的空调机组，否则 难以达到：低的出风温度，低温送风系统的 送风温度目前一般是控制在49，美国低 温送风系统的典型的送风温度是42F（5.6 ）和45 F（7.2) ；规定的冷水温升， 低温送风系统的冷水温升目前一般是控制在 815，美国低温送风系统的典型的送风 温度是16F（8.8）和24 F（13.2) ； 在低温时机组表面不会出现凝露。单位面积 送风量低温送风系统约为普通空调系统的50% 左右。低温送风系统的空调机组约为普通空调 系统的空调机组价格的60%左右。低温送风系统的一次投资明显低于常规 空调系统，这里尚未包括由于空调机组 风量减少，风管系统和水系统尺寸的缩 小，导致的空调机房的减少和建筑物空 间的节约和层高的提高带来的额外经济 效应。低温送风系统的一次投资约为普通空调 系统的60%左右。
