中央空调系统冷热源方案的选择探索

万珺

【摘要】中央空调系统中冷热源方案选择与空调系统运行费用、初投资密切相关，区域能源结构、环保要求等要素会影响冷热源方案经济性。本文通过概述冷热源方案的影响因素，结合案例分析多种冷热源组合方案的优缺点，进而对其进行方案选择和经济分析，为保证空调系统独立运行，减少运行费用提供方案选择。

【关键词】中央空调;空调系统;冷热源方案

冷热源方案的选择对于空调系统供暖和供冷功能十分关键，一般冷热源设备运行费用、投资成本均较高，因此在选择和明确冷热源方案时，有必要分析投资费用、技术可靠性、保养维护等方面，并围绕环境保护、能源政策、消防要求等内容，通过可行性、技术、经济分析选择科学的冷热源和组合方案。

1、选择冷热源方案的影响因素

其一，设备性能特点。其中包含产品运行可靠性、质量，负荷效率和能耗等方面，并包括震动噪音、设备自动化程度情况。其二，环保性。当选择电动热冷水机组时，建议制冷剂满足环保标准，使用CFC过渡制冷剂时，其使用年限应满足国家禁用时间表标准。其三，初投资费用。其中包含安装费、设备费、电力增容费、机房土建费等方面。其四，运行费用。包含设备维修费用、能源耗用费用，如燃油费、电费、燃气费等因素，其中初投资和运行费用是冷热源方案进行经济分析的主要内容。

2、中央空调系统冷热源方案的选择

2.1案例分析

本案例以杭州市余杭区施工项目为例，该工程主要包含酒店、超高层办公室、地下室、剧院，其中酒店属于独立运营状态，因此空调系统会单独设置在锅炉房和制冷机房区域;办公区使用VRF多联式变流量的空调系统;剧院和办公室自持，具体需求如下：办公区域和剧院可以合用空调系统，结合剧院、办公区域的空调系统分析具体方案，且酒店冷热源系统设备包含2台930kW的真空热水锅炉、2台1070kW的定频螺杆式冷水机组。因为商铺、办公区、酒店的空调系统在拆分后负荷会减少，因此空调的热负荷是927kW、冷负荷是1546kW，可以调整酒店空调冷热源，选择2台930kW的真空热水锅炉、2台790kW的定频螺杆式冷水机组[1]。

2.2具体方案类型

2.2.1冷水机组与真空热水锅炉的合设冷热源方案

方案设备包含2台250t/h的冷却塔、2台275RT的螺杆式冷水机组、扬程是30m的冷冻水泵、扬程是28m的冷却水泵、扬程是30m的热水泵、2台580kW的真空热水锅炉。空调的冷水进出口温度调节到6/12℃，并使冷水机组和冷却塔的功能相互对应。在剧院的屋面布置冷却塔（建议选择超低噪音型横流式塔类型），将冷却水的供回水温度设置在32℃/37℃，热源则使用真空热水锅炉，并将锅炉房安排在地下一层，热水的供回水温度是60℃/50℃[2]。

2.2.2风冷热泵的合设冷热源方案

系统设备包含2台275RT的风冷螺杆式热泵机组、3台扬程是35m的冷热水泵。在剧院屋面位置布置风冷热泵机组，空调热水供回水温度是45℃/40℃、冷水的进出口温度是7/12℃。

2.2.3风冷热泵的分设冷热源方案

方案设备中剧院包含3台扬程25m的冷热水泵、2台175RT的风冷螺杆式冷水机组;办公区域有3台扬程28m的冷热水泵、2台100RT的风冷涡旋式冷水机组。在剧院屋面设置风冷热泵机组，并在办公屋外区域安设模块式热泵机组，设置45℃/40℃的空调热水供回水温度、7/12℃的冷水进出口温度，

2.2.4剧院风冷热泵与办公区VRF的分设冷热源方案

剧院区域使用风冷热泵机组，将其安置在剧院屋面，设备包含2台110t/h的冷热水泵、2台175RT的剧院螺杆式冷水机组。空调的热水供回水温度设置为45℃/40℃、冷水进出口温度是7/12℃;办公区采取VRF系统，设备包含3台VRF48HP、4台VRF28HP，并将其安置在室外平台。

2.3方案经济分析

2.3.1初投资估算

方案一中合设冷水机组与真空热水锅炉的初投资总额是3473763元、方案二中合设风冷热泵的初投资总额是3514845元、方案三的分设风冷热泵初投资总额为3549763元、方案四中分设剧院风冷热泵和办公VRF的初投资总额是343523元。同时，供水系统中管道、阀件安装费用占据工程总费用的一半，而VRF系统中安装费用是总费用的20%。通过分析发现，风冷热泵机组成本较高，而VRF系统的安装费用相对较低，因此可以得出方案三的初投资额最高，方案四初投资额最低，因此初投资费用由高到低依次是：第三方案、第二方案、第一方案、第四方案。

2.3.2运行费用

由于本项目在杭州地区施工，因此计算运行费用时主要结合以下内容分析：杭州非居民用电价格是0.74元每度、燃气非居民费用是3.73元/Nm3。同时，风冷热泵制热效率和制冷效率是3，螺杆式冷水机组的制冷效率是5.8。在冬季由于区域特点出现融霜和衰减问题，因此可以将制热效率设置成2.8，在每日上午8点至下午5点开启空调，一般冬季的供热时间是4个月，夏季制冷时间是5个月。方案二中冷冻水泵在剧院屋面位置，因此输送距离相较于原设计增加了180m的输送距离，其中有60m的塔楼立管和120m的地下室环管距离;供回水管的比摩阻是200Pa/m、总长度是360m、沿程阻力是72Kpa，由于输配側局部阻力是磨擦阻力的一半，因此局部阻力是108kPa[2]。

经过分析运行费用发现，方案三中运行费用最少，具体的影响因素如下：剧院距离4#办公区域较远，通过分设空调系统能够降低水泵扬程，减少水泵运行的能耗。此外，风冷热泵机组的能效相较于VRF更高，因此方案三中分设办公区域和剧院的风冷热泵方案运行费用最少，而方案二中运行费用最高，其中年运行费用由高到低分别是第二方案、第一方案、第四方案、第三方案。

2.3.3可行性及空间利用率分析

方案一合设办公区域与剧院冷热源中，在剧院的地下一层设置制冷机房，且剧院的空调负荷较大，因此应靠近剧院安置制冷机房。将冷却塔安置在剧院的屋面，邻近酒店的冷却塔，其中冷却塔的屋面面积是100m2、制冷机房的面积是150m2、锅炉的面积是100m2。注意锅炉房应严禁设置在重要部门和人员密集区域的上、下一层、邻近位置、主要通道和疏散口两侧，可以安排在靠近建筑物外墙的地下一层或第一层。本课题案例中地下室的南侧和东侧属于外墙，在南侧占满的前提下，需要将锅炉房设置在东侧，面积相当于4个车位。此外，伴随着冷却塔数量逐渐增加，风冷热泵会关闭，因此对于其他区域的振动噪声影响会逐渐减弱。该方案在极端气温中效率不会衰减，因此可以提供良好的制热效果保障。在夏季冷却塔能效较大，制冷效率能达到5.8，而冬季的能耗较高，平时有必要加大维护力度。

方案二中合设办公区与剧院冷热源应在屋面设置风冷热泵，且风冷热泵占屋面的面积为200m2。在振动噪声方面，噪音和风冷热泵功率的提升会对剧院产生较大影响，在冬季系统的制热效率会伴随着外界气温降低而减少。因此，为了优化制热效果，需要分析效率衰减和融霜问题，而夏季系统的制冷效率是3，能耗较大;冬季制热调整COP超过3则可以节能。方案二系统中设备十分集中且种类较少，因此维护工作较简单。

第三方案中分设办公区和剧院冷热源，剧院屋面设置风冷热泵位置，在办公区域风冷热泵使用模块式涡旋风冷热泵，并将其布置在室外区域，设置机组高度是1900mm、5MF高度是2100mm、基础高度是200mm，5MF高度和6F的办公地板高度相同[3]。剧院的风冷热泵在屋面中的面积是140m2，办公风冷热泵在5FM面积是100m2。不过，模块类型的涡旋风冷热泵机组存在66dbA的噪音，模块类型的风冷热泵机组的噪音相较于VRF超出5dbA，会对6层、7层的东侧办公区域造成影响。

方案四中分设办公区域与剧院冷热源，仍可以在剧院屋面位置设置风冷热泵，并在办公区域内采用VRF空调系统，将其安置在5MF的室外区域、10F的避难层。剧院中风冷热泵占屋面的面积是140m2、办公区域是60m2，而冬季VRF的制热能效较低，由于系统设备较集中，种类单一，因此维护工作量较少。

结论：

冷热源方案在选择过程中主要结合技术、经济层面，比较初投资、全年能耗、总造价、费用、运行成本等因素。多种冷热源方案适用条件具有差异性，因此可以将计算成本费和投资费作为经济分析的基础，并在计算过程中准确、全面地了解相关数据和资料，建议分设冷热源，体现选择结果的可靠性、科学性。

参考文献：

[1]王安光.基于实际运行数据的中央空调冷热源系统运行现状评估[J].绿色建筑，2019，11（03）：15-19.

[2]张昊.监利市民之家空调冷熱源方案的优化[J].科技创新与生产力，2018，（08）：35-38.

[3]盛良薇，杨宝金，毕建强，等.各类空调系统冷热源初投资及运行费用调研研究[J].中国设备工程，2018，（05）：39-40.