第13卷第1O期 剖垮 室调 2 0 1 3年1 1月 REFRIGERATION AND AIR.C0NDITIONING 温湿度控制空调系统案例技术经济性分析 逯胜利 (深圳报业集团基建办) 摘要节能,正在成为国家和地方建筑设计的导向。本文分别以公共建筑A项目和B项目温 湿度控制空调工程的施工图数据及工程量预算清单为依据,通过专业技术经济分析方法,分别通过 对采用溶液循环除湿温湿度控制空调系统的A项目与A项目对应常规空调系统对比,以及对采用冷 凝除湿温湿度控制空调系统的B项目与B项目对应常规空调系统进行技术经济性比较对比,阐述了 节能型空调工程的经济效益与预算控制的内在联系。 关键词建筑节能;空调工程;技术经济性分析;借鉴 Temperature and humidity independent control air conditioning engineering case analysis and comparison Lu Shengli (Shenzhen Press Group,Construction Ofifce) ABSTRACT energy-saving is becoming the country and local government building design policy guidance.This paper to public buildings A project and B project Temperature and humidity independent control air conditioning engineering construction graph data and engineering quantity list of budget as the basis,Through the professional and technical economic analysis method,Technology and economy of the temperature and humidity independent control air conditioning system and conventional air conditioning system are analyzed.expounds the energy-saving air—conditioning engineering economic and budget control inner link. KEY WORDS building Energy saving;air conditioning engineering;technical and economic Analysis; ref ren 节能作为绿色建筑的重要内容,正在成为国 经济效益与预算控制的内在联系。 家和地方建筑设计的导向。公共建筑中 A项目和B项目空调工程均采用国家推广的 的耗能大户是空调系统,故在建筑节能设计 温湿度控制空调系统,室内循环风均采用高 的基础上,设计安装高效节能的空调系统成 温冷源降温处理,但A项目采用全热回收溶液循 为建筑节能的关键。本文分别以公共建筑A项目 环除湿方式处理新风,B项目采用全热回收双冷 和B项目温湿度控制空调工程的施工图数据 源冷凝除湿方式处理新风。为说明温湿度控 及工程量预算清单为依据,通过专业技术经济分 制空调系统的技术经济性,本文对A项目空调工 析方法,分别通过采用溶液循环除湿温湿度 程作了溶液除湿空调系统与常规空调系统两种方 控制空调系统的A项目与A项目对应常规空调系 案的技术经济性分析比较,对B项目空调工程作 统对比,以及对采用冷凝除湿温湿度控制空 了冷凝除湿空调系统与常规空调系统两种方案的 调系统的B项目与B项目对应常规空调系统进行 技术经济性分析比较。本文所述“常规空调系统” 技术经济性比较对比,阐述了节能型空调工程的 是指冷水机组向空调系统终端设备提供的冷冻水 创供回温度均为7℃/12oC的空调系统。 1 A项目空调工程技术经济性分析评价 痔 室码 第13卷 新风机组或溶液除湿空调机组中先进行全热回收 降温和高温冷源初步降温除湿,然后再进行深度 降温除湿达到设计状态,室外新风在机组中的深 度降温除湿和溶液再生循环过程所需冷量由机组 自带小型制冷机系统提供;室内循环风进入干式 A项目空调工程设计为热泵式全热回收溶 液循环除湿温湿度控制系统(简称为溶液 除湿空调系统)。溶液除湿空调系统冷水机组的 冷水供回温度为14 oC/19℃,冷却水供回温度为 32℃/37℃。为说明溶液除湿空调系统的技术经 济性,将其与常规空调系统(冷冻水供回温度 7℃/12 oC,冷却水供回温度32 oC/37℃)进行分 析比较。 (1)A项目溶液除湿空调系统说明 A项目溶液除湿空调系统的主要设备为高温 冷水机组、热泵式溶液除湿新风机组、热泵式溶 液除湿空调机组和干式空调机组。在溶液除湿全 空调机组的高温表冷器完成降温处理或进入溶液 空调机组的高温表冷器完成降温处理达到设计状 态,高温表冷器由高温冷源提供冷量。经过处理 达到设计状态的室外新风和室内循环风在送风静 压箱内充分混合后送出。空调区域无凝结水。整 个新风和循环风处理过程所需高温冷源均由高温 冷水机组提供。 (2)A项目溶液除湿空调系统主要设备配置 及系统能效比 空气调节系统中,对室外新风处理同时采用了溶 液除湿新风机组加干式空调机组和溶液除湿空调 A项目溶液除湿空调系统主要设备配置及系 统能效比见表1。 机组两种形式:室外高温高湿新风进入溶液除湿 表1 A项目溶液除湿空调系统主要设备表 分项名称 Rl离心水冷冷水机组7 oC/12 ̄C 技术参数 额定功率 数量 投运数 运行功率 (kW) (台) (台) (kW) 297 l 1 297 制冷量1750kW COP5.89冷冻水291m /h冷却水 345m3pa Rl空调机组7℃/12'12 R1空调机组7℃/12℃ R1冷冻水泵 Rl冷却水泵 R1冷却塔 R1常规系统 R2离心水冷冷水机组14 ̄C/19 ̄C 干式空调机组14℃/19 ̄C 溶液新风机组14 ̄C/19oC 冷量220kW余压520Pa总风量30000m 新风 600(0。/h 15 6 6 90 冷量270kW余压520 Pa 总风量36000m /h新风 量7200m /h 18.5 流量320m /h扬程33m 流量380m 扬程29m 流量450m /h塔扬程4.6 系统冷量1750 kW运行功率549 kW能效比3.19 制冷量2000kW COP7.38冷冻水340m /h冷却水 393m /h 271 2 2 37 55 55 15 2 2 1 1 l 1 合计 55 55 15 549 271 1 1 冷量70kW风量25000m /h余压480Pa 冷量1 10kW新风量6000m /h余压450Pa l1 27.4 32_2 10 10 20 10 10 20 11O 274 644 溶液空调机组14':12,19℃ R2冷冻水泵 R2冷却水泵 R2冷却塔 R2溶液系统 冷量150kW送风量20000m3/h新风量5000m /h余 压450Pa 流量360m /h扬程32m 流量430m3/h扬程28m 450m 塔扬程4.6 系统冷量4800kW运行功率1424kW能效比3.37 55 55 15 2 2 1 1 1 1 合计 55 55 15 1424 R(1+2)全系统 系统总冷量6550kW运行总功率1973kW系统总能效比3.32 注:(1)建筑商务层R1系统采用常规空调系统,冷冻水供回温度7℃/12"C,建筑标准层R2系统采用溶液除湿空调系统,冷冻水供回 温度14"C/19 ̄(2,R1和K2系统冷却水供回温度均为32℃/37"(2。(2)(R.1+R2)全系统总冷量6550kW,运行总功率1973kW,系统 总能效比COP3.32大于规范值3.21.系统投入收益比略高于规范值。(3)备用设备功率不计入运行功率。 第1O期 逯胜利:温湿度控制空调系统案例技术经济陛分析 59 (3)A项目常规空调系统主要设备配置及系统能效比 A项目常规空调系统主要设备配置及系统能效比见表2. 表2 A项目常规空调系统主要设备表 分项名称 技术参数 额定功率 数量 投运数 运行功率 (kW) (台) (台) (kW) 314 15 18.5 1 6 2 l 15 2 314 90 37 R1螺杆水冷冷水机组7℃/12 ̄C 制冷量1754 kW COP5.58三机头冷冻水302 m /h冷却水356 m /ll R1空调机组7℃/12 ̄C R1空调机组7oC/12℃ 冷量220 kW全压500Pa总风量30000m /h新风量6000m3/h 冷量270kW全压550Pa总风量36000m 新风量7200 m /}l R1冷冻水泵 R1冷却水泵 流量330m /h扬程33m 流量390m /h扬程29m 55 55 2 2 1 l 55 55 R1冷却塔 R1系统 流量500m /h塔扬程4.6 系统冷量1754kW运行功率566 kW能效比3.1 15 1 l 合计 15 566 R2离心水冷冷水机组7℃/12% 制冷量21 10kW COP 5.75冷冻水363 m /h冷却水425 m3/h 空调机组7℃/12℃ 空调机组7℃/12℃ R2冷冻水泵 R2冷却水泵 R2冷却塔 冷量185kW全压450Pa风量25000m 新风量40o0 冷量155kW全压480Pa总风量20000m3/h新风量5000 流量400m /h扬程33m 流量467m /h扬程28m 流量600m 塔扬程4.6 367 15 11 55 55 18.5 2 10 20 3 3 2 2 10 20 2 2 2 734 150 220 11O 11O 37 R2系统 R(1+2)全系统 系统冷量4220运行功率1361 kW能效比3.100 系统总冷量5974运行总功率1927kW系统总能效比3.100 合计 1361 注:(1)建筑商务层和标准层R1、R2空调系统均采用常规空调系统,冷冻水供回温度7℃/12 ̄(2,冷却水供回温度32 ̄C/37'(3。2)(R1 +R(2)全系统总能效比COP3.1,低于规范值3.21,说明系统的投入收益比较低。(3)备用设备功率不计入运行功率。 (4)A项目两种空调系统方案优劣的技术经济分析 为比较A项目溶液除湿空调系统与常规空调系统两种空调方案的优劣,采用工程设备系统寿命周 期费用分析方法(年均投资法)对两种方案作出技术经济性分析评价见表3。 表3 A项目两种空调工程方案的技术经济性分析 \条件 A项目方案2——常规空调系统建筑面积53000m 空调 A项目方案1——溶液除湿空调系统建筑面积53000m2空 调面积31500m 比较原则 年均总费用=年均投资费+年均维持费年均总费用较小者为优方案。 类目\\ 面积31500m 技术数据汇总 总冷量5974 kW运行功率1927 kW系统COP3.10配电 总冷量6550 kW运行功率1973 kW系统COP3.32配电容 容量2500kVA 量2500kVA 工程设置费P 常规空调工程预算价1090.7万元配电容量2500kVA变 溶液除湿空调工程预算价1242.1万元配电容量2500kVA 配电设备预算价96.4万元P2=1187.1万元 变配电设备预算价96.4万元P1=1338.5万元 将工程设置费P按设备寿命周期n=18年、折现率i_6% 将工程设置费P按设备寿命周期n=18年、折现率i=6%折 年均投资费A 折算为寿命期各年的年均投资A,寿命期内年均投资费 算为寿命期各年的年均投资A,寿命期内年均投资费为: 为:A2=l10万元 A1=124万元 年均维持费w 年均维持费=年运行电费+年管理维修费W2=547万元 年均维持费=年运行电费+年管理维修费WI=558万元 年均总费用z Z2=A2 4-W2=657万元 ZI=A1+WI=682万元 结论 A项目方案2年均总费用比方案1高25万元,故方案2略优于方案1 说明:(1)年均维持费中,年运行电费和年管理维修费视为均值。年运行电费包括变电容量费和运行电量费,按商业两班制计算设备系 统运行时间和运行电量,按当地供电局收费规定计算电费。(2)年管理维修费包括运行管理人员工资福利费和设备系统年维修费,由工 程规模确定运行管理人员12人,按地方企业工资福利社保等费用水准计算运行管理人员的年均费用;设备系统年均维修费依据地方企 业空调工程系统维修费用案例,类比计算空调工程设备系统年均维修费用。 剖痔 室调 第13卷 (5)A项目两种空调工程方案的技术经济性 评价: 较,常规空调系统冷水机组的冷冻水供回温度为 7℃/12℃,冷却水供回温度为32cC/37℃。空气 调节处理均为全空气系统。 (1)B项目冷凝除湿空调系统说明 a方案2的年均维持费比方案1少11万元, 说明方案1不节能。 b方案2系统能效比值低于“公共建筑节能 设计规范”规定值,效率较低。 cB项目冷凝除湿空调系统的主要设备为高温 冷水机组、双冷源新风机组和干式空调机组。在 冷凝除湿全空气调节系统中,室外新风处理采用 双冷源降温冷凝除湿模式。系统新风在全热回收 双冷源新风机组中完成初步降温除湿和深度冷凝 除湿两个环节:室外高温高湿新风在双冷源新风 机组中先全热回收降温,再由高温(14℃/19℃) 方案2的年均总费用比方案1少25万元, 主要原因是初投资少151万,其运行耗能量与方 案1基本为同一数量级。 (6)A项目溶液除湿空调系统不节能的原因 通过上述分析结果显示,A项目方案并不节 能,问题症结在于该设计方案中终端设备配置容 冷源初步降温除湿,经初步降温除湿的新风继续 量过大导致运行功率过高。此案例虽属于国家定 进行深度冷凝除湿降温达到设计状态。深度冷凝 性推广的温湿度控制节能空调模式,但由于 除湿所需冷量由新风机组自带冷冻机系统提供。 设计时只考虑了合理的制冷量匹配,忽视了设备 室内循环风在干式空气处理柜中降温除湿处理达 技术性能和参数问题,因此空调工程是否经济合 到设计状态。达到设计状态的新风与循环风在送 理,还应该注重设计时的合理经济分析。 风静压箱内混合送出。空调区域无凝结水。整个 2 B项目空调工程技术经济性分析评价 B项目空调工程设计为热泵式全热回收冷 凝除湿温湿度控制空调系统(简称为冷凝 除湿空调系统),冷凝除湿空调系统高温冷水机 组的冷水供回温度为14cc/19℃,冷却水供回温 度为32℃/37 oC。为说明冷凝除湿空调系统的技 术经济性,将其与常规空调系统方案做分析比 新风和循环风处理过程所需高温冷源均由高温 (14 /19℃)冷水机组提供。 (2)B项目冷凝除湿空调系统主要设备配置 及系统能效比 B项目冷凝除湿空调系统主要设备配置及系 统能效比见表4。 表4 B项目冷凝除湿空调系统主要设备表 分项名称 K1系统技术参数 额定功率 数量 投运数 运行功率 (kW) (台) (台) (kW) 2 3 3 2 8 8 2 2 2 2 8 8 合计 347.2 74 74 22 265.6 120 898.8 l 螺杆式水冷冷水机组14℃/19℃ 制冷量1250kW COP 7.2冷冻水240m /h冷却水270m /h 173.6 2 K1冷冻水泵 260m /h扬程30m 37 3 K1冷却水泵 4 K1冷却塔 5 Kl新风机组自带冷源97kW 6 K1干式空调机组 8 Kl系统 10 分项名称 300m3,h扬程24m 35Om /ll 冷量3 12kW新风量15000m /h 冷量93.6kW风量40000m /h 系统冷量3270kW运行功率899 kW能效比3.64 K2系统技术参数 37 l1 33.2 15 额定功率 数量 投运数 运行功率 (kW) (台) (台) (kW) l45.8 30 30 l1 2 3 3 2 2 2 2 2 291.6 60 60 22 11 螺杆式水冷冷水机组14℃/19℃ 制冷量1050kW COP7.2冷冻水181m /h冷却水206m /h 12 K2冷冻水泵 13 K2冷却水泵 14 K2冷却塔 220m /h扬程30m 260m /h扬程24m 350m /h 15 K2新风机组自带冷源70kW 15 K2新风机组自带冷源39kW 16 K2干式空调机组 16 K2干式空调机组 冷量250kW新风量12000m ,}l 冷量125kW新风量6000m /h 冷量93.6kW风量40000m /h 冷量46.8kW风量20000m /h 25.5 13-2 15 7.5 6 2 6 2 6 2 6 2 153 26.4 90 15 17 K2系统 系统冷量2754 kW运行功率718 kW能效比3.84 合计 718 19 K(1+2)系统系统总冷量6024 kW总运行功率1617 kW总能效比COP 3.725 注:(1)B项目空调区域分为K1和K2两个冷凝除湿空调系统,两系统的高温冷冻水供回温度均为14/19qC,冷却水供回温度均为 32/37 ̄(2。高温冷水机组COP7.2。(2)K(I+2)全系统能效比COP3.725,比规范值3.01高23.8%,系统投入收益比很高。(3)备用设备 功率不计入运行功率。 第10期 逯胜利:温湿度控制空调系统案例技术经济性分析 (3)B项目常规空调系统主要设备配置及系统能效比 B项目常规空调系统主要设备配置及系统能效比见表5 表5 B项目常规空调系统主要设备表 分项名称 K1系统技术参数 额定功率 数量 投运数 运行功率 (kW) (台) (台) (kW) 离心式水冷冷水机组7,12℃一32/37'U 制冷量1765W COP5.5冷冻水308m3/h冷却水364m3/h 冷冻水泵 冷却水泵 冷却塔 空调机组 流量330m /h扬程30m 流量400m /h扬程24m 流量500m /h 冷量230kW风量30000m3/h余压450Pa 321 45 45 22 15 2 3 3 2 16 2 2 2 2 16 642 90 90 44 24O K1系统: 分项名称 系统冷量3530kW运行功率1106 kW系统能效比3.19 K2系统技术参数 合计 1l06 额定功率 数量 投运数 运行功率 (kW) (台) (台) (kW) 233 37 37 2 3 3 2 2 2 466 74 74 螺杆式水冷冷水机组7/12℃一32/37 ̄C 制冷量1270kW COP5.47冷冻水218m3/h,冷却水257m /h 冷冻水泵 冷却水泵 流量230m /h扬程30m 流量270m /h扬程24m 冷却塔 空调机组 流量350m3/h 冷量170kW风量25000m /h余压450Pa 15 15 2 16 2 16 30 240 K2系统: 总冷量2540W运行功率880 kW系统能效比2.89 合计 880 K(1+21系统: 总冷量6070kW运行总功率1986 kW系统总能效比3.06 注:(1)表5中,K1和K2均为常规空调系统,两系统冷冻水供回温度均为7℃/14':'C,冷却水供回温度均为32 ̄(3/37X3。(2)K(1+2)全 系统总能效比COP 3.06,系统投入收益比较小。(3)备用设备功率不计入运行功率。 (4)B项目两种空调工程方案的技术经济分析评价 为比较B项目冷凝除湿空调系统与常规空调系统两种空调方案的优劣,采用工程设备系统寿命周 期费用分析方法(年均投资法)对两种方案作的技术经济性分析评价见表6。 表6 B项目两种空调工程方案技术经济性分析表 \类目项目 B项目方案1——冷凝除湿空调系统建筑面积77000m 空 B项目方案2——常规空调系统建筑面积77000m 空调 \\ 调面积32000m \ 面积32000m 比较原则 年均投资费+年均维持费=年均总费用,年均总费用小者为较优方案。 技术数据汇总 总冷量6024 kw运行功率1617 kW系统COP3.73变配电 总冷量6070 kW运行功率1986 kW系统COP3.06变配电 容量2000kVA 容量2850kVA 工程设置费P 冷凝除湿空调工程预算价1582.18万元变配电容量 常规空调工程预算价1182.20万元变配电容量2850kVA 2000kVA变配电设备预算价8O万元P1=1662.2万元 变配电预算价l18万元P2=1300.2万元 将工程设置费P按设备寿命周期n=18年、折现率i_6%折 将工程设置费P按设备寿命周期n=18年、折现率i=6o ̄ 年均投资A 算为寿命期各年的年均投资A,寿命期内年均投资费为: 折算为寿命期各年的年均投资A,寿命期内年均投资费 A1=153.5万元 为:A2=120万元 年均维持w 年均维持费=年运行电费+年管理维修费W1=460.5万元 年均维持费=年运行电费+年管理维修费年均总费z ZI=AI+WI=614万元 结论 Z2--A2+W2=706万元 W2=585万元 B项目方案1一冷凝除湿空调系统的年均总费用比方案2一常规空调系统低9l万元,故B项目方案1优于方案2 说明:(1)年均维持费中,年运行电费和年管理维修费视为均值。年运行电费包括变电容量费和运行电量费,按商业两班制计算设备系 统运行时间和运行电量,按当地供电局收费规定计算电费。(2)年管理维修费中,包括运行管理人员费和设备系统维修费,由工程规模 确定运行管理人员14人,按地方企业工资福利社保等费用水准计算运行管理人员的年均费用;设备系统年均维修费依据地方企业空调 工程系统维修费用案例,类比计算空调设备系统的年均维修费。 62 剖挎 室阗 第13卷 (5)B项目两种空调工程方案的技术经济性 运行耗能费用较大,系统运行维持费较高(A、B 评价: 两项目的常规空调方案分析比较均是如此)。由于 a B项目方案1系统能效比高于规范值 系统运行维持费用远高于初投资,所以,不能以 23.8%,高效节能。 初投资大小决定工程方案,较小的初投资或许导 b方案1比方案2初投资高约362万元,但 致较高的维持费用,导致整个工程寿命周期运行 年均总费用低约91万元,运行4年即可收回初投 不经济。资增量。 3 A、B两项目空调工程分析比较的借鉴 (4)工程方案权衡的依据。一般而言,高品 质节能型空调设备系统需要增加初投资。建设单 位选用与否,取决于工程维持费的节省额度能否 在较短期限内收回初投资增额。工程方案的权衡 选择可以工程技术经济分析结果作依据。建设项 目相关专业节能设计方案亦可以此方法权衡方案 设计的经济性。 (5)空调工程的增量成本与增量收益。节能 (1)技术经济分析的必要性。工程实践中, 设计者未必能进行详尽的方案分析筛选,主观意 向和技术疏漏形成的不合理设计,可能导致工程 运行不经济。借助工程技术经济分析权衡选择较 优工程方案确有必要。 (2)维持费远比初投资高。A项目空调工程 溶液除湿方案维持费是初投资的4.5倍,常规空 调方案维持费是初投资的4.97倍。B项目空调工 程冷凝除湿方案维持费是初投资的3倍,常规空 调方案维持费是初投资的4.87倍。在设定初投资 的条件下,“维初比”较小应是工程方案经济性比 型空调工程应具备较高的能效比值、较低的运行 功率,才具有显著的节能收益,高效冷水机组是 空调系统节能措施的一部分。实际工程案例说明, 绿色节能空调工程一般会产生增量成本,相应也 带来节能增量收益。一般而言,经济合理的节能 空调工程设计可以使节能增量收益在较短的年限 较的重要依据。 (3)按初投资大小定方案的误区。常规空调 工程初投资较低,但系统运行功率大、效率低, 内收回初期投资的增量成本,并在系统寿命周期 后期获得相应的经济收益。 :’ k’ ,s‘ 9’k}’9■},9k — ,9k 夸 -al.,e,9 }—9 — 夸 —9 —9k。 —9-}业・ ,: }, :,I ,:I ・ ,:j譬・ ,: kr,:I ,9 ・9 ,9 ・9k},9 ,9k ・9■},9kr・ :k ‘}・9 ・9■ ,9k ・9■},9 ・9k (上接第56页) 3空气源热泵热水机(器)的节能安装和应用 由于空气源热泵热水机(器)的能效受环境 影响较大,因此热水器的安装位置要保证蒸发 器进风与出风通道的顺畅,不仅如此还要尽量避 开容易导致蒸发器结霜、结冰或受到灰尘、油污 积累的场所。而且,分体式热泵热水机(器)的 室外机与水箱的制冷剂连接管长度不宜过长,越 长的连接管制冷剂流动阻力越大,热量损失也越 大,制热水能力会降低,压缩机耗功增加。 另外,空气源热泵热水机(器)主要用来提 供家庭生活热水,水温一般可加热到55℃~65℃。 由于热泵热水机(器)能效比随着水箱内水温的 4结束语 综上所述,空气源热泵热水机(器)要在产 品设计阶段从核心部件性能、系统匹配、换热器 利用率、各部分特征参数、控制方式等方面进行 全面调试优化,还应在产品安装使用时给用户进 行指导和建议,合理正确地使用产品,才能保证 产品发挥好的效果,减少电量消耗,节约能源, 保护环境。 参考文献 [1]吴业正,韩宝琦.制冷原理及设备(第二版)【M].西安: 西安交通大学出版社,2006. 【2]吴扬,李长生,邓斌.采用小管径铜管空冷换热器的性 能成本分析研究(J).制冷技术,2010(2). 【3]刘金平,袁玉玲.管排数对翅片管蒸发器换热性能影响 的仿真计算(J).低温与超导,2011(13). 【4.周翔,黄东,董玉军,等.风量及制冷剂流量对翅片管 式蒸发器性能的影响(J).制冷与空调,2004,4(6). 高低而变化,水温越高能效比越低,而且更高的 水温也会使水箱保温散热加大。建议夏季或当用 户用水量较小时调低热水器设定温度,使热泵热 水机(器)在高效率区间运行。