空调冷热源的比较与设备的选择

DelilahMcm

摘 要：空调冷热源种类很广，不同种冷热源具备不同的性质，在选择和运用时要根据不同的情况，选择不同的热源，在选择热源时要综合各方面的因素，选择最佳的的冷热源。
关键词：空调；冷热源；优点；缺点；选择
1 冷热源类型
1.1 冷（热）水机组
电动压缩式冷（热）水机组：（1）往复式；（2）蜗旋式；（3）螺杆式；（4）离心式。溴化锂吸收式冷（热）水机组：（1）蒸汽型冷水机组；（2）热水型冷水机组；（3）直燃型冷（热）水机组。
1.2 热源
电力：（1）电热炉；（2）热泵。燃气、燃油、燃煤等矿物原料；可再生能源：如太阳能、地热能、河水等以及工业余热、生活废热。
1.3 热泵
从室外环境介质吸热并向室内放热，使室内空气升温的制冷系统。
2 各种冷热源优缺点
2.1 “冷水机组”加“换热器”
夏季用冷水机组制冷，冬季用锅炉烧热水供暖，也可以由热电厂或集中供热站供应蒸汽，经换热器转换成60℃热水，供空调机组。
优点：（1）初投资为各种系统最低的（房间空调器除外），供电总容量比水源热泵、多联机少。（2）运行费比蒸汽溴化锂机低。（3）主机寿命最长，按美国ASHRAE标准为23年。（4）由于制冷机和水泵以及冬季换热器全部集中在一个机房内，因此维保方便。
缺点：（1）系统庞大，不便于分户计量、分户控制和假日个别房间使用。可以另配几套多联机，保证加班多的房间使用，也可以采用多机头冷水机组或大小搭配，以满足低负荷的需求。（2）机房空间大，管道占空间多。（3）冷却塔有一定噪声，放裙房顶上时必须妥善处理。冷却塔也有损美观。
2.2 空气源热泵
冬季从室外空气中吸热并向室内放热，夏季则放热给室外空气。
优点：（1）冬夏共用，设备利用率高，不需另设锅炉房。（2）节水节能。由于不用冷却塔，节水。由于空气源热泵的能效比达3左右，因而与电采暖相比，只消耗1/3的电能。（3）结构紧凑，省去冷却塔、冷却水系统，节省投资与空间，避免军团菌的危害和冷却水处理的麻烦。（4）安装在室外，不占机房面积，节省土建投资。（5）模块组装，多机头，易于分区运行与控制。
缺点：（1）噪声大，影响周围建筑。（2）对冬季室外相对湿度较高的地区，盘管结霜较频繁，除霜间隔时间热泵停止供热，影响供暖效果，冬季供暖不易保证。（3）主机可靠性不如冷水机组，过去在冬季运行时经常有烧机现象。（4）初投资与寿命不如冷水机组。由于装在室外，日晒雨淋易于损坏，特别是江苏下雨天有l/3为酸雨，腐蚀严重，影响使用寿命。
2.3 “蒸汽溴化锂吸收式机组[3]”加“换热器”
夏季利用热电厂送来的蒸汽，通过溴化锂吸收式机组进行制冷，冬季通过换热器将蒸汽转换成60℃热水，供空调器使用。也可直接用溴化锂机供暖。
优点：（1）可以减少环境污染，防止臭氧层破坏，减轻温室效应。（2）合理使用能源，削减夏季电力高峰，不受缺电拉闸影响，还可减省电力贴费和减少变配电所投资。（3）溴化锂机组在低压下运行，比较安全。（4）除屏蔽泵外，没有其他运动部件，噪声为70-80dB（A），同时不必需防振基础，安装简单。（5）制冷量可在20%～100%的范围内进行无级调节，有利于部分负荷时的运行调节。（6）可以充分利用余热、废热等低位热能。（7）必要时可以安装在屋顶或室外，节省机房面积。
缺点：（1）与电动机组相比，溴化锂吸收式机组节电不节能，热力系数低，一次能耗蒸汽型为电动冷水机组的2倍。（2）与离心式、螺杆式制冷机相比，占地面积大，机房高度高，设备重量大。（3）排热量大，冷却塔和冷却水系统容量大。（4）机组气密性要求很高，只要逸入少量空气就会破坏真空度，导致机组性能大幅下降。但近几年我国几家大厂的产品已基本解决了这个问题。（5）溴化锂水溶液对碳钢的耐蚀性较强，因此做好钢板防腐蚀的处理和提高缓蚀剂性能是十分重要的。
2.4 “冰蓄冷空调系统[4]”加“换热器”
建筑物空调时（电网高峰）所需冷量的全部或者一部分在非使用空调时间（电网低谷）制备好，将其能量蓄存起来供空调时使用。
优点：（1）平衡电网峰谷负荷，减缓电厂和供配电设施的建设。（2）制冷主机容量减少，减少空调系统电力增容费和供配电设施费。（3）利用电网峰谷荷电力差价，降低空调运行费用。（4）冷冻水温度可降到l～4℃，可实现大温差、低温送风空调，节省水、风输送系统的投资和能耗。（5）相对湿度较低，空调品质提高。
缺点：（1）一次性投资比常现空调大20～40%。（2）蓄冰装置要占用较大的空间。（3）制冷蓄冰时主机效率比在空调工况下运行低。（4）设计、施工、调试和运行相对比较复杂。
2.5 多联机空调系统
多联机为制冷剂流量可变系统，室内机、室外机、制冷剂配管和控制装置组成。一台室外机可以配置不同规格、不同容量的室内外l-16台。通过控制涡旋式压缩机的制冷剂循环量和进入室内各换热器的制冷剂流量，适时满足室内冷热负荷要求，是一种可以根据室内负荷大小自动调系统容量的节能、高效的空调方式。目前有变频技术和数码涡旋技术两种。
优点：（1）制冷剂管传递冷（热）量为205kJ/kg，几乎是水的10倍和空气的20倍，因此管道细，容易布置。（2）便于分户控制与分户计量，各用户自己管理，互不干扰，方便，省能省钱。（3）省去传统中央空调庞大机房。地下室可用于停车场，层高也可降低。（4）随房屋使用先后，可分批分期安装，节省传统中央空调的投资。
缺点：（1）比传统中央空调系统，初投资高一些。（2）寿命只有中央空调的一半。（3）冬季供暖量不足。由于结霜除霜，部分时间停止供热。双大热泵的能效比低。（4）制冷剂管道多、长且接头多，施工不严格时易造成泄漏，难检修。（5）直接蒸当室内机，夏季送风温度低，易感冒。气流均匀性差。舒适性不如中央空调。室内控温不理想，有可能波动±2℃以上。
2.6 地源热泵（土壤热泵）
地源热泵包括地下水热泵、地表水热泵、土壤热源。地下水热泵是将井水汲出，通过水源热泵空调机中的换热器进行加热或冷却，再将井水回灌入井内。地表水热泵是将江、河、湖、海水吸出，通过水源热泵的换热器加热或冷却，再排回到江、河、湖、海中去。土壤热泵是将水环路理地下，以土壤作为吸热源和排热源。按照江苏省政策，地下水热泵难以实现。国土局大楼附近没有江、河、湖水可利用，因此地表水热泵也无法实现。对于土壤热泵的优缺点如下：
优点：（1）为可再生能源，经济有效的节能技术。可在夏冬季提供较低的冷凝温度和较高的蒸发温度。运行费用比传统中央空调可节省30%，耗电量为冷水机组加锅炉的60%。（2）环境效益好。污染物排放，比空气源热泵减少40%，比电供暖减少70%，制冷剂充灌量比常规空调减少25%。节省机房空间。（3）寿命长达20年。（4）使用灵活，可分户计量、分户控制、分期施工。
缺点：（1）初投资比冷水机组加锅炉高10～20%以上，如国际商城414元/m3，比传统中央空调高38%。（2）关键要解决好土壤冬夏季吸收热量和放热的平衡性，如果不平衡，必然造成土壤蓄热性变差。目前对土壤的能量平衡、热工性能、土壤中的传热、传湿和环境对土壤热工性能的影响等，还缺乏研究。导致北京己做的100多的工程，至少有20%是失败的。江苏仅处于试验阶段，不宜大量上马。
2.7 水环热泵
水环热泵是用一个循环水环路作为加热源和排热源。当环路中水的温度由于水环热泵空调机的放热（制冷运行时）使其温度超过一定值（35℃）时，环路中水将通过冷却塔将热量放给大气。当环路中水的温度由于水环热泵空调机的吸热（制热运行时）而使其温度低于一定值（l5℃）时，通常使用加热装置对循环水进行加热。水环热泵是一种介于中央空调与分散空调之间的优化空调能源方式。
优点：（1）节能。能效比高于空气源热泵。当建筑物制冷制热同时进行，能量在建筑物内部转移。运行费用最少，节能效果明显。（2）初投资成本较低。无集中的制冷机房、锅炉房、空调机房。所需风管少，减少楼层高度，无保温的循环水管系统，减少了材料费用。无需另设控制中心。（3）便于分户计量、分户控制，也便于分户使用。热泵发生故障不会互相影响。（4）使用灵活。新建大楼可先安装水环热泵的主管与支管，根据使用要求再分批安装机组。
缺点：（1）10KW制冷量以上的水环热泵噪声较大。（2）必须设置独立新风系统送入每个房间。（3）水环热泵多为暗装，必须同建筑和室内装潢紧密配合，维保麻烦。（4）总装机容量比常规中央空调系统要大，增大了变配电所的投资与贴费。
2.8 房间空调器
属分散式空调系统，舒适健康条件差，适合住宅家用，办公楼在建设经费紧张时也可考虑采用。
优点：（1）初投资最低，这是因为房间空调器的市场竞争激烈，售价特低。（2）运行费最低，每个房间可以独立操作，用则开，不用则关。（3）便于分户计量，分户控制，分户安装。任一台有故障不会影响其他用户。（4）采用变频型，可快速启动，室温稳定。（5）作为传统中央空调系统的补充，对某些常加班房间加装房间空调器。
缺点：（1）由于没有新风系统，只能开窗换气，卫生条件差。（2）室外机影响建筑立面美观。（3）气流组织不均衡，影响舒适性。（4）冬季供热条件差。（5）冷凝水滴水影响。（6）室外机有可能下机排热影响上机的使用（青蛙跳现象）。
3 空调冷热源的选择
3.1 影响空调冷热源方案决策的因素
要选择一个最优的设计方案，我们需要综合考虑各种因素的影响。一般情况下，选择冷热源方案时应考虑以下因素：
（1）初投资。不同冷热源方案的初投资有较大差别，在选择方案时应进行仔细的分析比较。（2）运行费用。其中包括运行能耗，运行管理费，设备维修费等。空调运行能耗在建筑能耗中占有很大比例，空调运行过程中的管理人员工资、设备故障维修费等都是应该在冷热源选择时考虑的因素。（3）环境影响。为了解决环境污染问题，保护环境已经成为我国的一项基本国策。（4）运行的可靠性、安全性、操作维护的方便程度、使用寿命。（5）机房面积，燃煤锅炉房要求的储煤、渣面积，储油条件等。（6）增容费。各城市根据其发展情况以及地理位置，对不同能源设定不同的增容费，而且数量一般也是比较大，因此也是项重要的考虑因素。
3.2 冷热源的选择依据
不仅包括系统自身的要求，而且还涉及工程所在地区的能源结构、价格、政策导向、环境保护、城市规划、建筑物用途、规模、冷热负荷、初投资、运行费用以及消防、安全和维护管理等许多问题。因此，这是一个技术、经济的综合比较过程，必须按安全性、可靠性、经济性、先进性、适用性的原则进行综合技术经济比较来确定。在进行冷热源选择论证时，应遵循一些基本原则。
（1）热源应优先采用城市、区域供热或工厂余热。高度集中的热源能效高，便于管理，有利于环保。（2）热源设备的选用应按照国家能源政策并符合环保、消防、安全技术规定，大中城市宜选用燃气、燃油锅炉，乡镇可选用燃煤锅炉。（3）若当地供电紧张，有热电站供热或有足够的冬季供暖锅炉，特别是有废热、余热可利用时，应优先选用溴化锂吸收式冷水机组作为冷源。（4）当地供电紧张，且有燃气供应，尤其是在实行分季计价而价格比较低廉的地区，可选用燃气锅炉、直燃型溴化锂吸收式冷（热）水机组作为冷热源。直燃型溴化锂吸收式冷（热）水机组与溴化锂吸收式冷水机组相比，具有热效率高，燃料消耗少，安全性好，可直接供冷或供热，初投资、运行费和占地面积少等优点，因此在同等条件下特别是夏季有廉价天然气可利用时，应优先选用直燃型溴化锂吸收式冷（热）水机组。（5）若当地无上述的区域供热或工厂余热，也没有燃气供应时，可采用燃煤、燃油锅炉供热，电动压缩式制冷机组供冷，或选用燃油型直燃式溴化锂吸收式制冷机作为冷热源。（6）若当地供电不紧张时，空调冷源应优先选用电力驱动的制冷机。（7）根据建筑物全年空调负荷分布规律和制冷机部分符合下的调节特性系数，合理选择制冷机的机型、台数和调解方式，提高制冷系统在部分负荷下的运行效率，以降低全年总能耗。（8）选用风冷型制冷机组还是水冷型制冷机组需因地制宜，因工程而异。一般大型工程宜选用水冷机组，小型工程或缺水地区宜选用风冷机组。（9）冷水机组一般选用2-4台，机组之间考虑互为备用和轮换使用的可能性。从便于维护管理的角度考虑，宜首先选用同类型同规格的机组，从节能角度考虑，可选用不同类型不同容量机组搭配方案。（10）具备多种能源的大型建筑，可采用复合能源供冷、供热。当影响能源价格因素比较多，很难确定利用某种能源最经济时，配置不同能源的机组通常是最稳妥的方案。（11）夏热冬冷地区、干旱缺水地区的中小型建筑，可采用空气源热泵或地下埋管式地源。
实际上，可选择的方案远不止这些。在空调冷热源方案的选择中，需要在各目标之间进行折中分析，要协调矛盾，权衡利弊，进行综合考虑。
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