中央空调设备选型及技术经济对比分析

中央空调设备选型及技术经济对比分析 本文主要针对 500020000m2 的中小型商用建筑是采用各种空调做出 对比分析。 一、概况 中央空调的工作原理，是利用冷媒（传输热量的媒质叫冷媒）的 物理原理，把室内的热量带到室外去达到制冷制热的效果。 中央空调由有一台主机通过风道送风或通过冷热水管连接多 个末端的方式来控制不同的房间以达到室内空气调节目的的空调 。采用风管送风方式，用一台主机即可控制多个不同房间或区域 的空气调节，并并且可引入新风，有效改善室内空气质量，预防 空调病的发生。中央空调的最突出特点是产生舒适的居住环境。 中央空调种类很多，按冷凝方式有风冷和水冷二大类，其中风冷又分涡旋 式、螺杆式、活塞式等；水冷又分螺杆式、吸收式、活塞式和离心式等；其 区别在于水冷式空调的冷凝器采用冷却水来冷却，而风冷式直接用风来冷却 室外机的冷凝器，不需要冷却水塔。目前风冷使用比较多的是风冷摸块涡旋 式和风冷螺杆式二大种；水冷比较常用的是螺杆式、离心式、溴化锂吸收式 三种。以冷（热）源载体一般分为冷媒系统和水系统两大类，冷媒系统俗称 “氟系统”，室外机与室内机之间采用铜管相连，而铜管内部通过的是冷媒介 质（以前的是氟利昂，现在用的称为 R410a、R407C),所以称为氟系统；系 统由室外机、室内主机、送风管道以及各个房间的风口和调节阀等组成。水 系统，室外机与室内机之间采用水管相连，水管内部通过的是水，即以水为 媒介所以称之为水系统，系统由室外机、水管道、循环水泵及各个室内的末 端（风机盘管、明装等）组成。 目前常见的商用中央空调形式有：溴化锂机组、水冷螺杆机组、多联 RVR 空调机组 、风冷模块、风冷螺杆机、离心机等。 二、目前主要的中央空调技术: 1、多联 VRV 空调机组 工作原理 其工作原理是通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内换热器的制冷 剂流量，通过控制室内外换热器的风扇转速，适时地满足室内冷热负荷要求 的高效率冷剂空调系统。一般都采用变频压缩机、多极压缩机、卸载压缩机 或多台压缩机组合来实现压缩机容量控制。 多联机 VRV 空调系统图 多联机俗称”一拖多” ，其主导思想是 “变频、一拖多和多拖多 ”，指的 是一台室外机通过配管连接两台或两台以上室内机，室外侧采用风冷换热形 式、室内侧采用直接蒸发换热形式的一次制冷剂空调系统。在多联机 VRV 空调系统中，一台室外机与一组室内机（一般可达 50 台）相连的系统称为 单元 VRV 空调系统或变频空调器；一台或多台室外机与多台室内机相连的 系统称为多元 VRV 空调系统。多联机分类按外机冷却形式分类，主要有风 冷多联机和水冷多联机两种；按压缩机形式分类，主要有变频多联和数码涡 旋多联两种。目前在中小型建筑和部分公共建筑中得到日益广泛的应用。 2 多联机 VRV 空调系统特点 控制先进，运行可靠，节约能源、运行费用低，节省占用空间， 设备在运行过程中,无须专人进行维护,有效地减少设备维保费用。 机组适应性好，制冷制热温度范围宽，但送回风温差大，空气干 燥度高，导致舒适性差； 设备造价高，VRV 系统接点多，容易导致氟利昂的泄漏，同时也会因 此形成冰堵，阻碍制冷剂的循环，影响机组制冷（热），且制冷泄漏 不易察觉，维修难度大； 2、水冷 螺杆机组中央空调系统； 工作原理 螺杆机组的核心是采用螺杆式压缩机，该压缩机是一种回转式的容积式 气体压缩机，能在低蒸发温度或高压缩比工况下可单级压缩，通过滑阀装置， 使制冷量可在 10100范围内进行调节。其系统由蒸发器、螺杆式制冷压 缩机、冷凝器和节流装置 4 大部件组成封闭式工作系统，在满液式或卧壳式 蒸发器中，制冷剂液体在较低的饱和温度、压力状态下，吸收进入蒸发器传 热管内冷水的热量而沸腾气化，相对的使管内冷水出水温度下降 7，通过管 道输送提供给室内气-水热交换器冷却送风，达到制冷的目的。水冷螺杆式 冷水机组不具备制热制热功能，要制热功能还需另外配置锅炉等加热装置。 水冷螺杆式冷水机组单机制冷量从 150 到 4000KW，适用于中、大型工程。 系统特点： 螺杆机组 COP 值较高，但通过水载体输送到客户末端，有一定的冷量 损失，而且只能实现单冷，制热还需另外配置锅炉等加热装置，需要专用机 房和锅炉房，还需专人值守； 初投资较低，运行费用高。 它具有结构紧凑、体积小、重量轻、占地面积小、操作维护方便、运 转平稳待优点，因而获得了广泛的应用。 3、风冷热泵螺杆机组 工作原理 风冷螺杆热泵机组与水冷螺杆机组的工作原理类似，不同的是风冷螺杆 热泵机组是以空气作为冷热源，通过风机冷却主机冷凝器制冷剂后，制冷剂 在主蒸发器里吸收媒介水的热量，使媒介水变成低温冷冻水（或温水），冷 冻水（或温水）用水泵循环至室内末端装置，在末端装置处冷（热）水与室 内空气进行热量交换。而水冷机组是由冷却水来冷却冷凝器的，即冷却塔。 同时风冷螺杆式热泵机组在 机 组 内 部 至 少 增 加 了 一 个 四 通 换 向 阀 ， 做 为 制 冷 或 制 热 的 功 能 切 换 。 空调机组安装时直接置于屋顶或室外空间，无需专 用机房、冷却塔、冷却水泵、冷却水系统，热泵型机组还可以代替热水锅炉 取暖。单机制冷量从 253kW 到 1165kW 能够满足各种环境的需要，适用 于各种商用和民用建筑，如商场、餐厅、办公楼、宾馆、住宅等。 图 1-1 水冷螺杆式机组安装示意图 图 1-2 风冷螺杆式机组安装示意图 风冷热泵螺杆机组特点 运行宁静、安全可靠，风机电机的防护等级达到 IP54，可防尘、防 水，使用安全可靠。 安装方便，不需要冷却塔、冷却水泵及专用机房。可安装于屋顶、地 面等室外地方。 采用智能化微电脑程序控制，具有强劲的温度调节能力，稳定可靠， 节能低噪。 图三、风冷螺杆机机组图片 4、溴化锂吸收式冷水机组： 工作原理 以热能为动力，以水为制冷剂，以溴化锂溶液为吸收剂，制取 0以上 的冷媒水。吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器组成。当 溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水加热后，溶液中的水不断汽化；水蒸气 进入冷凝器，被冷却水降温后凝结；随着水的不断汽化，发生器内的溶液浓 度不断升高，进入吸收器；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速 膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降 温制冷的目的；在此过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的浓溴化 锂溶液吸收，溶液浓度逐步降低，由溶液泵送回发生器，完成整个循环。 吸收式冷水机组常见的有直燃型、蒸汽型、热水型三类。其冷量范围为 230 到 5800KW，适用于中型、大型、特大工程。 系统特点： 直燃型溴化锂空调系统，需要专用机房和储油罐。 系统复杂，维护保养要求也高，因此必须配专人管理和维护。 系统初投资较低，但运行费和维护保养费用高，机组能耗高。 空调效率高。但系统对气密性要求高，即使漏入微量的空气也会影响 冷水机组的性能，一般制冷量年衰减量高达 1020%。 5、风冷热泵模块空调机组 工作原理 风冷热泵机组的输送介质通常为水溶液。它是由室外主机产生空调冷、 热水，由管路系统输送至室内的各末端装置；在末端装置冷热交换产生出冷、 热风，以维持室内较舒适的温度。 所谓模块机其实就是一种控制方式，模块式风冷冷水机组是由各个独立 的单元风冷热泵机组组合而成，靠机组的运行台数或压缩机的运行个数来进 行能量调节，一般以一个压缩机为一个控制模块，根据交换效果来控制压缩 机的投入或退出，控制系统能根据每台机组的运行时间自动调节机组起停。 风冷模块式机组每个模块均有两套独立的工作系统，如果其中一套系统有故 障，不会影响其它系统的正常运行，而且可不停机进行维修，整个空调系统 不会受到影响，可靠性强。目前用于风冷热泵的压缩机型式主要有活塞式、 涡旋式、螺杆式三种型式。模块机组每个单元模块的名义制冷量不同，有 40kw、60kw、80kw 和 120kw 可选，通过组合 1-8 个相同或不同的单元模块， 构成制冷量在 40-960kw 范围的空调机组，能够满足各种环境的需要。广泛 应用于新建的大小工业与民用建筑空调工程。适用场所如：1000-2 0000 的宾馆、酒店、餐厅、办公大楼、商场超市、影院、体育馆、医院及厂房等 各类建筑。 机组特点： （1）各模块单元既可串联并联安装又可独立安装使用，适用于不同场所。 应用范围广、空间伸缩性强。可根据用户需要组合模块单元的数量，能量适 用范围广。 （2） 模块化机组的可靠性高，该风冷热泵机组由数个模块组成，任何 模块的临时检修停运都不会影响整机的正常运行，大大提高了整个空调系统 的合理性和可靠性。 （3）风冷模块机组可任意放置屋顶或地面，没有机房设施和冷却水塔 系统，不占用有效使用面积。同时安装施工工作大为简便。 （4）由于风冷模块机组在运行过程中是全电脑自动控制，所以日常不 需要专业技术人员管理， （5）投入或退出的电功率较小，比较节能，对局部电网冲击小。 （6）初投资较高，运行费用适中，维修、保养方便，缺点是占地面积 大。 （7）能效比低于水冷换热方式风 冷 热 泵 机 组 ， 受环境温度的影响较大， 环 境 温 度 低 于 -5 一 般 需增加辅助电加热。 3、单元模块式风冷热泵空调主机图片 2、模块式风冷热泵空调主机效果图 四、项目概况 北区商务中心，总建筑面积为 15023，建筑物总高度为 23.4 米；其中 地下 1 层面积为 3574，地上 4 层总面积为 11449，其中 1、2、3 层层高 为 4.5 米、4 层 9.9 米。一层建筑面积 3234.3，功能分区为餐厅、商铺、 超市；二层面积为 2732.9，内设棋牌室、足浴中心；三、四层为电影院及 配套小超市，总面积为 4978.4。 根据项目实际情况，考虑到商务中心三、四层电影院已有合作单位，而 一、二层还没有具体合作单位，现设计规划的功能分区，后期变数较大；同 时因各服务场所，所需冷热负荷的时间不一致，因此根据实际情况，拟提出 以下二种空调方案。 方案一、选用 2 台风冷热泵螺杆冷热水机组，互为备用，负荷较小时， 开一台机组，负荷较大时，2 台机组同时开启。 优点：空调效率较高。 缺点：不节能，可靠性较低。 方案二、2 台风冷热模块机组和一台风冷热泵螺杆冷热水机， 根据功能分区，一、二层选用 2 组风冷热模块机组，各楼层一台，2 台 机组中间安装阀门，平时独立运行，故障是互为备用。三、四层电影因冷热 负荷较大，选用一台高效率风冷热泵螺杆冷热水机，机组采用双机头机组， 互为备用，负荷较小时，开一台机组，负荷较大时，2 台机组同时开启。 优点：空调效率较高，节能，可靠性较高。 缺点：设备造价较高。 五、总结 中央空调制冷系统的选择，应根据负荷大小、能源提供方式、便利程度、 等多种客观条件决定。任何一种冷冻站方案都不能尽善尽美，工程中要因地 制宜，既要考虑冷冻站的初投资、运行费等经济性能，也要考虑冷冻站的噪 声、振动、运行、操作、维护管理等技术性能，与工程整体及周围环境相协 调；既要考虑当前投资效益，也要考虑长远利益，合理选择中央空调方案。 经综合考虑建议本工程选用方案 2。 三、技术经济对比 空调 方案 适用性 可行性 可靠性 效率 投资 能耗 运行费用 操作管理的方便性 环境影响 舒适性 使用寿 命 控制 水冷螺杆式 冷水机锅 炉 单机容量大， 适用于大中 型工程 系统效率随环境 温度的波动很小， 制冷效率高 因单台机组， 可靠性低， 对电网冲击 大 制冷效率 高，制热 效率较低 初投资低， 系统相对 复杂 能效较 高 耗电量大， 运行费用 最高， 需定期进行维护， 维护管理非常麻烦， 需配备专业技术人 员， 机房面积最 大，需配备 专业操作人 员 噪声大、 振动大。 室内舒适 性好， 1520 电脑自动控制， 自动保护,负荷自 动调节,操作简单, 风冷热泵螺 杆式冷（热） 水机 单机容量较 小，适用于 中小型工程 冬季供热受室外 气温影响较大， 需增辅助加热， 多台压缩机 组合。运行 可靠， 制冷效率 较高 机组价格 高 能效较 高 耗电量大， 运行费用 最较低， 需定期进行维护， 操作管理方便 可放置在屋 顶或室外地 坪上，无需 机房， 噪声振动 较小，室 内舒适性 好， 1520 电脑自动控制， 自动保护,负荷自 动调节,操作简单, 直燃型溴化 锂吸收式冷 热水机组 单机容量大， 适用于大中 型工程 无振动、无磨损， 运行稳定可靠， 转动部件少， 故障率低， 运行可靠， 制冷、制 热效率高 价格较高， 系统相对 复杂 高能耗， 耗电量很 少，运行 费用最高， 需定期进行维护， 维护管理比较简单， 需配备专业技术人 员， 对大气环境 污染较少 噪声小， 振动小。 室内舒适 性好， 1015 电脑自动控制， 自动保护,负荷自 动调节,操作简单, 制冷量调节方便 模块化风冷 热泵 单机容量较 小，适用于 中小型工程 冬季供热受室外 气温影响较大， 需增辅助加热， 并联技术， 稳定可靠， 可靠性高 制冷、制 热效率较 高 初投资低， 系统相对 简单 并联技 术、高 效节能 耗电量较 大，运行 费用适