超高层中央空调设备选型及技术经济对比.doc

超高层中央空调设备选型及技术经济对比 本文主要针对超高层的商用建筑采用各种中央空调做出对比分析。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。二、主要品牌介绍目前，欧美系中央空调主要是以水冷机为主，主要品牌有约克、开利、特灵、麦克维尔。日系中央空调主要是以风冷机为主，主要品牌有大金、三菱、日立。国产品牌主要有格力、美的、远大、志高等，由于其市场定位多为家用，且档次较低这里暂不做考虑。三、主要系统介绍、分类及特点中央空调种类很多，按冷凝方式有风冷和水冷两大类，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。按冷（源）热载体有冷媒系统（氟系统）和水系统两大类，其中冷媒系统由室外机、室内主机、送风管道、各个房间的风口和调节阀组成。水系统由室外机、水管道、循环水泵、各个室内的末端（风机盘管、明装）组成。目前常用的商用中央空调形式主要有：溴化锂机组、水冷螺杆（离心）、多联机（VRV）空调机组、风冷模块、风冷螺杆、离心机等。下面介绍几种主要空调系统：1、多联机组空调系统（VRV）1、多联机组（VRV）一般分两大类：一台室外机与一组室内机（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外机（多元VRV空调系统）。2、按机冷却形式分：风冷多联机、水冷多联机3、按压缩机形式分：变频多联机（日系）、数码涡旋多联机（欧美）。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； 3、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。4、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 5、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%。6、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：1000-20000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。 单元模块式风冷热泵空调主机图片 模块式风冷热泵空调主机效果图四、 主要中央空调系统比较VAV变风量空调系统与风机盘管+新风空调系统之对比比较内容VAV变风量空调系统风机盘管系统1系统原理属于全空气系统,通过改变送风量而维持室内恒温的空调系统，可调送风量。根据天气情况，可自动调节新风量。属于空气水系统，通过控制水路上的电磁阀进行温度控制。根据卫生标准，全年固定15%新风量。2空调室内空气品质根据环境温度情况，新风可以在10%-100%内调节，空气质量非常好。可以加湿（冬季加热工况特别重要）。空气品质好是变风量空调的主要特性。只能固定在15%的新风量。不能加湿。3节能性节能是变风量空调的主要特性1、 能利用新风节能。在过渡季节，可以利用新风进行节能，其节能效果根据不同地区有所区别。2、 能实现变风量节能。通过改变房间送风量,而节约风机的能耗。定静压控制可获得30%以上,变静压控制可获得60%以上的风机节能效果。不能改变新风量，不能利用新风制冷。无节能效果。4适应性1、由于新风量可变,能适应办公室抽烟。2、能适应非典时期全新风运行的特殊卫生要求。由于新风量固定(15%),不能适应办公室抽烟及非典时期全新风运行的特殊卫生要求.5可维修性由于主要需维修的设备均在一个独立的空调机房，因此维修方便。在每个房间都有风机盘管，很多维护工作需要在房间吊顶内完成。6环境由于是全空气系统，办公室内完全不会出现漏水的情况。每间办公室都有冷热水管和冷凝水管，可能出现漏水，这是风机盘管空调系统一个比较大的问题。7维护维护人员只需到空调机房进行清洗过滤器和设备维护。维护人员必须每到一个办公室进行清洗过滤器和设备维护，维护点很多。8室内噪声1、如采用标准型（单风道）因室内末端无风机（只有风口），故室内噪声极低，比风机盘管噪声低很多。2、如果采用特殊型（风机动力型），则噪声与风机盘管相同。风机盘管中有旋转部分（风机、电机），故有一定噪声。9中央控制能实现功能非常强大的中央集中控制（如定时开关机等），也可以就地控制。不能实现集中监控，只能在各个房间手动控制。10装修分隔空调末端送风可以用软接，可灵活适应装修分隔不能适应装修分隔调整11施工要求施工方便。供给机组的水系统管道保温严格保证施工质量，防止系统运转时产生凝结水，施工要求高。12系统组成VAVBOX设备，周边控制设备，DDC控制器，风管材料，控制电线及安装附件等。风机盘管，新风机组，周边控制设备，温控器，风管材料，水管材料，控制电线及安装附件等。13初投资投资费用比风机盘管系统高22%左右投资费用最低，这是风机盘管最大的优点。14占地面积在每层楼中需要一间1020m2左右的专用机房。无需专用机房。15应用情况在美国有70%的空调采用此方式，在中国主要是在上海、北京、广州等地采用，内地较少使用。价格低廉，在中国大量普遍使用。VAV变风量空调系统与VRV变频多联机系统之对比比较VAV变风量空调系统VRV变频多联机系统1空调室内空气品质根据环境温度情况,新风可以在10%-100%内调节,空气质量非常好.可以加湿(冬季加热工况特别重要),可满足抽烟及非典时期全新风运行的特殊卫生要求,空气品质好是变风量空调的主要特征。只能固定在15%的新风量，不能加湿，不能满足抽烟及非典时期全新风运行的特殊卫生要求。2节能1、能利用新风节能2、能实现变风量节能。3、可使用大型制冷机或综合冷热源，COP性能系数较高。节能是变风量空调的主要特性。1、不能改变新风量，节能效果不好。2、不能使用大型制冷机或综合冷热源，COP性能系数较低。3适应性由于新风量可变,能适应办公室抽烟。由于新风量固定（15%），不允许抽烟。4可维修性由于主要需维修的设备均在空调机房，因此维修方便。由于氟管道全部在吊顶内，而且是多联机（也就是说一台主机联有大量室内机），一旦氟管有一漏点，检查故障极其困难，一些装修将有可能完全无法修理（除非大量破坏装修）这是VRV系统最大的问题。5环境办公室内不会出现漏水。有冷凝水管，可能出现漏水。6维护维护人员只需到空调机房进行了清洗和设备维护。维护人员必须到每一个办化验室进行清洗和设备维护。7室内噪声因室内末端无风机，故室内噪声极低。因室内机有风机，故室内噪声较高。8中央控制能实现功能非常强大的中央集中控制（如定时开关机等），也可以就地控制。可实现一般的中央集中控制，但功能不强，操作不便。9室内外机高度差的影响性能完全不受影响。制冷量和效率都受较大影响。10施工工艺一般要求。极高要求。11装修分隔空调末端送风为软接，可灵活适应装修分隔。不能适应装修分隔调整。12运行灵活性在极少房间使用时不如VRV好。在极少房间使用时，运行灵活（可以开最少的机器），这是VRV系统是主要的优点。13初投资投资费用较大，但比VRV略低。投资费用较大。各种系统的方案比较一览表面积：20000平方米（案例）方案对比内容方案一水冷冷水机组+电锅炉方案二水冷冷水机组+燃油锅炉方案三水源热泵机组方案四溴化锂直然机方案五VRV多联机系统方案六风冷热泵系统总投资480万520万480万600万800万560万运行费用39元/m230-55元/m212-25元/m240-78元/m230元/m217-35元/m2冷却塔的水耗冷却水系统为开式系统存在着细菌滋生“军团病”等现象对于环保不利，且存在漂水现象，造成了无偿的水耗。冷却水系统为开式系统存在着细菌滋生“军团病”等现象对于环保不利，且存在漂水现象，造成了无偿的水耗。整个系统为闭式循环系统，主要提取地下衡温水中的冷、热量，不消耗水量，水只作为载体。冷却水的消耗量大。冷却水系统为开式系统存在着细菌滋生“军团病”等现象对于环保不利，且存在漂水现象，造成了无偿的水耗以二万平米的已建成项目的实测数据为例其水耗为12t/h风冷主机的冷凝器是用风来冷却的，不存在冷却水的消耗风冷主机的冷凝器是用风来冷却的，不存在冷却水的消耗。整个空调水系统也采用闭式结构。施工方面系统复杂，机房附属设备多，需安装锅炉设备系统复杂，机房附属设备多，需安装锅炉设备系统复杂，需要大若干抽水和回水井，受施工条件限制，施工难度较大， 系统复杂，施工有一定难度系统复杂，由于制冷剂直接进入室内末端，制冷剂流经管路焊接工艺要求高系统简单，施工方便机房面积需室内机房，设专门的锅炉房需室内机房，设专门的锅炉房机房占地面积小，可设在地下室需室内机房，机组庞大，机房占地面积较大，而且由于直然机机组本身特点，机房需要一定的特定要求。主机设备安放于建筑物的顶部，无需专用机房无需专用机房，主机及附属设备可以直接放置于建筑物的地面或顶部即可冷热源占地需设冷冻站和锅炉房，面积较大，冷却塔占用屋顶面积，需要较大的电负荷需设冷冻站和锅炉房，面积较大，冷却塔要占屋顶面积，储油设备需占地，要求一定安全间距需室内机房，机组通过与地下水进行热交换来制冷、供热，所以需要大若干专用水井，水井需要一定间距，水井距离建筑物也有一定要求。水井上访一定范围内的空地不能建造建筑物，只能停放车辆。需专用机房，冷却塔要占用屋顶面积，需要较大的电负荷占用屋顶面积占用屋顶面积运行管理人员需要专人日常维护需要专人日常维护主机的控制模式同样采用电脑控制，但由于水源水系统较比复杂，需有专人定时巡察，因此日常维护人员要配备12人。需要专人日常维护，要有1-2人溴化锂机组很熟悉及相关专业（制冷专业），除专业人员外还要有三个班次的日常维护人员。无需专人维护，但是由于制冷剂管路长，冲注量大，所以极易泄漏，而且维修不便，工艺要求高主机的控制模式采用电脑控制，无须专人看守，也无须专业人员（制冷专业）的维护，节省了日常费用及开支。能量衰减无无无由于溴化锂溶液有较强的吸湿性，易造成溴化锂溶液稀释，一般每年都有10-20%冷量衰减由于氟里昂直接进入室内机蒸发制冷，将不可避免的将压缩机内的润滑油带入室内，所以VRV运行一段时间后必须反向运转，以便回油无职能部门不需要进行消防、安全部门的检查需要进行消防、安全部门的检查不需要进行消防、安全部门的检查需要进行消防、安全部门的检查不需要进行消防、安全部门的检查不需要进行消防、安全部门的检查机组调节依据所配机组的压缩机台数递增调节依据所配机组的压缩机台数递增调节依据所配机组的压缩机台数递增调节制冷量小于150万大卡，三级调节5%100%之间变频调节依据所配机组的压缩机台数递增调节使用寿命冷水机组20年电锅炉15年冷水机组20年燃油锅炉10年15-20年8-10年溴化锂溶液对普通碳钢有较强腐蚀性影响机组的寿命及正常运行15年左右15-20年五、关于VRV变流量空调系统与中央空调（冷水机组）系统比较一、工作原理1、VRV多联空调系统VRV多联空调系统是由一台室外机通过冷媒铜管连接多台室内机组成,俗称为一拖多中央空调系统。该系统采用冷媒直接蒸发对室内空气进行冷却处理，不存在二次换热，效率高。2、中央空调系统该系统通常由冷水机组、冷水循环系统、冷却水循环系统（风冷冷水机组无需该系统）、以及末端空气处理设备，如空气处理机组、风机盘管等组成。系统载冷介质通常为冷水，即首先在冷水机组蒸发器内通过冷媒蒸发吸收热量产出冷水，完成第一次热交换；冷水机组产出的冷水通过冷水循环系统管路输送到末端空气处理设备，冷水通过末端空气处理设备的热交换盘管与室内空气再次发生热交换，即二次热交换，从而达到调节室内空气温度的目的；该系统由于存在二次换热，故降低了部分效率。二、系统设计1、VRV多联空调系统VRV多联空调系统的系统组成仅通过冷媒管道把室外机与若干台室内机连接，同时用控制线路将各室内机与室外机控制线路板相连接，即能组成完整的系统。由于整个系统的控制技术都集中于设备本身，故该系统设计简单。2、中央空调系统中央空调系统由冷水机组、冷水循环系统、冷却水循环系统（风冷冷水机组无需该系统）、以及末端空气处理设备，如空气处理机组、风机盘管等组成。该系统有比较复杂的冷水循环系统、冷却水系统，尤其是要达到管路水流量、压力的精确控制，整个系统还需设置平衡阀、压力控制器等管路附件。故该系统设计较为复杂。三、系统施工安装1、VRV多联空调系统1)系统结构简单，仅需将室内外机通过冷媒铜管及控制线相连接，施工简单、快捷，所需安装周期短。2)室内机款式多样，外型尺寸非常精巧，可针对房间装修风格，分别采用嵌入式、内藏风管式，使室内机与房间装潢紧密配合。而且冷媒连接管管径较小，室内机自身附带冷凝排水泵，可提高冷凝水管的安装高度，这样可以大大节省吊顶空间，和水系统中央空调相比可节省约400mm的吊顶高度。3)室内、外机的配管长度可达150m甚至更大，所以室外机可根据项目实际情况灵活摆放。2、中央空调系统(1)系统除冷水主机外，还需复杂的冷水循环系统、冷却水系统（如有）及末端空气处理设备安装，施工较复杂。故所需安装周期较长。(2)水系统管路管径、风管管径较大，且室内机款式单一，通常不配备冷凝水泵，不利配合室内装潢，所需较大的安装空间。四、系统控制1、VRV多联空调系统该系统通过控制管理软件能真正精确的做到每个房间实行独立控制，且能做到电费独立计量，便于管理；且整个系统可以通过集中控制器实现集中控制或远程控制。2、中央空调系统中央空调系统只要有一个房间使用空调，其冷水机组、循环水泵及辅助设备也都要投入使用，难实现每个房间独立控制，很难真正做到电费独立计量，不便管理。系统若要实现集中控制则需增加BA系统。五、工程应用实例现以一建筑面积约4000m2的会所建筑为例对两种空调方式作一比较，仅供参考。方案一：VRV多联空调系统。方案二：水冷螺杆式冷水机组+新风处理机组+风机盘管系统。1、一次性投资比较方案一：VRV多联空调系统投资约为180万元左右。(含设备、安装、材料) 方案二：水冷螺杆式冷水机组中央空调系统140万元左右。(含设备、安装、材料)2、耗电指标方案一：VRV多联空调系统设计负荷为530KW，总输入功率：194kw 方案二：水冷螺杆式冷水机组设计负荷为530KW,总输入功率：185kw主机：120kw*1台120kw；冷冻泵二台12kw*2台24kw；冷却泵二台13kw*2台26kw；冷却塔一台4kw*1台4kw；盘管末端总功率：11kw。3、年运行费计算条件：电费按1元/度。180个工作日（每月以30天计算，每天工作时间按10小时计算），而水系统循环水泵需24小时不能停止运行；另外，由于VRV多联空调系统可实现10100%的能量调节方式输出，此项目为会所使用，空调实际开启率通常为80%，这很大的程度上节省了能量损失。方案一：年耗电费用：279360元 方案二：年耗电费用：3