空调制冷机组的性能及经济性分析

1、空调制冷机组的性能及经济性分析王玉峰 邵宗义(北京建筑工程学院，北京 100044)摘 要 随着人们对生活、工作环境要求的提高，空调已经成为我们生活中必不可少的一部分，但是，随着空调的广泛应用，空调能耗成为我们必须关注的问题，因此，合理的选择空调配置方案成为我们研究的重点。本文从设计、技术及经济性角度，分别对各种制冷机组的特性和适用范围进行了分析研究，并通过对工程实例的分析，对多种制冷机组的选型及经济性等作了全方位的分析，从而为制冷机房的设计和运行管理提供可借鉴的工程经验。关键词 空调 制冷机组 性能 设计THE ANALYSIS OF AIR CONDITIONING REFRIGERATI

2、ON CHILLERIN PERFORMANCE AND ECONOMIC ANALYSISWang Yufeng Shao Zongyi(Beijing University of Civil Engineering & Architecture，Beijing 100044)Abstract With the development of life level, air-conditioning has become an indispensable part of life. However, with the extensive use of air-conditioning,

3、 air-conditioning energy consumption becomes a popular concerned problem,. Therefore, a reasonable choice of air-conditioning configuration program has become the focus of our research.In this paper, we study the the characteristics of various refrigeration units and the scope of application, throug

4、h designing, technical and economic point of view, respectively. We analyzed the pathways of joint of the HVAC system、 selecting and madding all-round economic analysis, in order to offer more useful tips for the design and operation management of the project.Keywords Air conditioning Rrefrigeration

5、 unit Performance Design目前，在国内，空调制冷机组容量、台数及型0 引言 号的选择，往往只是根据经验估算确定，这样，就造成了初投资和运行费用的增加，有些机组常年低随着经济的快速发展与人们对工作、生活环境要负荷运行或闲置，制冷效率低下。产生这种现象的求的提高，空调已经成为了我们生活不可缺少的一部重要原因是：设计人员没有很好的理解和把握负荷分。然而，对于一座配备中央空调的建筑物来说，空变化的规律，他们只是根据设计最大负荷来选制冷调的能耗将达到建筑物能耗的50%左右，因此，合机组，而没有考虑该工程全年的负荷特性，这样，理的选择中央空调配制方案，提高能源利用率，减少就使制冷机组

6、常年低负荷运行。初投资和运行费用就成为了我们关注的焦点。所以，在确定空调配置方案前，对外部环境、制冷机组的类型特点及经济性进行分析比较是必不可少的。为了探讨适合的空调冷热源形式，本文从设计、技术及经济性三个角度来对空调冷热源进行分析，为实际工程设计提供参考依据。1 设计过程分析 图1 北京某宾馆全年负荷时频图 作者简介：王玉峰，（1982- ），女，在读硕士897图1为北京某宾馆的全年负荷时频图，由图可知，制冷机组在全年80%以上的时间都不是最大负荷运行，其中大部分时间的运行负荷不足最大负荷的50%，且对夏季空调供冷整体的负荷分析可知，最大负荷运行的时间也是比较少的。因此，在空调系统制冷机组的

7、选择上，要充分考虑室外环境及全年空调负荷的动态变化情况，从而能合理、可行、经济的选择制冷机组的容量和台数。2技术性分析在空调冷热源的选择上，应充分了解各种制冷机组的形式、适用范围、各自的优缺点等也是十分必要的。制冷机组按常规分为电制冷机组（如：（活塞式、螺杆式、离心式）冷水机组或热泵机组）和吸收式制冷机组（以溴化锂制冷机组为例）。图3 螺杆式压缩机功耗和负荷的关系2.1 电制冷机组活塞式冷水机组是一种最早应用于空调工程中的机型，它是一种中小型制冷机组，单机组最大制冷量约为1160KW。活塞式制冷机组具有结构紧凑、占地面积小、操作简单、管理方便等优点，可为空调系统提供512左右的冷水，适合于负荷

8、比较分散的建筑群以及制冷量小于580kW的中小型空调系统应用。与活塞式、离心式机组相比，螺杆式冷水机组一般应用于中型制冷量范围。按组装压缩机台数，可分为单机头冷水机组和双机头冷水机组。值得注意的是，近年来，由于新齿形的发明、合成式润滑油的发明、经济器的应用以及其内容积比可调等技术的应用，使机组效率大幅度的提高，同时，再加上螺杆式冷水机组结构紧凑、运行平稳、冷量能无级调节、易损部件少等优点，使其使用范围愈来愈广。图2 螺杆式压缩机容积和负荷的关系离心式冷水机组是大、中型工程中应用最多的机型，尤其是单机制冷量在1000kW以上时，宜选用离心式机组。该机组具有叶轮转速高、压缩机输气量大、结构紧凑、运

9、行平稳、质量轻、振动小、噪声较低、能实现无级调节、单机制冷量较大，在部分负荷下能效比较高等特点，这就使其有更广泛的应用范围。在离心式冷水机组处于低负荷运行时，压缩机的导叶开度减小，制冷剂的循环流量降低，压缩机排气量随之减少；当流量达到某最小值时，制冷剂通过叶轮流道的能量损失最大，流道内出现气流旋转脱离，流动状况严重恶化，导致周期性的振动，即喘振。所以，在运行中，保持冷凝压力和蒸发压力稳定，既使其制冷量在25%100%之间进行无级调节，是防止喘振的重要措施。离心式冷水机组和螺杆式冷水机组类似，都可以实现部分负荷运行，但离心式机组通过进口节流调节和旁通调节的方式，不经济。变速调节虽然是最经济的一种

10、调节方式，但是它的适用范围较小，只适用于压缩机的电机转速可变的情况。通常用进口导流叶片调节，这种方式使制冷量在25%100%范围内变动，其经济性也是介于变速调节和进口节898流调节之间。3 经济性分析在充分了解上述各种制冷机组的性能后，要将这些应用到实际工程中，这样才更有实用价值。在通常情况下，选用何种机组，需要对初投资、运行费用及使用寿命等进行比较后确定，为了能更好的说明问题，下面就以北京某办公大楼为例，比较各自的经济性。本工程为北京某办公大楼，建筑面积12000m2，夏季设计空调冷负荷为1440kW，且为了满足生活热水需求，需要蒸汽1t/h。现选择方案如下表1。表1 方案主要设备台数项目数

11、量制冷机组或直燃型冷热水机组2台锅炉或热交换器 2台冷水泵 3台冷却水泵3台热水循环泵 3台2.2 溴化锂直燃吸收式冷水机组该制冷机组耗电少，不用 CFC,可供冷和供热，还可提供卫生用热水，这在目前国内电力供应仍较紧缺的情况下具有特别明显的优势。 另外，它的主要工作设备除泵以外几乎均为非转动部件，大大减少了机组的振动和噪音， 因此近年来国内特别是内地溴化锂机的使用较为广泛。 其中尤其以燃油、燃气为能源的直燃式溴化锂空调机组，它是在溴化锂吸收式制冷机的基础上开发出来的新机型，具有以下特点：1）燃烧效率高；2）制冷与采暖兼用，可供生活热水，一机多用；3）平衡城市能源供给，一般夏季电力空调耗电量大而

12、燃油（气）耗量低的情况。除此之外，燃油（气）的单位热值高，夏季燃气管网负荷减少供气管网和电网负荷压力等。但由于该类型机组的使用时间不长，技术性能尚不确定，真空度影响大和输出能量衰减等问题。而且换热器的内螺旋换热管若有杂质则其换热效率将急剧下降，而吸收式制冷机组内冷媒是浓度变化的溶液，冷媒本身的稳定性也在很大程度上影响机组性能的稳定性。此外直燃机组的CO2排放量约为电制冷机组的1.53.5倍，温室效应及城市热岛效应比电制冷机组严重。电制冷机组 螺杆式 175.0 21.34 14.09 489.0 14.7 210 21.0 246.13活塞式 88.8 21.34 15.16 551.0 16

13、.6 210 21.0 162.93.1 初投资由于各种形式下，建筑物的投资很相近，所以假设各种方案下，建筑物的投资完全相同，在这里不作比较。其他的设备价钱均以国内产品的价格为依据。（见表2、表3）表2 各种方案的初投资（万元）主机/万元 辅机/万元 安装费/万元 总电耗/kW 电力增容费/万元 机房面积/m2 土建投资/万元 总投资/万元热源锅炉 66.48 18.26 1.37 23 0.69 150 15 101.8热网 6.52 1.64 0.66 15 0.48 30 3 12.3燃油 250.0 26.88 18.03 203.8 6.2 260 26 327.11直燃机燃气 26

14、4.0 26.88 18.03 203.8 6.2 260 26 341.11注：北京地区电力增容费按300元/kW。辅机指冷水泵、冷却水泵、循环水泵、冷却塔、与锅炉配套的鼓风机、补水泵等。 各种方案配置的总造价见表3。表3 各种方案总造价（万元）螺杆机组+锅炉+热网360.3活塞机组+锅炉+热网277直燃型燃油型 327.11燃气型 341.118993.2 运行费用（见表4）表4 各种方案运行费用（万元）螺杆机组 活塞机组 燃油直燃机组 燃气直燃机组 锅炉+热网 主机 辅机 主机 辅机 主机 辅机主机 辅机 主机辅机供冷 耗油量/t 121.843耗气量/10m 35.8 燃料费/万元 5

15、4.8 73.4 耗油量/t 334.9 334.943供热 耗气量/10m 90.83注：表中数据采用北京地区标准：电费按1元/kWh,燃气费2.05元/m,轻柴油费4500元/t；上表中所有折旧费项取自投资回收期和贷款利率，即：投资回收期按5年，贷款利率按10%计算。上述机房使用寿命50年，电制冷机组使用寿命20年，直燃式冷热水机组使用寿命10年，锅炉及辅机使用寿命15年。4 结论1）当制冷量小于1000kW时，宜选螺杆式或活塞式，螺杆式较常用；当制冷量大于1000kW时，宜离心式冷水机组。2）当做空调制冷机房设计时，要了解空调全年负荷的动态变化趋势，这样就可以针对不同符合段所占的时间，来确定选用螺杆式、离心式冷水机组或溴化锂吸收式制冷机组。3）通过上面的经济