1、北京地区民用住宅空调系统技术及经济性分析北京建筑工程学院 盛国刚 解国珍 李广 向长松摘要 近年来随着建筑业的发展，北京地区民用住宅空调数量开始迅猛增长,越来越多的人不满足于仅仅是分体式空调应用于民用住宅的现状，而开始将中央空调集中供冷应用到民用高层住宅中。 为了探讨最佳的供冷方式，本文以高 层民用建筑楼为分析对象， 选择 普通电制冷中央空调机组供冷、直燃式溴化锂吸收制冷中央空调机组供冷和户式中央空调机组供冷三种方案。分析了不同空 调的技术性能、 优缺点并且比较了不同方案的经济费用，从而 给出在北京地区民用空 调领域中的空调系统选型参考建议。关键词 选型 技术性 经济性0. 前言随着高层建筑的
2、蓬勃发展,能源日益紧张的状况和环境问题越发得到重视,空调系统设计时应考虑其高效节能性问题。目前,高层商用建筑多采用集中式中央空调系统，而民用住宅中集中空调的应用虽然为数不多，但已经成为热点，另外户式中央空调的应用也渐渐成为了人们关注的对象。在城市高层建筑的空调工程中,冷热源的投资和运行费用占整个空调系统的费用比重很大,为了取得较好的经济效益、合理用能和保护环境,对各种冷热源的技术特点和经济性进行正确、详细的分析,选取适合实际工程的空调冷热源是十分必要的。为了探讨上述空调系统在北京民用领域中的应用前景并且为民用住宅选取合理经济的供冷方式提供可参考意见，本文以实际民用高层建筑为模板，将传统中央空调
3、系统集中供冷和户式中央空调系统分户供冷分别拟用到建筑中，通过技术、经济性比较分析得出上述空调系统应用在民用领域中的差异，为实际工作提供一定的参考。1. 技术性分析1.1. 中央空调机组中央空调冷源方案按是否蓄能可分为非蓄能机组和蓄能机组，其中非蓄能机组以常规电空调机组（螺杆、活塞、离心式）冷水机组或热泵机组和吸收式制冷空调机组（以溴化锂制冷机组为代表） 。 1.1.1. 电力驱动冷水机组对于中央空调机组而言，电空调具有供能清洁可靠、安全卫生、制冷机能效比高、整机寿命长、价格低，以及维护方便等特点，成为供冷方案的首选。但是同时电力驱动水冷机组也存在着较为不利的一面，如耗电量较高，用电尖峰与空调用
4、电高峰相重叠，近几年，全国电力供应随空调用电的高峰期到来而日趋紧张，空调用电已给城市电网安全运行造成了很大的冲击；还需考虑电力增容费等问题。 此外，这类机组运转部件多，易磨损，更换维修机率大，振动和噪音较大。在选择冷源时需要考虑的主要因素包括能量调节力，制冷系数 COP 值,运行稳定性,使用寿命,维修保养,价格等。较常用的有离心式，活塞式和螺杆式 3 种，其共同特点是技术成熟，制冷系数高，一般活塞式冷水机组，COP值约 3.5,螺杆式约为 4,节能型离心式甚至可高达 4.5,性能稳定可靠，有多年运行和管理经验，它们的性能差异见表 1，可见螺杆机和离心机具有较大的应用优势。 1表 1 各冷源的性
5、能差异 1比较指标 1 2 3COP 值（大小） 离心式 螺杆式 活塞式能量调节(好差) 螺杆式 离心式 活塞式价格（低高） 螺杆式 离心式 活塞式体积（小大） 活塞式 螺杆式 离心式1.1.2. 直燃式溴化锂制冷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
6、率高；2）不用锅炉房；3）制冷与采暖兼用，可供生活热水，一机多用；4）平衡城市能源供给，一般夏季电力空调耗电量大而燃油（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可平抑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 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。2 31.2. 户式中央空调机组户式中央空调也
7、称家用中央空调（residential central air-condition）：主要用于居住建筑中以满足舒适性为目的，制冷量 7kw80kw，带集中冷热源的空调形式。户式中央空调可分为风冷热泵冷热水机组 、风管式机组和冷剂式机组 4。1.2.1. 风冷热泵冷热水机组 5 6风冷热泵冷热水机组选用空气源热泵作为冷源，末端采用风机盘管，通过输送冷热水传输能量，该机组具有操作简单、安装方便的特点，目前在国内应用较多（相对于其他两种户式中央空调机组） 。该机组的特点如下： 优 点 ：1) 噪 声 较 小 ， 低 档 运 行 在 3040dB(A)；2) 具 有 个 别 控 制 的 优 越 性 风
8、 机 盘 管 机 组的 风 机 速 度 可 分 为 高 、 中 、 低 档 ；水 系 统 水 泵 自 动 控 制 温 度 ； 调 节 器 等 可灵 活 的 调 节 各 房 间 的 温 度 ； 室 内 无 人时 可 停 止 、 运 转 经 济 、 节 能 ；3) 风 机 盘 管 机 组 体 型 小 ， 布 置 安 装 方 便 ；4) 对 于 将 来 建 筑 物 的 扩 建 ， 而 相 应 增 加风 机 盘 管 机 组 ， 实 现 容 易 。 缺 点 ：1) 有 时 与 建 筑 布 局 产 生 矛 盾 ， 需 要 建 筑的 协 调 与 配 合 ；2) 台 数 较 多 时 ， 维 修 管 理 工 作
9、 量 较 大 ； 3) 新 风 问 题 不 易 解 决 ，空 气 洁 净 度 不 高 。风冷热泵冷热水机组可分为定速机组和变频技术机组，而变频机组以其能适应家庭用户热负荷变化大，能量调节范围宽；制冷/热迅速，热舒适性好；系统水文波动小；除霜时温度降低不大等种种优点，已逐渐受到人们的青睐。1.2.2. 风管式机组 5 6风管式机组由室外机、管道式空调箱、送风管及风阀风口组成；集中处理，风管送风，适用于别墅建筑和层高不低于 3m 的高层建筑。该机组的特点如下： 优点：1) 初投资低，室内机占地面积小；2） 风系统管理简单，与水系统比价格低；3） 可提供新风，制冷效率高。 缺点： 1) 多数采用定速
10、空气源热泵机组；2） 各房间送风调节差，风管占空间大，对空气过虑能力差，除湿能力差；3） 运行费用高，节能性差，噪声大；4） 机组除霜温度波动大。 难点：国内消费水平低，导致低端产品的流行，造成了“买的起，用不起”的局面。1.2.3. 冷剂式机组 5 6冷剂式机组是指一台或多台室外机与多台室内机组成，它由制冷剂管路将制冷压缩机、室内外换热器、截流装置等组成闭式管网系统。 该机组以日本大金为代表，多应用变频技术 ，其特点如下： 优点：1) 节约能源、运行费用低(相对传统冷水机组节能 3545%)；2) 管理方便，控制先进可实现单独控制、分层、分区集中控制 PID 技术，室温控制在0.5；3) 设
11、计、安装自由度高，噪声更低；4) 节约吊顶空间，冷凝水不会滴漏；5) 工作温度范围宽（冬季极限温度15） ，冬季无防冻问题；6) 不需要冷热水系统，冷却水系统，不需要大面积机房；7) 可靠性高，能效比高；8) 制冷量对室内负荷的追随性，尤其是变频范围内的调节性能好；9) 开机迅速制冷/热。 缺点： 1) 新风供应存在问题，空 气 洁 净 度 低 ；2) 初投资价格高，维护困难； 2. 经济性分析为了确定各种制冷机组在民用住宅中的可行性与否，下面以一个工程为模板进行各种方案的比较。2.1. 工程概况工程为地处北京的 27 层高层民用住宅，塔式结构，分 A、B、C 三个单元，空调面积27000 平
12、米，每户面积 80120，层高2.93m。空调系统夏季冷负荷见表 2。 表 2 设计日冷负荷比较日间最大冷负荷（kW） 夜间最大冷负荷（kW）2295 17672.2. 方案选择方案选择(见表 3)。方案一和方案三均为电力制冷空调系统，考虑到绿色制冷的提出和北京市夏季高峰期电力紧张的局面，将直燃型机组也作为方案之一进行比较。表 3 制冷方案选择方案一 普通螺杆电制冷机组方案二 直燃型溴化锂制冷机组方案三 户式中央空调冷剂式机组2.3. 设备选型、配置中央空调冷水机组和户式中央空调机组均选择国内合资企业知名品牌系列机组（具体配置见表 4表 6） 。表 4 应用冷水机组的普通集中空调系统设备配置(
13、万元)方案一（普通螺杆电制冷机组）设备名称 技术参数 价格C300A螺杆制冷机组C350A 104.0冷冻水泵 100DL100-202 7.90100DL100-202 3.90冷却水泵150DL150-202 3.40冷却塔 333 m3/h，11kw 21.17空调器 BFC36 45.00风管 90.87风口，静压箱 200200，300300 28.80冷冻水管道 15.83冷却水管道 16.97自控部分 11.31电力部分 63.34注： 100DL100-202 中“2”表示水泵型号表 5 应用直燃式溴化锂吸收式冷热水机组的普通集中空调系统设备配置(万元)设备名称 技术参数 价格
14、C-050溴化锂直燃机C-018 138.00100DL100-202 2.62冷冻水泵150DL150-202 5.10150DL150-202 6.80冷却水泵150DL160-202 4.22240 m3/h，7.5kw 9.00冷却塔550 m3/h， 22kw 13.39空调器 BFC36 45.00风管 90.87风口，静压箱 200200，300300 28.80冷冻水管道 16.74冷却水管道 17.94自控部分 11.96电力部分 66.98注： 100DL100-202 中“2”表示水泵型号表 6 户式中央空调机组初投资费用统计（万元）室 内 机名称B-R20P/L B-R
15、25P/L B-R35P/L B-R50P/L设备成本 104.77 32.03 34.71 42.16室 外 机名称B-R80W/A B-R100W/A B-R120W/A B-R140W/A设备成本 42.87 186.17 141.88 5.832.4. 初投资费用统计通过表 4表 6 中的设备成本统计，综合各种费用得出初投资费用见表 7。表 7 各制冷方案初投资 （万元）方案一 方案二 方案三普通螺杆机组直燃型溴化锂机组户式中央空调冷剂式机组初投资 412.49 457.42 590.422.5. 年度费用统计空调设备的年度费用，一般包括两部分。一部分为固定费用，主要指系统设备的折旧（
16、更新）费用；另一部分是变动费用，包括系统运行过程中消耗的水、电、气等能耗费用，人工费和设备维修管理费等。2.5.1. 各方案固定费用统计空调设备的更新费用是指设备的原始费用按一定的年利率和使用年限分摊到设备使用各年上的费用。螺杆式中央空调机组主要设备的使用寿命定为 20 年，溴化锂吸收式制冷机组和户式中央空调机组主要设备的使用寿命定为 15 年，年利率定为 5%，按等额支付系列资金恢复公式可求得其年度更新费用为： P =Oi(1+ i)n/(1+ i)n1式中: P-更新费用； O -原始费用；i - 年利率； n -使用寿命；计算结果见表 82.5.2. 各方案设备维护和修理费用统计三种方案
17、空调系统的维护和修理费用按设备更新费用的 10%计算。维护和修理费用计算结果见表 8。表 8 各方案固定费用及维护和修理费用（万元）方案一 方案二 方案三普通螺杆机组直燃型溴化锂机组户式中央空调冷剂式机组固定费用 33.10 40.07 56.88维护和修理费用 3.310 4.007 5.6882.5.3. 各方案运行费用统计 根据北京市和广州市能源和电力局的规定，选取民用电价格 0.48 元/Kwh，燃气费用为 1.9 元/NM 3 方案一与方案二供冷期定为 90 天/年，其中 100% 、80%、60%负荷运行时间分别定为 7、42、41 天，一天 24 小时冷负荷系数总和为 19.79
18、,折算满负荷运行时数为：19.79(7+420.8+410.6)1290 小时 方案三年度供冷时间经有关可靠统计定为：满负荷运行计 738 小时；计算结果见表 9；最终各统计结果见表 10 ；表 9 各制冷方案运行费用（万元）方案一 方案二 方案三普通螺杆机组直燃型溴化锂机组户式中央空调冷剂式机组28.78 (按 738 小时计)57.26 70.73 50.32 (按 1290 小时计)表 10 各方案初投资费用及年度费用总表（万元）方案一 方案二 方案三普通螺杆机组直燃型溴化锂机组户式中央空调冷剂式机组初投资 412.49 457.42 590.42投资比值 100% 111% 143%9
19、1.35(按 738 小时计)年度费用 93.67 114.81 112.89(按 1290 小时计)97.5%(按 738 小时计)年度费用比值100% 123%121%(按 1290 小时计)注： 比值指以普通螺杆机费用为标准,其他方案费用与其的比值3. 各方案经济性分析比较3.1. 各方案初投资比较（见图 1）图 1. 制 冷 机 组 初 投 资 比 较 （ 万 元 ）412.49457.42590.420100200300400500600700初 投 资方 案 一 普 通 螺杆 机 组方 案 二 直 燃 型溴 化 锂 机 组方 案 三 户 式 中央 空 调 机 组分析：1)由图 1.
20、可以看出北京地区初投资费用大小为 方案三方案二方案一；2)由表 1 可以看出方案二比方案一初投资高出约 11%，方案三比方案一初投资高出约43%；3.2. 各方案年度费用比较（见图 2）图 2. 各 方 案 年 度 运 行 费 用 比 较 (万 元 )93.67114.8191.35112.890204060801001201401 2方 案 一 普 通 螺 杆 机 组方 案 二 直 燃 型 溴 化 锂 机 组方 案 三 户 式 中 央 空 调 冷 剂 式 机 组 (按 738 小 时 计 )方 案 三 户 式 中 央 空 调 冷 剂 式 机 组 (按 1290 小 时 计 )分析：由图 2.
21、可以看出1) 各方案年度资费用大小为方案二方案一；2) 方案三按统计时间计（738 小时） ，年度费用为最低；按与方案一、二相同时间计（1290 小时） ，其年度费用高于方案一，与方案二相当.4. 结论1 从初投资分析来看，户式中央空调初投资费用最高，其次为直燃式空调，螺杆式电力空调初投资最低；2 从年度费用分析来看 在北京地区采用燃气空调其年度费用高于电力空调，原因在于北京市民用电价较低，现行燃气价格较高，燃气空调虽然能够缓解用电高峰的压力，但年度费用却据高不下，很难成为最佳的选择，二者比较择其优者，即初投资和年度费用均低的方案一普通螺杆机组；3 户式中央空调之所以选择 2 个计算时间，是因
22、为户式中央空调具有极大的用户可调节性，在目前国内较低的消费水平下，用户遵循着“省着用”的原则，年平均开机时数不到 800 小时，故年度费用较方案一和方案二都低；若按照设计时间即 1290小时运行，其年度费用高出普通螺杆式中央空调 21%（见表 10）;4 最终得出：北京地区民用高层住宅中央空调选型应优先采用普通电力中央空调，考虑缓解用电压力可选择单冷型吸收式制冷机组；户式中央空调目前仍属于高端消费，不适用于一般大众普通高层民用住宅。 参考文献1 罗翠贞. 高层建筑中央空调系统的冷源选择. 广东土木与建筑,2004,3: 61-622 戴永庆.溴化锂吸收式制冷空调技术实用手册.机械工业出版社，1999 3 吴恩国.中央空调的选型及经济分析.大众用电，2005,3: 22-234 李晶.浅谈户式中央空调.技术交流，2004, 6: 41-425 张泽丽.户式中央空调综述.山西建筑，2003,16(29): 72-736 刘洪胜.户式中央空调机组的技术现状与前景.户式中央空调专栏，2004,4: 43-47
