某新建建筑空调冷热源方案可行性分析

程晔 梁宗楠

青岛理工大学

某新建建筑空调冷热源方案可行性分析

程晔 梁宗楠

青岛理工大学

针对当前国家能源紧缺，空调能耗却逐年上升的情况，结合工程实例，对建筑空调冷热源方案进行可行性分析，提出适合实际情况的最优方案。

冷热源；可行性分析；最优方案

1 引言

空调系统作为改善环境的工具，随着经济发展和生活水平的提高日益普及。冷热源作为空调系统的心脏，其初投资和运行能耗在空调系统总投资和总能耗中均占相当大的比重，其方案的选择将直接影响到空调系统的性能。本文结合工程的实际情况，主要考虑对土壤源热泵空调系统、燃气锅炉+冰蓄冷空调系统和燃气锅炉+螺杆式冷水机组等三个方案进行可行性分析。

2 工程概况

该建筑为商业建筑，建筑面积为17400平方米，采用中央空调，并含卫生热水。夏季制冷160天，冬季采暖140天，每天24小时运行，当地正常电价为0.94元/度；夜间7小时谷段电价为0.564元/度。

3 负荷估算

结合建筑使用功能，采用面积指标法计算，冷指标按140w/㎡，热指标按75w/㎡，热水用水量定额按30L/人∙天计算[]，计算可得冷负荷为2436kw,热负荷为1305kw,热水负荷125.8kw，总热负荷为1430.8kw，同时使用系数取0.8，安全裕量取1.1。

4 冷热源方案设计

4.1 土壤源热泵空调系统

4.1.1 设计依据

夏季制冷机组的COP取4.5，土壤换热量为2618kW。冬季机组的COP取4.0，土壤换热量为944.3KW。空调系统夏季向土壤的排热量为冬季吸热量的2.77倍，考虑土壤的吸热排热的热量平衡，长时间运行将会造成土壤温度升高，从而影响热泵机组的效果；打孔数较多，岩石结构打孔费用较高。采用辅助冷却塔+土壤源热泵集中供热供冷[]。

4.1.2 地埋管换热器设计

在综合考虑地质条件的基础上，本方案采用双U管垂直埋管换热器，地下打孔总深为100米/孔，换热器平均换热量为：夏季为70W/m，冬季50W/m。按照冬季工况进行设计，则所需要埋管长度为18886米，井数为189个。则夏季189个换热孔承担的负荷为1323kW，夏季冷却塔承担的负荷为1295kW。

4.2 燃气锅炉+螺杆式冷水机组系统

夏季冷源采用螺杆式冷水机组，制取冷冻水送入各房间的末端；冬季采用天然气锅炉作为热源。作为常规空调系统，可以按照已有的工程经验进行估算。其中初始投资按照360元/m2，运行费用按照100元/m2。

4.3 燃气锅炉+冰蓄冷空调系统

夏季冷源采用制冷机组，将建筑物空调时间所需冷量在非空调时间利用蓄冰介质的显热及其相变过程的潜热迁移等特性，将能量以冰的形式蓄存起来，然后根据空调负荷要求释放这些冷量，这样就能最大限度的将高峰时期用电量转到低谷时期，达到节约电费目的；冬季采用天然气锅炉作为热源。该方案因其节约电费优势目前已经被工程大量运用，可根据已有的大量工程实例数据估算。其中初始投资按照400元/m2，运行费用按照87元/m2。

5 冷热源方案可行性分析

5.1 经济性分析

方案经济性分析包括初投资、运行费用、全寿命周期成本、回收期等多方面的分析。根据上述相关分析，三种方案相关数据如下：燃气锅炉+螺杆冷水机组方案：初投资626.4万元；年运行费用174万元；燃气锅炉+冰蓄冷：初投资696万元；年运行费用151.38万元；土壤源热泵：初投资716.66万元；年运行费用118.63万元。

5.1.1 现值总费用比较

当全寿命周期取15年时，采用土壤源热泵系统的现值总费用为2496.11万元，比燃气锅炉+螺杆冷水机组方案现值总费用3236.4万元节省22.9%；比采用燃气锅炉+冰蓄冷系统现值总费用2966.7万元节省15.9%。

5.1.2 回收期比较

由表2分析可知，以燃气锅炉+螺杆冷水机组方案作为比较的基准，则土壤源热泵空调系统、燃气锅炉+冰蓄冷系统增加的初投资分别为90.26万元和69.6万元。但运行费用每年降低分别为55.37万元和22.62万元，计算增量投资回收期分别为1.6年和3.1年。

5.1.3 初投资比较

根据国家和当地政府对土壤源热泵系统补助的规定，土壤源热泵补贴按照70元/m2计算，考虑这部分费用后，则燃气锅炉+螺杆冷水机组方案实际初投资626.4万元；燃气锅炉+冰蓄冷方案实际初投资696万元；土壤源热泵系统方案实际初投资594.86万元。土壤源热泵系统是最节省的。

5.2 节能性分析

当今能源危机加剧，我国建筑节能状况相对落后，系统方案节能效果极其重要。节能包括能源消耗、土地使用、机组效率等方面。由朱春光等人研究可知[]土壤源热泵系统方案相对于其他两种方案机组效率最高、占用土地但不影响土地使用、一次能源耗量最低，因而具有更强的节能性。

5.3 环保性分析

空调给人们带来良好的生活环境，同时也带来了不少环境问题，甚至危害人体健康。臭氧层破坏、温室效应、大气污染等问题凸显。相比其他两种冷热源方案，土壤源热泵系统方案利用的地表浅层资源，其清洁、可再生，算是绿色环保空调，基本不会对环境造成破坏，环保性和安全性最好。

5.4 综合评价分析

考虑冷热源方案时，应该将经济性、环保性、节能性等因素综合考虑，得出最优方案。经对比分析，土壤源热泵系统为综合考虑下最佳方案。

6 结束语

随着空调普及而带来的问题日益突出，冷热源方案的选取对解决所面临的问题起着关键作用。通过对三种方案综合分析，采用土壤源热泵系统作为冷热源方案是最优方案。

[1] 住房和城乡建设部发布.GB50736-2012.民用建筑供暖通风与空气调节设计规范[M].中国建筑工业出版社,2012.

[2] 张春枝,翁维安.可再生能源在某住宅建筑中的应用分析[J].建筑热能通风空调,2009,28(4):107～109.

[3] 朱春光,张欢,由世俊,梁宏博.新建厂区不同冷热源方案选取研究[J].暖通空调,2014.

[4] 工程相关数据.

10.16767/j.cnki.10-1213/tu.2017.11.172