多联机与空气源热泵空调系统舒适性及经济性

刘 旭

(中煤科工集团重庆设计研究院有限公司， 重庆 400042)

1 概述

多联机空调系统、空气源热泵空调系统(以下简称热泵空调系统)是两种常见的空调系统，均有占地面积小、无需冷却塔、兼顾制冷制热等优点，在中小型公共建筑中应用广泛。据笔者了解，很多办公楼、医院等中小型公共建筑项目在选取空调系统类型时，经常在多联机空调系统与热泵空调系统之间犹豫不决。本文对两种空调系统的区别、供冷舒适性、系统造价、运行费用等方面进行分析计算。

2 区别与供冷舒适性

2.1 区别

① 多联机空调系统

多联机空调系统是指一台(组)空气(水)源制冷或热泵机组配置多台直接膨胀式末端装置(室内机)，通过改变制冷剂流量适应各房间负荷变化的空调系统[1]。由于多联机空调系统采用直接膨胀式末端装置，与末端装置以冷水作为换热介质的空调系统(如热泵空调系统)相比，末端装置的送风温度、含湿量均更低。

② 热泵空调系统

热泵空调系统通过压缩式制冷循环，在机组侧集中处理冷(热)水，然后水通过冷(热)水泵分配到各个房间，冷(热)水在末端装置(风机盘管)中与室内空气进行二次换热。热泵机组通常采用模块化处理，模块化热泵机组由若干个热泵机组单元并联组成，不仅组合灵活，而且单台热泵机组的故障也不会影响其他热泵机组的正常工作。由于热泵空调系统末端装置以水作为换热介质，因此末端装置送风温度、含湿量比多联机空调系统高。

2.2 供冷舒适性

文献[2]的研究结果表明，供冷期室内人员可接受的室内温度范围为23.5～29.0 ℃。多联机空调系统的末端装置送风温度与热泵空调系统末端装置送风温度最大相差2.8 ℃，多联机空调系统的室内热舒适性与热泵空调系统基本一致。文献[2]的研究还表明，供冷期室内温度在23.5～29.0 ℃范围内，人体的湿感觉没有明显差异。仅当室内温度过低、过高时，空气相对湿度的变化对热舒适度影响较为明显。因此，虽然多联机空调系统末端装置的送风温度、含湿量比热泵空调系统末端装置低，但对人员热舒适性影响很小。

3 工程概况

重庆某办公楼总建筑面积为9 350 m2，建筑高度22.8 m，共6层。空调面积约6 500 m2，设计冷负荷(包括围护结构传热造成的冷负荷、新风负荷)为1 170 kW，设计热负荷(包括围护结构传热造成的热负荷、新风负荷)为715 kW。夏季室内设计温度26 ℃，相对湿度60%。冬季室内设计温度20 ℃，相对湿度45%。供冷期为6月至9月，共120 d。供暖期为12月至次年2月，按90 d考虑。空调系统每日运行8 h。

4 系统造价

4.1 设备购置费与安装费

① 多联机空调系统

室外机选用空气源热泵机组，末端装置选用空气-制冷剂换热式室内机，新风机组选用全新风机组。选用24台模块机组，总额定制冷量为1 285 kW，总额定制热量为1 445 kW。末端装置与新风机组送风机的总输入电功率为23.75 kW，在供冷期及供暖期均为定频运行。由于多联机空调系统中的制冷剂以压缩机作为动力循环，因此无需设置制冷剂循环泵。

多联机空调系统的室外机设置于屋顶，制冷剂管采用去磷无缝紫铜管，凝结水管采用镀锌钢管，绝热材料采用难燃B1级橡塑发泡绝热管壳。风管采用镀锌钢板制作，并采用30 mm厚难燃B1级橡塑发泡绝热板材进行绝热。多联机空调系统主要设备购置费见表1。设备安装费为78×104元。

表1 多联机空调系统主要设备购置费

② 热泵空调系统

末端装置选用风机盘管，新风机组选用全新风机组，用户端采用一级泵压差旁通变流量系统。选用9台空气源热泵模块机组，总额定制冷量为1 170 kW，总额定制热量为1 260 kW。配置4台冷(热)水循环泵，单台输入电功率为5 kW，定流量运行(供冷期运行3台循环泵，供暖期运行2台循环泵，其他备用)。末端装置与新风机组送风机的总输入电功率为32.5 kW，在供冷期及供暖期均为定频运行。

热泵空调系统室外机(热泵机组)设置于屋顶，冷热水管、凝结水管均采用镀锌钢管，绝热材料采用难燃B1级橡塑发泡绝热管壳。风管采用镀锌钢板制作，并采用30 mm厚难燃B1级橡塑发泡绝热板材进行绝热。热泵空调系统主要设备购置费见表2。设备安装费为52×104元。

表2 热泵空调系统主要设备购置费

4.2 土建费用

多联机空调系统、热泵空调系统的室外机均设置于建筑屋顶，土建费用主要为混凝土基础费用。混凝土基础价格为600 元/m3，两种空调系统的室外机混凝土基础总量均为13 m3，土建费用均为0.78×104元。

4.3 系统造价

由以上数据可计算得到多联机空调系统、热泵空调系统的造价分别为343.78×104、225.28×104元。

5 年运行费用

5.1 年电费

多联机空调系统、热泵空调系统室外机年耗电量(供冷期、供暖期耗电量之和)E的计算式为：

(1)

式中E——室外机供冷期、供暖期总耗电量，kW·h

Φc——设计冷负荷，kW

βc——供冷期的平均负荷率，本文取0.65

tc——供冷期时间，h，为960 h

ISEER——室外机制冷季节能效比

Φh——设计热负荷，kW

βh——供暖期的平均负荷率，本文取0.65

th——供暖期时间，h，为720 h

IHSPF——室外机制热季节能效比

① 多联机空调系统

根据厂家提供的资料并综合文献[3]，重庆地区多联机空调系统室外机制冷季节能效比为5.0，制热季节能效比为3.0。将已知数据代入式(1)可计算得到，多联机空调系统室外机的年耗电量为25.75×104kW·h/a。由于末端装置与新风机组的送风机在供冷期及供暖期均为定频运行，因此可计算得到末端装置与新风机组送风机的年耗电量为3.99×104kW·h/a。由以上数据，可计算得到多联机空调系统年耗电量为29.74×104kW·h/a。

② 热泵空调系统

根据厂家提供的资料，重庆地区空气源热泵机组制冷季节能效比为3.6，制热季节能效比为2.8。将已知数据代入式(1)可计算得到，热泵空调系统室外机年耗电量为32.23×104kW·h/a。根据末端装置与新风机组送风机的总输入电功率可计算得到，二者的年耗电量为5.46×104kW·h/a。由于冷热水循环泵为定流量运行，因此可计算得到冷(热)水循环泵的年耗电量为2.16×104kW·h/a。由以上数据，可计算得到热泵空调系统年耗电量为39.85×104kW·h/a。

③ 年电费

重庆地区工商业电价取0.66 元/(kW·h)，根据两种空调系统的耗电量可计算得到多联机空调系统、热泵空调系统的年电费分别为19.63×104、26.30×104元/a。

5.2 年维护费

多联机空调系统的年维护费用较少，本文按设备购置费的0.3%考虑[4]，则多联机空调系统的年维护费为0.8×104元/a。热泵空调系统年维护费按设备购置费的1.5%考虑，冷(热)水管年清洗费按设备购置费的2.0%考虑，两项合计6.04×104元/a。

5.3 人员工资

由于多联机空调系统稳定性高，管理难度较小，由一人专职管理即可，工资按3 000 元/(人·月)考虑，每年的人员工资为3.6×104元/a。

与多联机空调系统相比，热泵空调系统复杂，管理难度较大，需要安排2人专职管理，工资仍按3 000 元/(月·人)考虑，每年人员工资为7.2×104元/a。

6 经济性分析

两种空调系统的系统造价及年运行费用见表3。由表3数据可知，与热泵空调系统相比，多联机空调系统的造价高118.5×104元，年运行费用低15.51×104元/a。可计算得到，多联机空调系统的差额静态投资回收期为7.64 a。

表3 两种空调系统的系统造价及年运行费用

7 结语

由于多联机空调系统采用直接膨胀式末端装置，与末端装置以冷水作为换热介质的热泵空调系统相比，末端装置的送风温度、含湿量均更低，但对人员热舒适性影响很小。对于工程实例，多联机空调系统的造价为343.78×104元，年运行费用为24.03×104元/a。热泵空调系统的造价为225.28×104元，年运行费用为39.54×104元/a。与热泵空调系统相比，多联机空调系统的差额静态投资回收期为7.64 a。