摘要： 本文以烏魯木齊的一項商業建筑物為工程實例，在確定室外氣侯條件、室內設計標準、冷熱負荷與濕負荷特點等情況下，結合當地的能源（如煤、電、氣等）和水價格，除對常規典型的電制冷空調系統—方案1、直燃型溴化鋰制冷空調系統—方案2的全部耗電量、耗氣量、耗水量進行冬、夏季全年設計計算分析外，還對地熱水源熱泵空調系統—方案3、蒸發冷卻天然冷源空調系統—方案4進行了計算分析，從而客觀地給出在烏魯木齊各種空調系統在設計工況下的運行費用。
關鍵詞： 電制冷 溴化鋰制冷 直燃機 蒸發冷卻空調 水源熱泵
烏魯木齊地區室外氣候特點是：1、夏季空調系統運行時間不長（最熱月平均溫度23.5℃）、冷負荷相對不是很大，室外空氣干燥（最熱月14時平均室外相對濕度31%），每天晝夜溫差較大，沒有新風冷負荷(室外計算濕球溫度TWS=18.5℃)；2、冬季屬嚴寒地區，空調系統運行時間長（設計計算用采暖期天數177天），熱負荷較大,尤其是新風負荷較大（冬季空調室外計算溫度-27℃）。因此，烏魯木齊地區的空調系統設計選用就應特別關注冬季經濟使用情況。由于各地氣侯特點、能源特性及其價格、空調制冷系統自身特性的不同等，不同冷源空調系統在不同地方使用，它們的運行費用是不一樣。相對于某地一個確切的工程，可以有多種系統選擇，但是只有經過具體計算、比較、分析才能為此工程選出最恰當的系統。這是許多用戶最為關心的，是一個工程好壞的關健。
1、設計條件與依據
1．1、烏魯木齊某商業建筑物：面積10000.0m2，商場內共有人員4500.0人（0.45人/ m2 ）。
1．2、烏魯木齊夏室外空調空氣參數：（1）、夏季：干球溫度34.1℃，濕球溫度18.5℃，
含濕量：8.4g/kg，室外空氣焓值56kj/kg.；
（2）、冬季：干球溫度-27℃, 相對濕度80%，
室外空氣焓值-26.6kj/kg。
1．3、室內空氣狀態參數：（1）、夏季：tn=25℃,ф=55%,in=56.6kj/kg；
（2）、冬季：tn=22℃,ф=40%,in=40.8kj/kg。
1．4、夏季：冷負荷指標120w/ m2，冷負荷1200kw，含濕量：0.3g/kg，
濕負荷：736kg/h，熱濕比：ε=5870.0kj/kg；
冬季：圍護結構熱負荷指標80w/ m2，圍護結構熱負荷：800kw
（不包括新風負荷），濕負荷：600.0kg/h，
熱濕比：ε=-4800.0kj/kg。
1．5、熱媒供回水溫度：夏季：7~12℃，冬季：60~50℃。
1．6、夏季空調系統為全新風全空氣系統，冬季時，空調系統為全空氣系統，
其中新風量占總風量15%，305000*0.15=45750（m3/h）,對應新風負荷748.9 kw
(二級蒸發冷卻空調系統的新風量也一樣)。
1．7、天然氣低位發熱量8600kcal/m3，烏市天然氣價：1.34元/ m3。
1．8、烏市用水價格：商業用水2.33元/立方米；辦公、民用、工業用水1.53元/立方米。
1. 9、烏市商業電價:：高峰：0.801元/度，平段：0.535元/度，低谷：0.272元/度；商業營業時間按：
10.00~22.00,12個小時計算；目前，商業使用實際電價應為：0.560元/度；
辦公電價:：高峰：0.536元/度，平段：0.362元/度，低谷：0.189元/度；
目前，辦公用實際電價應為：0.420元/度。
1．10、烏市城市采暖費: ：22.00元/ m2。
1．11、系統補水泵影響較小，其能耗忽略不計；系統漏水量按循環水量的0.5%計。
- 12、地源熱泵制冷系統水井井深50米。
2、夏季設計工況
由于，夏季室內外空氣的焓值基本相等,采用100%的室外新風在不增加能耗的情況下，有利于室內空氣品質改善。在I——d圖上（略），空氣處理過程是：等濕降溫——絕熱加濕。通過計算，對于機械制冷空調系統：送風狀態是：溫度to=14.5℃，焓值io=38.3kj/kg，含濕量do=9.3g/kg，總送風量為：L=300000m3/h，直接加濕量：508.3kg/h，可選擇6臺50000m3/h的空調機組負責送風；冷水機組選擇2臺，每臺制冷量：600kw。對于二級蒸發冷卻空調系統：間冷效率（IEC）按65%計，送風狀態達到：to=16.9℃，io=45.5kj/kg（由于室內濕度大，直冷效率（DEC）80%既可），含濕量：do=10.1g/kg，相應的總送風量為：L=464000m3/h，直接加濕量：720.0kg/h，選擇6臺80000 m3/h空調機組負責送風。
夏季各制冷空調系統耗能、耗氣、耗水計算結果表一
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耗能、耗水 系統 |
耗電量 （kw） |
耗氣量 （m3/h） |
耗水量 （kg/h） | |
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電制冷空調系統 |
冷水機組 |
118*2 |
||
|
空調機組 |
22*6 |
760 | ||
|
水泵、冷卻塔 |
5．5*2+15*2+15*2 |
1150+2200 | ||
|
小計 |
439 |
0 |
4112 | |
|
直燃式制冷空調系統 |
直燃式冷水機組 |
4*2 |
45.3*2 |
|
|
空調機組 |
22*6 |
760 | ||
|
水泵、冷卻塔 |
15*2+15*2+5.5*2 |
1380+2200 | ||
|
小計 |
211 |
90.6 |
3656 | |
|
地源熱泵制冷空調系統 |
地源熱泵制冷機組 |
143*2 |
||
|
空調機組 |
22*6 |
760 | ||
|
冷水泵、冷卻水 提升泵 |
24*2+11*2 |
800+900 | ||
|
小計 |
488 |
0 |
2460 | |
|
二級蒸發冷卻空調系統 |
送風機 |
30*6 |
||
|
二次風風機 |
5.5*6 |
|||
|
循環水泵 |
(1.1+1.5)*6 |
1080+2400 | ||
|
小計 |
228.6 |
0 |
3480 | |
夏季設計計算結果一覽表表二
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結果 系統 |
總耗電量(元/h) |
天然氣 總耗量 (元/h) |
總耗水量 (元/h) |
總耗電、 氣、水耗費用 (元/h) |
四種系統 之間關系 | |
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方案 1 |
電制冷空調 系統 |
245.8 |
0 |
9.6 |
255.4 |
1．0 |
|
方案2 |
直燃式制冷空調系統 |
118.2 |
121.4 |
8.5 |
248.1 |
0.97 |
|
方案3 |
地源熱泵制冷空調 系統 |
273.3 |
0 |
5.7 |
279.0 |
1.10 |
|
方案4 |
二級蒸發冷卻空調 系統 |
128.0 |
0 |
8.1 |
136.1 |
0.53 |
3、夏季設計工況下結論
3．1、通過對表中數據分析,電制冷空調系統電耗占總成本98%，水耗只占2%。而在電耗中：冷水機組電耗占53.8%,水系統設備電耗占16.2%，空氣處理機組電耗占30%。
3．2、對直燃式制冷空調系統：按當前各種能源價格，系統電耗占總成本52.6%,天然氣占總成本45.3%,水耗只占2.1%。而在電耗中：直燃式冷水機組電耗占3.9%,水系統設備電耗占33.6%，空氣處理機組電耗占62.5%。
3．3、地源熱泵制冷空調系統：通過對表中數據分析，系統電耗占總成本98.3%，水耗只占1.7%。而在電耗中：冷水機組電耗占58.6%,水系統設備電耗占14.3%，空氣處理機組電耗占27.0%。雖然,熱泵機組耗電占系統較大比重；但地下水位不能太深（H≤60米），否則會對系統電耗影響較大，因為N=kQH，如：某工程井深280米，比設計井深大5倍，則對應深井泵的總能耗將增加約200kw，水系統設備電耗占總系統電耗也大幅增加24%，。此外，考慮深水井的造價較高（一般650元/米左右），工程上往往只打一口取水井，這樣冷卻水提升泵只設一臺，熱泵機組也應設一臺，不然如設二臺熱泵機組，部分負荷時，運行一臺熱泵機組工作, 匹配的冷卻水提升泵能耗會過大。
3．4、二級蒸發冷卻空調系統：是幾種空調系統中運行費用最經濟的一種，這是其利用天然冷源的機理決定的。主要運行成本也是電耗，占96.4%。
3．5、在電制冷與直燃式機械制冷空調方式對比中，電價和氣價不同決定了二種制冷空調方式運行費用的高低。經推導可得出電價氣價關系為：X=2.9Y，比如：當氣價為：X =1.34元/ m3時，電價為：Y=1.34/2.9=0.46元/度，二種制冷空調方式的運行費用相當，如電價高于0.46元/度，則電制冷空調的運行費用就會高于直燃式機械制冷空調。
