风冷模块热泵水冷螺杆水源热泵地源热泵中央空调方案对比.docx

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风冷模块热泵水冷螺杆水源热泵地源热泵中央空调方案对比

风冷模块热泵、水冷螺杆、水源热泵、地源热泵中央空调方案对比

2014年8月

一、项目概述

本工程建筑总面积约10000m2，建筑功能为公共建筑。

二、设计条件：

1.依据规范和图纸

《采暖通风与空气调节设计规范》（GB50019-2003）

2.室外气象参数：

天津市位置：

北纬39°08′东径116°28′，海拔米。

夏季大气压力：

冬季大气压力：

夏季室外通风计算干球温度：

29℃

夏季室外空调计算干球温度：

℃

夏季室外空调计算湿球温度：

℃

冬季室外空调计算干球温度：

-11℃

冬季室外采暖计算干球温度：

-9℃

冬季室外平均风速:

S

夏季室外平均风速:

S

3.室内设计参数：

名称

冬季室温

夏季室温

相对湿度（夏）

相对湿度（冬）

新风量

备注

办公

20℃

25℃

55%

≥35%

30m3/h·人

三、负荷分析

天津属于冬冷夏热地区，夏季需要设置冷源，满足空调房间的需要；冬季建筑需要提供热源供热，要设置合理的空调方案，首先需要对天津的气候条件进行了解，夏季最高温度在35℃以下，冬季最低温度在-12℃以上，根据实际的气象条件，选择合理、高效的空调冷、热源方案。

四、冷热负荷估算值

功能

面积m2

冷指标w/m2

冷负荷KW

热指标w/m2

热负荷KW

办公

10000

100

1000

80

800

五、空调主机方案比较

以下分别从主机特点、初投资、运行费用、系统维护等方面对多种可选方案进行比较，以期选择最佳方案，确定性价比最高的系统形式。

目前市场上比较成熟的冷热源系统解决方案无外乎以下几种：

1.冷源：

A．水冷制冷机组（螺杆机组）；

B．风冷冷水机组（风冷模块）；

C．水源制冷系统；

D．地源制冷系统；

2.热源：

A．市政热网；

B．自建锅炉房；

C．风冷热水机组（风冷模块）；

D．水源热泵系统；

E．地源热泵系统；

以上诸多系统，在投资、运行费用以及系统维护等方面存在着很大的差别。

为了能满足冬夏两季的应用，我们把以上各种方式组合成五种合理方案：

◆方案一：

风冷冷热水热泵机组中央空调系统方案；

◆方案二：

水冷机组+集中市政热网方案；

◆方案三：

水冷机组+自建燃气锅炉房方案；

◆方案四：

水源热泵中央空调系统方案；

◆方案五：

地源热泵中央空调系统方案；

下面对这五种方案分别进行详细分析，比较其各方面的优缺点：

*比较原则：

♦初投资均为各系统标准报价；

♦电费统一为1元/度；

♦气费统一为元/Nm3；

♦运行时间一致。

方案一：

风冷冷热水热泵机组中央空调系统

1.机组特点

♦系统方面：

风冷机与空气进行换热，不使用冷却水系统，省去了冷却塔、水泵及相应的管道，给设计和施工人员都提供了便利。

♦场地要求：

风冷机组必须放置在屋顶或其他开放的大气环境中，不会占用宝贵的建筑面积，节省机房投资，并将噪音源由室内移到室外。

♦运行及管理：

机组的运行方面，不需设置专门的运行人员，而且风冷机组大多采用多机头设计，能量调节十分方便，尤其在非满负荷运行的情况下，其节能效果十分明显。

♦节能环保：

从空气中提取能量，消耗少量电能，就可实现冷暖，最大限度节约一次性能源。

机组运行时无任何排放及污染，绿色环保。

♦初投资：

机组的初投资方面，相同制冷量的风冷机组价格比水冷机组高30%左右。

但从整个系统角度来讲，由于水冷机组系统需要配备冷却塔、冷却水循环泵和管路系统等，所以风冷机组系统与水冷系统的设备投资相差不多。

2.主要设备选型如下

序

号

设备名称

规格型号

设备参数

数

量

单

位

备注

1

风冷冷热水

热泵机组

（风冷模块）

CXAM120

制冷量

制热量

制冷总功率

制冷COP：

制热总功率

制热COP：

3

台

特灵

2

空调水循环泵

DFG200-315/4/30

G=200t/hH=32mN=30kw

2

台

一用一备

3.运行费用分析

根据负荷分布分析法，运行费用如下表计算：

风冷冷热水热泵机组风冷模块方案运行费用分析

计算项目

运行时间h/天

设备功率Kw

设备数量/台

计算过程

计算结果

单位

制冷

低温高效风冷模块机组耗电计算

负荷率100%天数

15

9

3

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×100%

45767

Kwh

负荷率75%天数

25

9

3

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×75%

57209

Kwh

负荷率50%天数

40

9

3

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×50%

61022

Kwh

负荷率25%天数

10

9

3

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×25%

7628

Kwh

合计耗电量

上述耗电量总和

171626

Kwh

空调末端设备耗电

90

9

300

运行天数×运行时间×设备功率

12150

Kwh

机房附属设备耗电

90

9

30

1

运行天数×运行时间×设备功率

24300

Kwh

夏季总耗电电量

风冷模块主机总耗电量+末端总耗电量+机房附属设备耗电

208076

Kwh

夏季总运行费用

夏季总耗电量×元/Kwh

208076

元

制热

低温高效风冷模块机组耗电计算

负荷率100%天数

20

9

3

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×100%

48771

Kwh

负荷率75%天数

30

9

3

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×75%

54867

Kwh

负荷率50%天数

50

9

3

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×50%

60963

Kwh

负荷率25%天数

20

9

3

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×25%

12193

Kwh

合计耗电量

上述耗电量总和

176793

Kwh

空调末端设备耗电

120

9

1

运行天数×运行时间×设备功率

16200

Kwh

冷冻水泵

120

24

30

1

运行天数×运行时间×设备功率

86400

Kwh

制热总耗电电量

风冷模块主机总耗电量+末端总耗电量+机房附属设备耗电

279393

Kwh

制热总运行费用

冬季总耗电量×元/Kwh

279393

元

全年运行费用

487469

元

4.初投资分析

序号

设备名称

规格型号

单价（万元）

数量

合计（万元）

1

风冷模块

特灵CXAM120

57

3

171

3

空调机房系统造价

40

1

40

4

末端工程造价

1

100

5

总投资

311

方案二：

水冷机组＋集中供热冷热源方案

本方案主机选用水冷机组提供7℃-12℃的冷冻水，承担夏季冷负荷，冬季采用市政热网通过板换换热提供60℃-55℃的空调热水，承担冬季热负荷。

1.主要设备选型

设备名称

规格型号

主要参数

数量

单位

备注

水冷机组

D1D1E1

制冷量：

1046KW

功率：

203KW

COP：

1

台

特灵

空调循环水泵

DFG200-315/4/30

G=200t/hH=32m

N=30kw

2

台

一用一备

冷却水循环泵

DFG200-315（11）B/4/30

流量：

246m3/h，扬程：

24m,功率：

30KW

2

台

一用一备

2.运行费用分析

水冷机组+集中供热方案运行费用分析

计算项目

运行时间h/天

设备功率Kw

设备数量/台

计算过程

计算结果

单位

制冷

水冷机组耗电计算

负荷率100%天数

15

9

203

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×100%

26200

Kwh

负荷率75%天数

25

9

203

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×75%

32750

Kwh

负荷率50%天数

40

9

203

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×50%

34933

Kwh

负荷率25%天数

10

9

203

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×25%

4367

Kwh

合计耗电量

上述耗电量总和

98249

Kwh

空调末端设备耗电

90

9

300

运行天数×运行时间×设备功率

12150

Kwh

机房附属设备耗电

90

9

30

2

运行天数×运行时间×设备功率

48600

Kwh

夏季总耗电电量

风冷模块主机总耗电量+末端总耗电量+机房附属设备耗电

158999

Kwh

夏季总运行费用

夏季总耗电量×元/Kwh

158999

元

制热

空调末端设备耗电

120

9

300

运行天数×运行时间×设备功率

16200

Kwh

冷冻水泵

120

12

30

1

运行天数×运行时间×设备功率

43200

Kwh

制热总耗电电量

水冷机组总耗电量+末端总耗电量+机房附属设备耗电

59400

Kwh

制热总运行费用

冬季总耗电量×元/Kwh

59400

元

市政集中供热

建筑面积×40元

400000

元

全年运行费用

618399

元

3.初投资分析

序号

设备名称

规格型号

单价（万元）

数量

合计（万元）

1

冷水机组

特灵D1D1E1

75

1台

75

2

空调机房造价

40

3

市政接口费

120元/m2

10000平米

120

4

末端工程造价

100

5

总投资

335

由于天津市市政热网接口费高的现状，本方案初投资较高，单位建筑面积采暖费也较高，造成冬季运行费用高。

方案三：

水冷机组＋自建燃气锅炉房方案

本方案主机选用水冷机组提供7℃-12℃的冷冻水，承担夏季冷负荷，冬季采用自建燃气锅炉房通过板换换热提供60℃-55℃的空调热水，承担冬季热负荷。

1.主要设备选型

设备名称

规格型号

主要参数

数量

单位

备注

水冷机组

D1D1E1

制冷量：

1046KW

功率：

203KW

COP：

1

台

特灵

空调循环水泵

DFG200-315/4/30

G=200t/hH=32m

N=30kw

2

台

一用一备

冷却水循环泵

DFG200-315（11）B/4/30

流量：

246m3/h，扬程：

24m,功率：

30KW

2

台

一用一备

燃气锅炉

DW-1810

功率：

478KW

热效率：

90%

2

台

史密斯

锅炉循环泵

DFG60-315B/4/15

流量：

60m3/h，扬程：

24m,功率：

15KW

2

台

一用一备

2.运行费用分析

水冷机组+自建燃气锅炉房方案运行费用分析

计算项目

运行时间h/天

设备功率Kw

设备数量/台

计算过程

计算结果

单位

制冷

水冷机组耗电计算

负荷率100%天数

15

9

203

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×100%

26200

Kwh

负荷率75%天数

25

9

203

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×75%

32750

Kwh

负荷率50%天数

40

9

203

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×50%

34933

Kwh

负荷率25%天数

10

9

203

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×25%

4367

Kwh

合计耗电量

上述耗电量总和

98249

Kwh

空调末端设备耗电

90

9

300

运行天数×运行时间×设备功率

12150

Kwh

冷冻水泵

90

9

30

1

运行天数×运行时间×设备功率

24300

Kwh

冷却水泵

90

9

30

1

运行天数×运行时间×设备功率

24300

Kwh

夏季总耗电电量

水冷机组总耗电量+末端总耗电量+机房附属设备耗电

158999

Kwh

夏季总运行费用

夏季总耗电量×元/Kwh

158999

元

制热

燃气锅炉机组耗气量计算

负荷率100%天数

20

9

478

2

运行天数×运行时间×设备耗气量×需求符合/设备负荷/热效率×设备数量×100%

16000

Kwh

负荷率75%天数

30

9

478

2

运行天数×运行时间×设备耗气量×需求符合/设备负荷/热效率×设备数量×75%

18000

Kwh

负荷率50%天数

50

9

478

2

运行天数×运行时间×设备耗气量×需求符合/设备负荷/热效率×设备数量×50%

20000

Kwh

负荷率25%天数

20

9

478

2

运行天数×运行时间×设备耗气量×需求符合/设备负荷/热效率×设备数量×25%

4000

Kwh

制热总耗气量

58000

Kwh

合计燃气费用

上述耗燃气费用总和

188500

空调末端设备耗电

120

9

300

运行天数×运行时间×设备功率

16200

Kwh

空调循环水泵

120

12

30

1

运行天数×运行时间×设备功率

43200

Kwh

锅炉循环水泵

120

12

15

1

运行天数×运行时间×设备功率

21600

Kwh

制热总耗电费用

锅炉系统总耗电量+末端总耗电量+机房附属设备耗电×元/Kwh

81000

元

制热总运行费用

269500

元

全年运行费用

428499

元

3.初投资分析

序号

设备名称

规格型号

单价（万元）

数量

合计（万元）

1

冷水机组

特灵D1D1E1

75

1台

75

2

空调机房造价

40

3

末端工程造价

100

4

天然气接口费

100立方

80

5

燃气锅炉

史密斯DW-1810

25

2

50

6

总投资

345

方案四：

水源热泵中央空调方案

主机采用水源热泵机组，夏季提供7℃-12℃的冷水，承担夏季冷负荷并提供生活热水；冬季提供50℃-45℃的热水，承担冬季热负荷。

1.水源热泵机组特点

2.　　水源热泵机组以水为载体，冬季采集来自湖水、河水、地下水及地热尾水，甚至工业废水、污水的低品位热能，借助热泵系统，通过消耗部分电能，将所取得的能量供给室内取暖；在夏季把室内的热量取出，释放到水中，以达到夏季空调的目的。

该机组具有设计标准、选择优良、操作简便、安全可靠等优点。

由于水源热泵技术利用地表水作为空调机组的制冷制热的源，所以其具有以下优点：

3.

（1）环保效益显着

4.　　水源热泵是利用了地表水作为冷热源，进行能量转换的供暖空调系统。

供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，，没有燃烧过程，避免了排烟污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音及霉菌污染。

不产生任何废渣、废水、废气和烟尘，使环境更优美。

5.

（2）高效节能

6.　　水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12-22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。

而夏季水体为18-35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。

据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可以节约用户30～40％的供热制冷空调的运行费用。

7.（3）运行稳定可靠

8.　　水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动。

是很好的热泵热源和空调冷源，水体温度较恒定的特性，使得热泵机组运行更可靠、稳定，也保证了系统的高效性和经济性。

不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

9.（4）一机多用，应用范围广

10.　　水源热泵系统可供暖、空调，一机多用，一套系统可以替换原来的锅炉加空调的两套装置或系统。

11.（5）自动运行

12.　　水源热泵机组由于工况稳定，所以可以设计简单的系统，部件较少，机组运行简单可靠，维护费用低；自动控制程度高，使用寿命长可达到15年以上。

13.当然，水源热泵也不是十全十美的，其应用也会受到制约。

14.⑴可利用的水源条件限制

15.　　水源热泵理论上可以利用一切的水资源，其实在实际工程中，不同的水资源利用的成本差异是相当大的。

所以在不同的地区是否有合适的水源成为水源热泵应用的一个关键。

目前的水源热泵利用方式中，闭式系统一般成本较高。

而开式系统，能否寻找到合适的水源就成为使用水源热泵的限制条件。

对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度。

16.⑵水层的地理结构的限制

17.　　对于从地下抽水回灌的使用，必须考虑到使用地的地质的结构，确保可以在经济条件下打井找到合适的水源，同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。

18.⑶投资的经济性

19.　　由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，水源的基本条件的不同；一次性投资及运行费用会随着用户的不同而有所不同。

虽然总体来说，水源热泵的运行效率较高、费用较低。

但与传统的空调制冷取暖方式相比，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同。

20.主要设备选型

设备名称

规格型号

主要参数

数量

单位

备注

水源热泵机组

C2F2F3

制冷量

制热量

制冷总功率

制冷COP:

制热总功率

制热COP:

1

台

特灵

空调循环水泵

DFG200-315/4/30

G=200t/hH=32m

N=30kw

2

台

一用一备

冷却水循环泵

DFG200-315（11）B/4/30

流量：

100m3/h,

扬程：

24m,功率：

15KW

2

台

一用一备

21.运行费用分析

水源热泵中央空调方案运行费用分析

计算项目

运行时间h/天

设备功率Kw

设备数量/台

计算过程

计算结果

单位

制冷

水源热泵机组耗电计算

负荷率100%天数

15

9

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×100%

16679

Kwh

负荷率75%天数

25

9

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×75%

20848

Kwh

负荷率50%天数

40

9

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×50%

22238

Kwh

负荷率25%天数

10

9

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×25%

2780

Kwh

合计耗电量

上述耗电量总和

62544

Kwh

空调末端设备耗电

90

9

300

运行天数×运行时间×设备功率

12150

Kwh

冷冻水泵

90

9

30

1

运行天数×运行时间×设备功率

24300

Kwh

冷却水泵

90

9

15

1

运行天数×运行时间×设备功率

12150

Kwh

夏季总耗电电量

风冷模块主机总耗电量+末端总耗电量+机房附属设备耗电

111144

Kwh

夏季总运行费用

夏季总耗电量×元/Kwh

111144

元

制热

水源热泵机组耗电计算

负荷率100%天数

20

9

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×100%

24475

Kwh

负荷率75%天数

30

9

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×75%

27534

Kwh

负荷率50%天数

50

9

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×50%

30593

Kwh

负荷率25%天数

20

9

1

运行天数×运行时间×设备功率×需求符合/设备负荷×设备数量×25%

6119

Kwh

合计耗电量

上述耗电量总和

88721

Kwh

空调末端设备耗电

120

9

300

运行天数×运行时间×设备功率

18757

Kwh

冷冻水泵

120

12

30

1

运行天数×运行时间×设备功率

43200

Kwh

冷却水泵

120

12

15

1

运行天数×运行时间×设备功率

21600

Kwh

制热总耗电电量

风冷模块主机总耗电量+末端总耗电量+机房附属设备耗电

172278

Kwh

制热总运行费用

冬季总耗电量×元/Kwh

172278

元

全年运行费用

283423

元

22.初投资分析

序号

设备名称

规格型号

单价（万元）

数量

合计（万元）

1

水源热泵机组

特灵C2F2F3

65

1

65

2

空调机房报价

40

3

末端工程造价

100

4

室外打井工程造价

100

5

总投资

305

方案五：

地源热泵中央空调方案

主机采用地源热泵机组，夏季提供7℃-12℃的冷水，承担夏季冷负荷并提供生活热水；冬季提供50℃-45℃的热水，承担冬季热负荷。

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