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3.3米。
夏季大气压力：
1004.8hpa
冬季大气压力：
1026.6hpa
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：
33.4℃
夏季室外空调计算湿球温度：
26.9℃
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:
2.8M/S
夏季室外平均风速:
1.9M/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3.25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334.5kW
制热量317.7kW
制冷总功率113.4kW
制冷COP：
2.95
制热总功率107.6kW
制热COP：
2.95
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
113.4
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
113.4
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
113.4
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
113.4
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
0.05
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×1.0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
107.6
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
107.6
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
107.6
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
107.6
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
17.368
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×1.0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：
5.15
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
0.05
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×1.0元/Kwh
158999
元
制热
空调末端设备耗电
120
9
0.05
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×1.0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：
5.15
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
0.05
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×1.0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
0.05
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×1.0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1082.2kw
制热量1177.9kw
制冷总功率133.7kw
制冷COP:
8.1
制热总功率200.2kw
制热COP:
5.88
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
133.7
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
133.7
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
133.7
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
133.7
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
0.05
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×1.0元/Kwh
111144
元
制热
水源热泵机组耗电计算
负荷率100%天数
20
9
200.2
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
200.2
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
200.2
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
200.2
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
0.05
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×1.0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℃
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