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空气源热泵机组工程实例技术经济分析
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内容提示：简介 本文以实际设计工程为实例，通过对当初设计工程的跟踪回访，对设计方案，进行了综合分析、比较，从而得出结论用空气源热泵冷热水机组做为空调系统的冷热源，的确是一个经济合理的方案。这种无需设计专用制冷机房、无需设置冷却水系统、节能以及对周围环境影响不大的空调冷热源方式，值得大力推广。
简介： 本文以实际设计工程为实例，通过对当初设计工程的跟踪回访，对设计方案，进行了综合分析、比较，从而得出结论：用空气源热泵冷热水机组做为空调系统的冷热源，的确是一个经济合理的方案。这种无需设计专用制冷机房、无需设置冷却水系统、节能以及对周围环境影响不大的空调冷热源方式，值得大力推广。（参考《建筑中文网》）
关键字：空气源热泵 节水 节能 冷热源
0 引言
空气源热泵冷热水机组，由于具有无需设计专用制冷机房、无需设置冷却水(冷却塔、冷却泵、冷却水处理装置)系统、节水、节能（特别在制热时）、运行可靠、维修量小、噪声低、对周围环境影响小等优点，在国内建设工程中正被越来越多地采用，特别是在旧有建筑的改、扩建工程中，应用更为广泛。本文以北京残疾人康复指导中心空调工程设计为例，对该建筑空调设计方案进行综合分析、对比，从而得出结论：在类似的改、扩建工程中，使用风冷热泵冷热水机组确实是经济、合理的方案。
图1 工程效果图
1 工程概况
北京残疾人康复指导中心位于北京市朝阳区，其工程因被列入北京市政府2001年为市民做的六十件实事之一而备受各级领导及有关部门的重视。由于该建筑具有康复指导和手术示范等特殊的功能要求，因此要求建成全国省市级康复中心中技术先进、设备领先的一个示范工程。其建筑面积约为4000M2，是在居民区附近原有临街三层建筑的基础上加层改、扩建而成的。该工程已于2001年12月竣工，至今已经运行了三年时间。
2 当初方案选择与确定
2.1 出现难以解决的问题
最初的设计方案是采用离心式水冷机组，但在设计过程中，出现了如下问题不好解决：第一，需要在建筑内提供约120 M2 的制冷机房面积；而该楼既无地下室，其建筑周围也无法提供制冷机房的位置，只能在楼内想办法，而按照康复指导中心的使用功能划分，楼内面积已经相当紧张，不能再挤出机房面积。第二，无法提供冷却塔位置；但由于该建筑位于居民小区一侧，其楼后十几米就是居民楼，扰民问题突出，空调系统的外界运行条件受到限制。本建筑既不能超高遮挡后楼，也不能因噪声问题引起周围居民的不满，另外，本建筑局部加层方案本身就采用轻体结构，根本无法承重；第三，由于该建筑是医疗建筑，其供暖时间要比周围的居民建筑供暖时间长，延长的供暖时间的问题只能靠使用其他加热的方式来解决，而当时建临时锅炉房也受到了条件的限制。面对这种情况，甲方不得不考虑另辟蹊径。
2.2 方案的确定
面对这种尴尬情况，建设方希望设计方解决这个问题。建设方要求该建筑必须设置集中空调系统。经慎重考虑、论证后，设计方提出的采用空气源热泵冷热水机组的做为冷热源的方案，使这些难题迎刃而解。该建筑最终选择了2台100RT的空气源热泵式冷热水机组，露天放置在距康复指导中心另一侧约150米远的屋顶上，解决了空调冷源占用面积问题。只在本中心屋顶上加盖了一个20 M2 的轻质结构的房间，用于安装循环水泵、冬季热交换器、集分水器、膨胀水箱等设备。图2是空调泵房的平面布置图。
图2 工程所处位置 图3 热泵机组位置
图4 空调泵房的平面布置图
3 经济比较
3.1 冷源设备本身的经济比较
在确定冷源方案时，笔者曾对几种冷源方案本身进行了经济比较，其结果见附表1。
风冷式冷水机组与水冷式冷水机组的经济比较：附表-1
| 项 目 | 机组类型数据名称 | 螺杆式 冷水机组 | 往复式 冷水机组 | 空空气源热泵冷热水机组 | 模块式 水冷机组 | 溴化锂 冷水机组 | ||
| 国 产 | 进 口 | 国 产 | 进 口 | 国 产 | 进 口 | |||
| 冷量(KW) | 349 | 314 | 342 | 355 | 348 | 369 | 349 | |
| 一 次 投 资 万 元 | 冷水机组2台 | 40 | 75 | 32 | 70 | 90 | 80 | 120 |
| 冷冻水泵2台 | 8.0 | 8.0 | 8.0 | 8.0 | 8.0 | 8.0 | 8.0 | |
| 冷却塔2台 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15 | 15. | ||
| 冷却水泵 2台 | 6.5 | 6.5 | 6.5 | 6.5 | 6.5 | 6.5 | ||
| 换热器2台 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | 3.0 | |
| 普通设备安装费 | 8.0 | 9.0 | 6.5 | 7.0 | 1.8 | 8.5 | 10.0 | |
| 制 冷 剂 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | 0.5 | |
| 合计 | 81 | 117 | 71.5 | 109.5 | 103.3 | 121.5 | 163. | |
从表中不难看出，空气源热泵设备的一次投资是可以接受的。
3.2 冷源设备以外的经济技术比较
评价一个空调系统，既要看该系统是否能满足空调建筑设计参数的要求、一次性投资额的多少，而且还应该看在安装、维修和运行管理上的费用，以及对环境的影响。任何一种空调系统都不可能尽善尽美，只有因地制宜，才能充分发挥一种空调系统的功能。笔者在设计和比较过程中，对空气源热泵冷热水冷机组和水冷机组系统的特点进行了比较、评价，以供参考：
3.2.1 无需设专用机房，节约建筑面积。
这一点在改扩建工程中尤为适用，其经济性十分显著。以本工程为例；建设单位在购买该建筑时，所付费用约为8500元/ M2 ，仅减少120 M2空调机房面积一项，就相当于节约102万元。如果按建成后做一次性出售，其售价将在10000元/ M2以上，又可收入120万元；既使不出售，综合考虑社会和经济双重效益，仅做为医疗辅助配套用房使用，其年收入也在15万元左右，经济效益是非常可观的。
3.2.2 省掉了部分设备，减少管理工作量，又解决了噪声扰民问题
空气源热泵系统，省掉了冷却塔、冷却水泵、冷却水处理等设备，也等于省掉了许多运行管理上的麻烦。减少了运行的设备，就减少了运行维护、维修工作点，等于提高了设备运行的可靠性，甚至可以减少管理人员，节省运行管理开支。由于省掉了冷却塔、冷却水泵，解决了噪声对周围环境的干扰和影响的问题，减少了矛盾冲突事件的发生。我们曾做过冷却塔和风冷式冷凝器的噪声对人的干扰实验，发现人们已习惯空调室外机所带来的风噪声干扰，对冷却塔水流噪声却十分敏感。
3.2.4 空气源热泵供热运行，既方便，又经济
空气源热泵在北方的过度季节进行供热运行，正是其设备的特长，是任何水冷机组不能比的。以本设计为例：由于该建筑是为残疾人康复服务的医疗建筑，因此供暖早、停暖晚，供暖时间将比社会上长，当初采用水冷机组制冷时，该问题尚无法解决。采用了空气源热泵系统后，过渡季节就直接可以供热了。另外，空气源热泵由于其能效比COP值在2～4.5，与采用单纯的电锅炉、电热膜、电热缆采暖方式（能效比COP值永远小于1）相比，更经济、更节能。
图5 空气源热泵室外机组
3.2.4 运行费用的对比
关于空气源热泵的效率和运行费用问题，有关论述已经很多，该空气源热泵空调系统，经过近3年的运行，运行费用完全控制在预算的范围之内，与其他相似建筑采用不同的空调冷热源方式相比，并未发现运行费用明显偏高现象，只是费用的表现形式不同。在节约有限的水资源这一点上，空气源热泵冷热水机组的优越性是勿需质疑的。
4 结论
通过对上述工程的实例分析，我们不难看出在空调冷热源的选择方面，空气源热泵冷热水机组作为中央空调的冷热源有着很多优势，如设备利用率高，在气候适宜地区可冬夏共用，省去了锅炉房和冷却水系统，符合我国缺水国情。另外，机组可安装在室外，节省了机房的建筑面积。空气源热泵只是从空气中吸取热量或向空气中释放热量，并不构成对空气的污染，对环境几乎不造成什么影响。因此该机组在中小型建筑中得到了广泛地应用。加上空气源热泵能效比COP值在2～5.5的范围内，高效、节能、环保将使空气源热泵得到更加广泛的应用。
主要参考文献：
1. W. F. stocker. J. W. Jones. Refrigeration and Air Conditioning (Second Edition). McGraw-Hill Book company.1982
2. 徐邦祯. 主编. 《热泵》中国建筑工业出版社，1981.
3. 李德英主编《供热工程》中国建筑工业出版社，2004
4. 姚杨等. 《空气源热泵冷热水机组空气侧换热器结霜工况的动态模拟》《2002年全国暖通空调学术文集》中国建筑工业出版社，.2002
5. 邵宗义等《风冷热泵在改扩建工程中的应用》《2002年全国暖通空调学术文集》
来源: 《建筑中文网》.原文网址：http://www.pipcn.com/research/200612/8723.htm
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