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乌鲁木齐四种冷源空调系统的运行费用比较(一) [2007-4-21]来源:论文中心
      

摘要: 本文以乌鲁木齐的一项商业建筑物为工程实例,在确定室外气侯条件、室内设计标准、冷热负荷与湿负荷特点等情况下,结合当地的能源(如煤、电、气等)和水价格,除对常规典型的电制冷空调系统—方案1、直燃型溴化锂制冷空调系统—方案2的全部耗电量、耗气量、耗水量进行冬、夏季全年设计计算分析外,还对地热水源热泵空调系统—方案3、蒸发冷却天然冷源空调系统—方案4进行了计算分析,从而客观地给出在乌鲁木齐各种空调系统在设计工况下的运行费用。

关键词: 电制冷 溴化锂制冷 直燃机 蒸发冷却空调 水源热泵

  乌鲁木齐地区室外气候特点是:1、夏季空调系统运行时间不长(最热月平均温度23.5℃)、冷负荷相对不是很大,室外空气干燥(最热月14时平均室外相对湿度31%),每天昼夜温差较大,没有新风冷负荷(室外计算湿球温度TWS=18.5℃);2、冬季属严寒地区,空调系统运行时间长(设计计算用采暖期天数177天),热负荷较大,尤其是新风负荷较大(冬季空调室外计算温度-27℃)。因此,乌鲁木齐地区的空调系统设计选用就应特别关注冬季经济使用情况。由于各地气侯特点、能源特性及其价格、空调制冷系统自身特性的不同等,不同冷源空调系统在不同地方使用,它们的运行费用是不一样。相对于某地一个确切的工程,可以有多种系统选择,但是只有经过具体计算、比较、分析才能为此工程选出最恰当的系统。这是许多用户最为关心的,是一个工程好坏的关健。

1、设计条件与依据

1.1、乌鲁木齐某商业建筑物:面积10000.0m2,商场内共有人员4500.0人(0.45人/ m2 )。

1.2、乌鲁木齐夏室外空调空气参数:(1)、夏季:干球温度34.1℃,湿球温度18.5℃,

含湿量:8.4g/kg,室外空气焓值56kj/kg.;

(2)、冬季:干球温度-27℃, 相对湿度80%,

室外空气焓值-26.6kj/kg。

1.3、室内空气状态参数:(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:冷负荷指标120w/ m2,冷负荷1200kw,含湿量:0.3g/kg,

湿负荷:736kg/h,热湿比:ε=5870.0kj/kg;

冬季:围护结构热负荷指标80w/ m2,围护结构热负荷:800kw

(不包括新风负荷),湿负荷:600.0kg/h,

热湿比:ε=-4800.0kj/kg。

1.5、热媒供回水温度:夏季:7~12℃,冬季:60~50℃。

1.6、夏季空调系统为全新风全空气系统,冬季时,空调系统为全空气系统,

其中新风量占总风量15%,305000*0.15=45750(m3/h),对应新风负荷748.9 kw

(二级蒸发冷却空调系统的新风量也一样)。

1.7、天然气低位发热量8600kcal/m3,乌市天然气价:1.34元/ m3。

1.8、乌市用水价格:商业用水2.33元/立方米;办公、民用、工业用水1.53元/立方米。

1. 9、乌市商业电价::高峰:0.801元/度,平段:0.535元/度,低谷:0.272元/度;商业营业时间按:

10.00~22.00,12个小时计算;目前,商业使用实际电价应为:0.560元/度;

办公电价::高峰:0.536元/度,平段:0.362元/度,低谷:0.189元/度;

目前,办公用实际电价应为:0.420元/度。

1.10、乌市城市采暖费: :22.00元/ m2。

1.11、系统补水泵影响较小,其能耗忽略不计;系统漏水量按循环水量的0.5%计。

  • 12、地源热泵制冷系统水井井深50米。

2、夏季设计工况

  由于,夏季室内外空气的焓值基本相等,采用100%的室外新风在不增加能耗的情况下,有利于室内空气品质改善。在I——d图上(略),空气处理过程是:等湿降温——绝热加湿。通过计算,对于机械制冷空调系统:送风状态是:温度to=14.5℃,焓值io=38.3kj/kg,含湿量do=9.3g/kg,总送风量为:L=300000m3/h,直接加湿量:508.3kg/h,可选择6台50000m3/h的空调机组负责送风;冷水机组选择2台,每台制冷量:600kw。对于二级蒸发冷却空调系统:间冷效率(IEC)按65%计,送风状态达到:to=16.9℃,io=45.5kj/kg(由于室内湿度大,直冷效率(DEC)80%既可),含湿量:do=10.1g/kg,相应的总送风量为:L=464000m3/h,直接加湿量:720.0kg/h,选择6台80000 m3/h空调机组负责送风。

夏季各制冷空调系统耗能、耗气、耗水计算结果表一

耗能、耗水

系统

耗电量

(kw)

耗气量

(m3/h)

耗水量

(kg/h)

电制冷空调系统

冷水机组

118*2

空调机组

22*6

760

水泵、冷却塔

5.5*2+15*2+15*2

1150+2200

小计

439

0

4112

直燃式制冷空调系统

直燃式冷水机组

4*2

45.3*2

空调机组

22*6

760

水泵、冷却塔

15*2+15*2+5.5*2

1380+2200

小计

211

90.6

3656

地源热泵制冷空调系统

地源热泵制冷机组

143*2

空调机组

22*6

760

冷水泵、冷却水

提升泵

24*2+11*2

800+900

小计

488

0

2460

二级蒸发冷却空调系统

送风机

30*6

二次风风机

5.5*6

循环水泵

(1.1+1.5)*6

1080+2400

小计

228.6

0

3480

夏季设计计算结果一览表表二

结果

系统

总耗电量(元/h)

天然气

总耗量

(元/h)

总耗水量

(元/h)

总耗电、

气、水耗费用 (元/h)

四种系统

之间关系

方案

1

电制冷空调

系统

245.8

0

9.6

255.4

1.0

方案2

直燃式制冷空调系统

118.2

121.4

8.5

248.1

0.97

方案3

地源热泵制冷空调

系统

273.3

0

5.7

279.0

1.10

方案4

二级蒸发冷却空调

系统

128.0

0

8.1

136.1

0.53

3、夏季设计工况下结论

3.1、通过对表中数据分析,电制冷空调系统电耗占总成本98%,水耗只占2%。而在电耗中:冷水机组电耗占53.8%,水系统设备电耗占16.2%,空气处理机组电耗占30%。

3.2、对直燃式制冷空调系统:按当前各种能源价格,系统电耗占总成本52.6%,天然气占总成本45.3%,水耗只占2.1%。而在电耗中:直燃式冷水机组电耗占3.9%,水系统设备电耗占33.6%,空气处理机组电耗占62.5%。

3.3、地源热泵制冷空调系统:通过对表中数据分析,系统电耗占总成本98.3%,水耗只占1.7%。而在电耗中:冷水机组电耗占58.6%,水系统设备电耗占14.3%,空气处理机组电耗占27.0%。虽然,热泵机组耗电占系统较大比重;但地下水位不能太深(H≤60米),否则会对系统电耗影响较大,因为N=kQH,如:某工程井深280米,比设计井深大5倍,则对应深井泵的总能耗将增加约200kw,水系统设备电耗占总系统电耗也大幅增加24%,。此外,考虑深水井的造价较高(一般650元/米左右),工程上往往只打一口取水井,这样冷却水提升泵只设一台,热泵机组也应设一台,不然如设二台热泵机组,部分负荷时,运行一台热泵机组工作, 匹配的冷却水提升泵能耗会过大。

3.4、二级蒸发冷却空调系统:是几种空调系统中运行费用最经济的一种,这是其利用天然冷源的机理决定的。主要运行成本也是电耗,占96.4%。

3.5、在电制冷与直燃式机械制冷空调方式对比中,电价和气价不同决定了二种制冷空调方式运行费用的高低。经推导可得出电价气价关系为:X=2.9Y,比如:当气价为:X =1.34元/ m3时,电价为:Y=1.34/2.9=0.46元/度,二种制冷空调方式的运行费用相当,如电价高于0.46元/度,则电制冷空调的运行费用就会高于直燃式机械制冷空调。

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