中央空调设备选型及技术经济对比分析

中央空调设备选型及技术经济对比分析本文主要针对5000～20000m2的中小型商用建筑是采用各种空调做出对比分析。

一、概况

中央空调的工作原理，是利用冷媒（传输热量的媒质叫冷媒）的物理原理，把室内的热量带到室外去达到制冷\制热的效果。

中央空调由有一台主机通过风道送风或通过冷热水管连接多个末端的方式来控制不同的房间以达到室内空气调节目的的空调。采用风管送风方式，用一台主机即可控制多个不同房间或区域的空气调节，并并且可引入新风，有效改善室内空气质量，预防空调病的发生。中央空调的最突出特点是产生舒适的居住环境。中央空调种类很多，按冷凝方式有风冷和水冷二大类，其中风冷又分涡旋式、螺杆式、活塞式等；水冷又分螺杆式、吸收式、活塞式和离心式等；其区别在于水冷式空调的冷凝器采用冷却水来冷却，而风冷式直接用风来冷却室外机的冷凝器，不需要冷却水塔。目前风冷使用比较多的是风冷摸块涡旋式和风冷螺杆式二大种；水冷比较常用的是螺杆式、离心式、溴化锂吸收式三种。以冷（热）源载体一般分为冷媒系统和水系统两大类，冷媒系统俗称“氟系统”，室外机与室内机之间采用铜管相连，而铜管内部通过的是冷媒介质（以前的是氟利昂，现在用的称为R410a、R407C),所以称为氟系统；系统由室外机、室内主机、送风管道以及各个房间的风口和调节阀等组成。水系统，室外机与室内机之间采用水管相连，水管内部通过的是水，即以水为媒介所以

称之为水系统，系统由室外机、水管道、循环水泵及各个室内的末端（风机盘管、明装等）组成。

目前常见的商用中央空调形式有：溴化锂机组、水冷螺杆机组、多联RVR 空调机组、风冷模块、风冷螺杆机、离心机等。

二、目前主要的中央空调技术:

1、多联VRV空调机组

工作原理

其工作原理是通过控制压缩机的制冷剂循环量和进入室内换热器的制冷剂流量，通过控制室内外换热器的风扇转速，适时地满足室内冷热负荷要求的高效率冷剂空调系统。一般都采用变频压缩机、多极压缩机、卸载压缩机或多台压缩机组合来实现压缩机容量控制。

多联机 VRV空调系统图

多联机俗称”一拖多”，其主导思想是“变频、一拖多和多拖多”，指的是一台室外机通过配管连接两台或两台以上室内机，室外侧采用风冷换热形式、室内侧采用直接蒸发换热形式的一次制冷剂空调系统。在多联机VRV空调系统中，一台室外机与一组室内机（一般可达50台）相连的系统称为单元VRV空调系统或变频空调器；一台或多台室外机与多台室内机相连的系统称为多元VRV空调系统。多联机分类按外机冷却形式分类，主要有风冷多联

机和水冷多联机两种；按压缩机形式分类，主要有变频多联和数码涡旋多联两种。目前在中小型建筑和部分公共建筑中得到日益广泛的应用。

2 多联机VRV空调系统特点

①控制先进，运行可靠，节约能源、运行费用低，节省占用空间，设备在运行过程中,无须专人进行维护,有效地减少设备维保费用。

②机组适应性好，制冷制热温度范围宽，但送回风温差大，空气干燥

度高，导致舒适性差；

③设备造价高，VRV系统接点多，容易导致氟利昂的泄漏，同时也会因

此形成冰堵，阻碍制冷剂的循环，影响机组制冷（热），且制冷泄漏不易察觉，维修难度大；

2、水冷螺杆机组中央空调系统；

工作原理

螺杆机组的核心是采用螺杆式压缩机，该压缩机是一种回转式的容积式气体压缩机，能在低蒸发温度或高压缩比工况下可单级压缩，通过滑阀装置，使制冷量可在10～100％范围内进行调节。其系统由蒸发器、螺杆式制冷压缩机、冷凝器和节流装置4大部件组成封闭式工作系统，在满液式或卧壳式蒸发器中，制冷剂液体在较低的饱和温度、压力状态下，吸收进入蒸发器传热管内冷水的热量而沸腾气化，相对的使管内冷水出水温度下降7，通过管道输送提供给室内气-水热交换器冷却送风，达到制冷的目的。水冷螺杆式冷水机组不具备制热功能，要制热功能还需另外配置锅炉等加热装置。水冷螺杆式冷水机组单机制冷量从150到4000KW，适用于中、大型工程。

系统特点：

·螺杆机组COP值较高，但通过水载体输送到客户末端，有一定的冷量损失，而且只能实现单冷，制热还需另外配置锅炉等加热装置，需要专用机房和锅炉房，还需专人值守；

·初投资较低，运行费用高。

·它具有结构紧凑、体积小、重量轻、占地面积小、操作维护方便、运转平稳待优点，因而获得了广泛的应用。

3、风冷热泵螺杆机组

工作原理

风冷螺杆热泵机组与水冷螺杆机组的工作原理类似，不同的是风冷螺杆热泵机组是以空气作为冷热源，通过风机冷却主机冷凝器制冷剂后，制冷剂在主蒸发器里吸收媒介水的热量，使媒介水变成低温冷冻水（或温水），冷冻水（或温水）用水泵循环至室内末端装置，在末端装置处冷（热）水与室内空气进行热量交换。而水冷机组是由冷却水来冷却冷凝器的，即冷却塔。同时风冷螺杆式热泵机组在机组内部至少增加了一个四通换向阀，做为制冷或制热的功能切换。空调机组安装时直接置于屋顶或室外空间，无需专用机房、冷却塔、冷却水泵、冷却水系统，热泵型机组还可以代替热水锅炉取暖。单机制冷量从253kW到1165kW能够满足各种环境的需要，适用于各种商用和民用建筑，如商场、餐厅、办公楼、宾馆、住宅等。

图1-1水冷螺杆式机组安装示意图图1-2风冷螺杆式机组安装示意图

风冷热泵螺杆机组特点

·运行宁静、安全可靠，风机电机的防护等级达到IP54，可防尘、防水，使用安全可靠。

·安装方便，不需要冷却塔、冷却水泵及专用机房。可安装于屋顶、地面等室外地方。

·采用智能化微电脑程序控制，具有强劲的温度调节能力，稳定可靠，节能低噪。

图三、风冷螺杆机机组图片

4、溴化锂吸收式冷水机组：（冷媒是：水）

工作原理：

以热能为动力，以水为制冷剂，以溴化锂水溶液为吸收剂，制取0℃以上的冷媒水。吸收式制冷机主要由发生器、冷凝器、蒸发器和吸收器组成。当溴化锂水溶液在发生器内受到热媒水加热后，溶液中的水不断汽化；水蒸气进入冷凝器，被冷却水降温后凝结；随着水的不断汽化，发生器内的溶液浓度不断升高，进入吸收器；当冷凝器内的水通过节流阀进入蒸发器时，急速膨胀而汽化，并在汽化过程中大量吸收蒸发器内冷媒水的热量，从而达到降温制冷的目的；在此过程中，低温水蒸气进入吸收器，被吸收器内的浓溴化锂溶

液吸收，溶液浓度逐步降低，由溶液泵送回发生器，完成整个循环。

吸收式冷水机组常见的有直燃型、蒸汽型、热水型三类（现在常见的加热形式有直燃式、蒸汽、热水、烟气，蒸汽一般常见是双效式，第一次由蒸汽直接加热，第二次由冷剂蒸汽对溶液进行二次加热。直燃型需要燃气直接进入主机，吸收型需要热源进入主机，这个热源可以是热水、蒸汽，不在机器内有火燃烧。）。其冷量范围为230到5800KW，适用于中型、大型、特大工程。

系统特点：

·直燃型溴化锂空调系统，需要专用机房和储油罐。

·可利用余热.废热及其他低品位热能；

·以热能为动力,电能耗用少

·系统复杂，维护保养要求也高，因此必须配专人管理和维护。

·系统初投资较低，但运行费和维护保养费用高，机组能耗高。

·空调效率高。一般刚出厂家机组制冷标准在1.36，制热0.93。

·系统对气密性要求非常高，即使漏入微量的空气也会影响冷水机组的性能，一般制冷量年衰减量高达10—20%。

单纯从能效比来看是没办法说的。溴化锂能效比COP在1.2左右，压缩式是溴化锂机组的2-5倍。溴化锂机组目前之所以有市场的原因主要是可以利用废热，比如热水、蒸汽、烟气等进行制冷。压缩式必须用电。

所以，溴化锂设备就目前来讲，不应该看做是空调设备，而是节能设备。

5、风冷热泵模块空调机组

工作原理

风冷热泵机组的输送介质通常为水溶液。它是由室外主机产生空调冷、热水，由管路系统输送至室内的各末端装置；在末端装置冷热交换产生出冷、热风，以维持室内较舒适的温度。

所谓模块机其实就是一种控制方式，模块式风冷冷水机组是由各个独立的单元风冷热泵机组组合而成，靠机组的运行台数或压缩机的运行个数来进行能量调节，一般以一个压缩机为一个控制模块，根据交换效果来控制压缩机的投入或退出，控制系统能根据每台机组的运行时间自动调节机组起停。风冷模块式机组每个模块均有两套独立的工作系统，如果其中一套系统有故障，不会影响其它系统的正常运行，而且可不停机进行维修，整个空调系统不会受到影响，可靠性强。目前用于风冷热泵的压缩机型式主要有活塞式、涡旋式、螺杆式三种型式。模块机组每个单元模块的名义制冷量不同，有40kw、60kw、80kw和120kw可选，通过组合1-8个相同或不同的单元模块，构成制冷量在40-960kw范围的空调机组，能够满足各种环境的需要。广泛应用于新建的大小工业与民用建筑空调工程。适用场所如：1000-20000㎡的

宾馆、酒店、餐厅、办公大楼、商场超市、影院、体育馆、医院及厂房等各类建筑。

机组特点：

（1）各模块单元既可串联并联安装又可独立安装使用，适用于不同场所。应用范围广、空间伸缩性强。可根据用户需要组合模块单元的数量，能量适用范围广。

（2）模块化机组的可靠性高，该风冷热泵机组由数个模块组成，任何模块的临时检修停运都不会影响整机的正常运行，大大提高了整个空调系统的合理性和可靠性。

（3）风冷模块机组可任意放置屋顶或地面，没有机房设施和冷却水塔系统，不占用有效使用面积。同时安装施工工作大为简便。

（4）由于风冷模块机组在运行过程中是全电脑自动控制，所以日常不需要专业技术人员管理，

（5）投入或退出的电功率较小，比较节能，对局部电网冲击小。

（6）初投资较高，运行费用适中，维修、保养方便，缺点是占地面积大。

（7）能效比低于水冷换热方式风冷热泵机组，受环境温度的影响较大，环境温度低于-5℃一般需增加辅助电加热。

3、单元模块式风冷热泵空调主机图片2、模块式风冷热泵空调主机效果图

四、项目概况

北区商务中心，总建筑面积为15023㎡，建筑物总高度为23.4米；其中地下1层面积为3574㎡，地上4层总面积为11449㎡，其中1、2、3层层高为4.5米、4层9.9米。一层建筑面积3234.3㎡，功能分区为餐厅、商铺、超市；二层面积为2732.9㎡，内设棋牌室、足浴中心；三、四层为电影院及配套小超市，总面积为4978.4㎡。

根据项目实际情况，考虑到商务中心三、四层电影院已有合作单位，而一、二层还没有具体合作单位，现设计规划的功能分区，后期变数较大；同时因各服务场所，所需冷热负荷的时间不一致，因此根据实际情况，拟提出以下二种空调方案。

方案一、选用2台风冷热泵螺杆冷热水机组，互为备用，负荷较小时，开一台机组，负荷较大时，2台机组同时开启。

优点：空调效率较高。

缺点：不节能，可靠性较低。

方案二、2台风冷热模块机组和一台风冷热泵螺杆冷热水机，

根据功能分区，一、二层选用2组风冷热模块机组，各楼层一台，2台机组中间安装阀门，平时独立运行，故障是互为备用。三、四层电影因冷热负荷较大，选用一台高效率风冷热泵螺杆冷热水机，机组采用双机头机组，互为备用，负荷较小时，开一台机组，负荷较大时，2台机组同时开启。

优点：空调效率较高，节能，可靠性较高。

缺点：设备造价较高。

五、总结

中央空调制冷系统的选择，应根据负荷大小、能源提供方式、便利程度、

等多种客观条件决定。任何一种冷冻站方案都不能尽善尽美，工程中要因地制宜，既要考虑冷冻站的初投资、运行费等经济性能，也要考虑冷冻站的噪声、振动、运行、操作、维护管理等技术性能，与工程整体及周围环境相协调；既要考虑当前投资效益，也要考虑长远利益，合理选择中央空调方案。经综合考虑建议本工程选用方案2。

三、技术经济对比