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。
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
夏季设计计算结果一览表表二
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。
4、冬季运行费用
依据上述设计条件, 空调系统冬、夏季送风量相同，L=305000m3/h，仍由6台50800m3/h的空调机组负责送风；冬季新风量占总风量15%，新风量45750（m3/h）,新风负荷748.9kw，围护结构热负荷：800kw，总空调热负荷1548.9 kw湿负荷：600.0kg/h，热湿比：
ε=-4800.0kj/kg。在I——d图上（略），空气处理过程是：新风予热——新风与室内回风混合——再热。送风状态是：温度to=34.7℃，焓值io=51.7kj/kg，含湿量do=6.5g/kg。对于二级蒸发冷却空调系统：其送风量为：L=432000m3/h，由6台72000 m3/h空调机组负责送风,经计算：送风状态为：送风温度to=31.3℃，焓io=49.3kj/kg,含湿量do=7.1g/kg。热水循环流量：133.2 m3/h。
冬季各制冷空调系统耗能、耗水计算结果表三
冬季各系统一小时运行费用的结果表四
注：集中供热按城市采暖费22.0元/m2标准计算（空调用热与采暖用热价格暂定一样）,这包括了锅炉房一、二次水泵耗能，燃煤、人工、维修等总费用；一个采暖期180天(每天12小时)，折合到本建筑每小时费用101.9元/h。
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。
4、冬季运行费用
依据上述设计条件, 空调系统冬、夏季送风量相同，L=305000m3/h，仍由6台50800m3/h的空调机组负责送风；冬季新风量占总风量15%，新风量45750（m3/h）,新风负荷748.9kw，围护结构热负荷：800kw，总空调热负荷1548.9 kw湿负荷：600.0kg/h，热湿比：
ε=-4800.0kj/kg。在I——d图上（略），空气处理过程是：新风予热——新风与室内回风混合——再热。送风状态是：温度to=34.7℃，焓值io=51.7kj/kg，含湿量do=6.5g/kg。对于二级蒸发冷却空调系统：其送风量为：L=432000m3/h，由6台72000 m3/h空调机组负责送风,经计算：送风状态为：送风温度to=31.3℃，焓io=49.3kj/kg,含湿量do=7.1g/kg。热水循环流量：133.2 m3/h。
冬季各制冷空调系统耗能、耗水计算结果表三
系统 | 供热 方式 | 耗能、耗水设备 | 耗电量 （kw） | 耗气量 （m3/h） | 耗水量 （kg/h） | 备注 |
电制冷空调系统 | 城市集中供热 | 换热器、二次水 水处理、水泵 | 0 | 500 | 一次水未能耗考虑 | |
空调机组 | 22*6+0.55*6 | 0 | 160 | |||
小计 | 135.3 | 0 | 660.0 | |||
燃气炉自供热 | 燃气炉 | 1.5*2 | 88*2 | 0 | ||
水处理、循环水泵 | 7.5*2+2.2*0.3 +1.5*0.2 | 0 | 500 | |||
空调机组 | 22*6+0.55*6 | 0 | 160 | |||
小计 | 154.3 | 176 | 660.0 | |||
直燃式空调系统 | 高发加大直燃机组供热 | 直燃式冷水机组 | 4.0*2 | 93*2 | 0 | |
空调机组 | 22*6+0.55*6 | 0 | 160 | |||
水处理、循环水泵 | 7.5*2+2.2*0.3 +1.5*0.2 | 0 | 500 | |||
小计 | 159.3 | 186 | 660.0 | |||
地源热泵空调系统 | 地源热泵机组供热 | 地源热泵制冷机组 | 220*2 | 0 | 0 | |
空调机组 | 22*6+0.55*6 | 0 | 160 | |||
冷水泵、冷却水 提升泵 | 24*2+7.5*2 | 0 | 900 | |||
小计 | 638.3 | 0 | 1060.0 | |||
二级蒸发冷却空调系统 | 城市集中供热 | 送风机 | 15.0*2*6 | 0 | ||
循环水泵 | 0.75*6 | 0 | 200 | 直接加湿 | ||
换热器、二次水水处理、水泵 | 0 | 500 | ||||
小计 | 184.5 | 0 | 700.0 | |||
燃气炉自供热 | 燃气炉 | 1.5*2 | 88*2 | 0 | ||
水处理、循环水泵 | 7.5*2+2.2*0.3 +1.5*0.2 | 0 | 600 | |||
空调机组 | 15*2*6+0.75*6 | 0 | 200 | |||
小计 | 238.5 | 176.0 | 800.0 |
冬季各系统一小时运行费用的结果表四
参数 系统 | 供热 方式 | 总耗 电量 (元/h) | 天然气 总耗量(元/h) | 总耗水量 (元/h) | 总耗电、气、水耗用 (元/h) | 四种系统 之间关系 |
电制冷空调系统 | 集中 供热 | 75.8 | 0 | 1.53 | 77.9+1.53+101.9=179.2 | 1．0 |
燃气 供热 | 86.4 | 235.8 | 1.53 | 323.7 | 1.81 | |
直燃式制冷空调系统 | 高发加大直燃机组 供热 | 89.4 | 249.2 | 1.53 | 340.1 | 1.90 |
地源热泵制冷空调系统 | 地源热泵机组供热 | 357.4 | 0 | 2.47 | 360.0 | 2.01 |
二级蒸发冷却空调系统 | 集中 供热 | 103.3 | 0 | 1.63 | 103.3+1.63+101.9=206.8 | 1.15 |
燃气 供热 | 133.6 | 235.8 | 1.86 | 371.2 | 2.07 |
注：集中供热按城市采暖费22.0元/m2标准计算（空调用热与采暖用热价格暂定一样）,这包括了锅炉房一、二次水泵耗能，燃煤、人工、维修等总费用；一个采暖期180天(每天12小时)，折合到本建筑每小时费用101.9元/h。
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