基于暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較探究

張 艷

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

基于暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較探究

張 艷

(山西省建筑設(shè)計(jì)研究院，山西 太原 030013)

介紹了暖通空調(diào)的特點(diǎn)，對(duì)變頻變流、蓄冷蓄熱、區(qū)域冷熱電聯(lián)供、地源熱泵四種暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案的相關(guān)技術(shù)進(jìn)行了闡述，并對(duì)比分析了暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案的可行性、經(jīng)濟(jì)性、可調(diào)節(jié)性等，以選擇出最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案。

暖通空調(diào)，設(shè)計(jì)方案，經(jīng)濟(jì)，調(diào)節(jié)

在綠色發(fā)展理念的新形勢(shì)下，暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)方案也加重了對(duì)技術(shù)經(jīng)濟(jì)的對(duì)比分析。只有選擇符合綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)揮發(fā)展理念的設(shè)計(jì)方案，才能提升暖通空調(diào)的實(shí)際施工質(zhì)量和效果。

1 暖通空調(diào)簡(jiǎn)介

暖通空調(diào)一般也被簡(jiǎn)稱為HVAC系統(tǒng)，其主要是指用于暖氣、通風(fēng)以及空氣調(diào)節(jié)等功能的設(shè)備系統(tǒng)。在暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，主要涉及到了流體機(jī)械、流體力學(xué)以及熱力學(xué)等多門學(xué)科。暖通空調(diào)系統(tǒng)是在各項(xiàng)分支技術(shù)不斷升級(jí)完善之后出現(xiàn)的，在相關(guān)技術(shù)的支撐作用下，面對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展所提出的實(shí)際需求，暖通空調(diào)系統(tǒng)在房建行業(yè)中逐步得到應(yīng)用和發(fā)展。

早期的暖通空調(diào)系統(tǒng)主要是水力定流系統(tǒng)，其調(diào)節(jié)溫度是依靠分檔控制末端設(shè)備的風(fēng)量得以實(shí)現(xiàn)的，比如利用變風(fēng)量空調(diào)箱對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)，或是通過(guò)三速開(kāi)關(guān)對(duì)風(fēng)量進(jìn)行調(diào)節(jié)等。這種方式是比較簡(jiǎn)單粗糙的，能夠滿足較為基本的需求。

在經(jīng)濟(jì)水平和生活水平不斷提高的背景下，水力定流系統(tǒng)已經(jīng)不能滿足實(shí)際需求，因此逐步發(fā)展出了水力變流系統(tǒng)，還進(jìn)一步發(fā)展出了變風(fēng)量系統(tǒng)。對(duì)于新出現(xiàn)的系統(tǒng)，可以通過(guò)電動(dòng)調(diào)節(jié)閥或是風(fēng)閥實(shí)現(xiàn)調(diào)節(jié)操作，進(jìn)而完成對(duì)環(huán)境溫度的調(diào)節(jié)和控制。在傳感器、控制器以及變送器等元器件出現(xiàn)之后，通過(guò)這些智能化的元器件對(duì)調(diào)節(jié)閥形成控制，可以構(gòu)建分布式控制體系，實(shí)現(xiàn)整個(gè)建筑暖通空調(diào)系統(tǒng)的分散性獨(dú)立控制，進(jìn)一步提升其控制性能。

從暖通空調(diào)表現(xiàn)出的特點(diǎn)看，其處理空氣的流程可以分為新風(fēng)引進(jìn)、冷卻空氣、處理過(guò)濾等環(huán)節(jié)。值得注意的是，暖通空氣增加了一些新特點(diǎn)，一是新加了電子除塵器，其可以將空氣中十分微小的灰塵顆粒進(jìn)行捕捉，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)煙塵、病毒和細(xì)菌的過(guò)濾。二是新加了加濕設(shè)備，能夠有效保證室內(nèi)的濕度維持在40%左右，使用戶感受最為舒適。

2 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案相關(guān)技術(shù)

2.1 變頻變流技術(shù)

以往所使用的固頻定流技術(shù)，在使用面積和環(huán)境溫度需求較大變化時(shí)，其容易長(zhǎng)期處在滿負(fù)荷的運(yùn)行狀態(tài)，進(jìn)而引起流量大溫差小的問(wèn)題出現(xiàn)。這種情況不僅增加了暖通空調(diào)的能耗，而且降低了其工作效率，不符合綠色發(fā)展的要求。基于此，變頻變流技術(shù)在暖通空調(diào)設(shè)計(jì)中得到廣泛應(yīng)用，尤其是在變頻器迅速發(fā)展的背景下，更為實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)的變頻變流控制打下了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。通過(guò)變頻器實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)電力的變頻調(diào)節(jié)控制，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)暖通空調(diào)系統(tǒng)性能的變頻變流調(diào)節(jié)。

2.2 蓄冷蓄熱技術(shù)

蓄冷蓄熱的實(shí)質(zhì)就是根據(jù)電價(jià)的階梯性，在電網(wǎng)處于用電低谷的時(shí)候大量?jī)?chǔ)存這部分價(jià)格較為便宜的電能，然后在用電高峰期進(jìn)行使用，以此緩解用電高峰功能不足的問(wèn)題，而且還可以降低運(yùn)行成本。從蓄冷的角度講，常用的蓄冷方式有共晶鹽蓄冷、冰蓄冷和水蓄冷三種形式，這三種形式的蓄冷效果和經(jīng)濟(jì)價(jià)值各不相同。比如，通過(guò)實(shí)際應(yīng)用，冰蓄冷能夠有效降低水冷機(jī)組38%的容量，減少27%的空調(diào)設(shè)備功率，節(jié)省超過(guò)37萬(wàn)元的系統(tǒng)運(yùn)行費(fèi)用。此外，冰蓄冷技術(shù)還表現(xiàn)出了顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，第一是具有可觀的相變潛熱，能夠?qū)Φ蜏仫@熱進(jìn)行有效利用。第二是具有很好的流動(dòng)特性，通過(guò)泵可以運(yùn)輸?shù)饺魏蔚胤健５谌菬犴憫?yīng)和融冰釋冷的速度很快。第四是供冷可靠性能夠?qū)崿F(xiàn)提升，系統(tǒng)的運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用有效降低。

2.3 區(qū)域冷熱電聯(lián)供技術(shù)

區(qū)域供冷技術(shù)在某種程度上和北方的供熱系統(tǒng)類似，主要是設(shè)置集中的制冷站，對(duì)區(qū)域范圍內(nèi)進(jìn)行集中供冷。和傳統(tǒng)的供冷技術(shù)相比，區(qū)域供冷技術(shù)優(yōu)點(diǎn)十分突出，諸如效率高、轉(zhuǎn)機(jī)容量小、綠色環(huán)保、空間利用率高等，都是其實(shí)現(xiàn)推廣普及的基礎(chǔ)。分布式冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)和區(qū)域供冷可以實(shí)現(xiàn)相互促進(jìn)，尤其是在經(jīng)歷石油危機(jī)之后，分布式冷熱電聯(lián)供技術(shù)實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍，并在許多國(guó)家實(shí)現(xiàn)了深度利用。

2.4 地源熱泵技術(shù)

地源熱泵是通過(guò)泵機(jī)組成系統(tǒng)，以水作為載體，將地下的熱能轉(zhuǎn)移到建筑內(nèi)部。而在外界溫度較高的時(shí)候，又可以通過(guò)此循環(huán)將室內(nèi)的熱量轉(zhuǎn)移到地層當(dāng)中。這種技術(shù)的最大特點(diǎn)就是節(jié)能效果優(yōu)良，相較其他技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)30%～60%的能源節(jié)省。不僅如此，冬夏兩用、壽命很長(zhǎng)以及投資和風(fēng)險(xiǎn)較小等都是表現(xiàn)出的優(yōu)勢(shì)。

3 暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析

3.1 設(shè)計(jì)方案

現(xiàn)有一小型商場(chǎng)的暖通空調(diào)設(shè)計(jì)項(xiàng)目，目前參與競(jìng)爭(zhēng)的設(shè)計(jì)方案一共有四種，方案甲為冷煤直接蒸發(fā)，常溫送風(fēng)；方案乙為載冷劑間接冷卻，常溫送風(fēng)；方案丙為冷煤直接蒸發(fā)，低溫送風(fēng)；方案丁為載冷劑間接冷卻，低溫送風(fēng)。這四種方案的尖峰空調(diào)負(fù)荷為837 kW，送風(fēng)量為11 506，尖峰冷量為1 015 kW，全天冷量為7 765 kW，均保持一致。但是，在壓縮機(jī)功率上方案甲最大為270 kW，方案丁最小為165 kW。另外，在蓄冷比、儲(chǔ)冰槽容積、制冰率等方面，四種方案均不一樣，需要結(jié)合實(shí)際情況作出分析。

3.2 可行性和可靠性分析

可行性和可靠性是暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要優(yōu)先考慮的兩個(gè)問(wèn)題，可行性即指設(shè)計(jì)方案的實(shí)際實(shí)行能力，即是否可以正常施工，是否可以正常使用等。而可靠性是指暖通空調(diào)系統(tǒng)在使用過(guò)程中表現(xiàn)出的穩(wěn)定性、靈敏性等。在對(duì)可行性和可靠性進(jìn)行對(duì)比分析時(shí)，需要結(jié)合使用環(huán)境的實(shí)際情況。比如地質(zhì)情況、水源變化、冷負(fù)荷與熱負(fù)荷以及蓄積效應(yīng)等。通過(guò)對(duì)比分析，方案丙主要是由盤(pán)管式儲(chǔ)冰槽和壓縮冷凝機(jī)組成的，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，施工方便，適合該小型商場(chǎng)。

3.3 經(jīng)濟(jì)性比較

在暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)方案中，經(jīng)濟(jì)性比較是技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較的重點(diǎn)部分，也是直接關(guān)乎經(jīng)濟(jì)效益的一個(gè)重要方面。對(duì)暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較時(shí)，首先應(yīng)該保證設(shè)計(jì)方案的比較標(biāo)準(zhǔn)處于同一水平上，即按照同等的標(biāo)準(zhǔn)對(duì)不同的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，其主要包括了設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)、設(shè)備等級(jí)、使用情況、舒適美觀、能源消耗等標(biāo)準(zhǔn)。比如，在兩個(gè)設(shè)計(jì)方案中，一個(gè)使用了高檔設(shè)備，而一個(gè)使用了低檔設(shè)備，雖然兩者都能實(shí)現(xiàn)具體的作用，但是兩者的設(shè)備等級(jí)并不一致，如果對(duì)其經(jīng)濟(jì)性比較，就是不夠合理的。因此，只有各項(xiàng)指標(biāo)都處于同一水平的方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較，才具有實(shí)際意義。需要注意的是，在比較設(shè)計(jì)方案的舒適度時(shí)，由于不同的人對(duì)舒適度有不同的理解，難以實(shí)現(xiàn)定量化的比較，因此只能通過(guò)一些可視化指標(biāo)進(jìn)行對(duì)比，比如風(fēng)流量、濕度等指標(biāo)。

一次性投資是經(jīng)濟(jì)性比較的一個(gè)方面，其主要是指在暖通空調(diào)系統(tǒng)方案從設(shè)計(jì)到落實(shí)的一次性全部投資，其主要包括了設(shè)備、材料、能耗費(fèi)用、施工和管理費(fèi)用等。由于暖通空調(diào)的設(shè)計(jì)方案需要將所涉及的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行全面羅列，因此計(jì)算一次投資時(shí)決不可出現(xiàn)遺漏。

運(yùn)行能耗和費(fèi)用是暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案的另一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較方面，根據(jù)設(shè)計(jì)方案的不同，運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的能耗和費(fèi)用肯定是不同的。比如，制冷機(jī)、鍋爐和泵等設(shè)備是暖通空調(diào)系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，這些設(shè)備的型號(hào)參數(shù)、連接方式、運(yùn)行狀態(tài)、運(yùn)行環(huán)境以及檢修維護(hù)等工作都會(huì)影響其能耗和效率，進(jìn)而對(duì)其運(yùn)行成本產(chǎn)生直接影響。值得注意的是，在進(jìn)行效率、能耗的計(jì)算時(shí)，不可根據(jù)設(shè)備銘牌上給出的參數(shù)直接進(jìn)行計(jì)算，需要通過(guò)測(cè)量設(shè)備實(shí)測(cè)，用實(shí)測(cè)值進(jìn)行計(jì)算。由于方案丙的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，運(yùn)行維護(hù)較為方便，并不會(huì)產(chǎn)生較大的維護(hù)費(fèi)用，綜合對(duì)比較好。

此外，壽命因素也是暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案經(jīng)濟(jì)性比較的一個(gè)重點(diǎn)。壽命長(zhǎng)短決定了設(shè)備的運(yùn)行投入。其壽命越長(zhǎng)，相應(yīng)的運(yùn)行投入越小，經(jīng)濟(jì)性也就越高。在分析暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案的經(jīng)濟(jì)性時(shí)，必須對(duì)系統(tǒng)壽命進(jìn)行整體和分散的計(jì)算，從各個(gè)環(huán)節(jié)到系統(tǒng)整體逐一進(jìn)行壽命經(jīng)濟(jì)性的對(duì)比。

3.4 可操行和調(diào)節(jié)性分析

可操行和調(diào)節(jié)性分別是指暖通空調(diào)系統(tǒng)的操作可行程度和調(diào)節(jié)性能。操作可行程度主要包括了是否可以執(zhí)行操作，操作難易程度以及操作及時(shí)性等，調(diào)節(jié)性能主要包括了調(diào)節(jié)靈敏度、調(diào)節(jié)程度大小等。比如，VRV變頻空調(diào)系統(tǒng)和VAV空調(diào)系統(tǒng)，前者采用了變頻技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)智能化變頻調(diào)節(jié)，在及時(shí)性、準(zhǔn)確度上都更具優(yōu)勢(shì)，也就具有更好的經(jīng)濟(jì)性。雖然變頻系統(tǒng)的一次投資較高，但是其壽命較長(zhǎng)、能耗更低，綜合對(duì)比更為經(jīng)濟(jì)。綜合對(duì)比，方案丙的可調(diào)性較為良好，加之在其他方面的優(yōu)良性能，所以最終選擇方案丙。

4 結(jié)語(yǔ)

技術(shù)經(jīng)濟(jì)性是暖通空調(diào)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，只有具備良好的經(jīng)濟(jì)性，暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案才具有真正的實(shí)用性。對(duì)設(shè)計(jì)方案進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)性比較時(shí)，需要從可行性、經(jīng)濟(jì)性、調(diào)節(jié)性和設(shè)計(jì)誤區(qū)等方面著手進(jìn)行，確保暖通空調(diào)設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)效益有效提升。

[1] 酈景玉.暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較研究[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2009(3):85.

[2] 江嘉春.暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案常見(jiàn)問(wèn)題及對(duì)策[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(2):102.

[3] 班 釗.暖通空調(diào)設(shè)計(jì)方案技術(shù)的比較分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品,2011(6):147.

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Exploration on technical and economic comparison based on HVAC design scheme

Zhang Yan

(ShanxiArchitecturalDesignInstituteResearchInstitute,Taiyuan030013,China)

This paper introduced the features of HVAC, elaborated the related technology of frequency converter, cool storage heat, region cold and hot combined supply, ground source heat pump four kinds of HVAC design schemes, and analyzed the feasibility, economy, adjustment etc. of HVAC design scheme, to choose the optimal design scheme.

HVAC, design scheme, economy, adjustment

1009-6825(2015)32-0119-02

2015-09-08

張 艷(1982- )，女，工程師

TU832

A