溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)案例經(jīng)濟(jì)性分析

摘 要：利用公共建筑熱環(huán)境系統(tǒng)模擬計(jì)算軟件DeST-c，通過(guò)專業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析方法，通過(guò)對(duì)采用溶液調(diào)濕溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)與對(duì)應(yīng)常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)對(duì)比，計(jì)算了壽命周期成本，分析了溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞： 溫濕度獨(dú)立;控制空調(diào)系統(tǒng);壽命周期成本;經(jīng)濟(jì)性分析

0 ?引言

目前，我國(guó)建筑能耗約占社會(huì)總能耗的27.5%～30%，在公共建筑中空調(diào)采暖能耗約占50%～60%;冷熱源運(yùn)行能耗約占空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗的50%～70%，是空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行能耗的主要組成部分。可見，空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源優(yōu)化選擇對(duì)降低空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行具有重要意義。

不同的空調(diào)系統(tǒng)冷熱源設(shè)計(jì)方案初投資和運(yùn)行費(fèi)用差異性很大，僅僅考慮初投資或運(yùn)行費(fèi)用很難達(dá)到優(yōu)選冷熱源方案的目的。全壽命周期費(fèi)用法可以綜合考慮冷熱源方案的初投資和運(yùn)行費(fèi)用，更具有全面性和綜合性。

全壽命周期費(fèi)用法（Life Cycle Cost Analysis，簡(jiǎn)稱LCCA）用于空調(diào)系統(tǒng)冷熱源方案的優(yōu)選，能夠全面的評(píng)價(jià)冷熱源的經(jīng)濟(jì)特性，即對(duì)冷熱源從安裝、運(yùn)行至拆除的整個(gè)過(guò)程（生命周期內(nèi)）進(jìn)行全面性的整體評(píng)估，從而全面綜合地分析空調(diào)系統(tǒng)冷熱源的經(jīng)濟(jì)性。

1 ?溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)

常規(guī)的空調(diào)系統(tǒng)夏季普遍采用熱濕耦合的控制方法，對(duì)空氣進(jìn)行降溫與除濕處理，同時(shí)去除建筑物內(nèi)的顯熱負(fù)荷和潛熱負(fù)荷。

溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)可以在同一個(gè)空調(diào)系統(tǒng)中，設(shè)置兩種具有不同蒸發(fā)溫度的冷源，而且是各盡其用。“溫濕分控”，就是采用兩個(gè)各自獨(dú)立的末端設(shè)備系統(tǒng)分別承擔(dān)溫度、濕度的控制。其中，獨(dú)立的新風(fēng)系統(tǒng)用于承擔(dān)室內(nèi)余濕，負(fù)責(zé)室內(nèi)濕度控制;排除室內(nèi)余熱、控制室內(nèi)溫度的任務(wù)，則主要由末端空氣循環(huán)處理系統(tǒng)承擔(dān)。其優(yōu)點(diǎn)是：在不需要再熱的情況下能夠滿足房間全年溫濕度控制參數(shù)的需求，尤其對(duì)于我國(guó)一些過(guò)渡季節(jié)潮濕的地區(qū)來(lái)說(shuō)更具有明顯的優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，由于熱、濕分開處理，從理論上說(shuō)可使得設(shè)備與系統(tǒng)的能效比常規(guī)系統(tǒng)有所提高，因而具有節(jié)能減排的重要意義。

本文以武漢某綜合辦公樓為例，采用熱泵式溶液調(diào)濕的溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)，新風(fēng)全熱負(fù)荷、室內(nèi)濕負(fù)荷由熱泵式溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組承擔(dān)，室內(nèi)顯熱負(fù)荷由干工況風(fēng)機(jī)盤管承擔(dān);通過(guò)DeST-c軟件分析溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)的能耗情況;并與風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)作對(duì)比，進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較分析。

2 ?模型建立與負(fù)荷計(jì)算

2.1 ?建筑模型建立

本文在DeST-c中建立的建筑模型為武漢某綜合辦公樓，該建筑共五層，總建筑面積20000m2，空調(diào)面積共15600m2。建筑模型平面圖如圖1所示。

2.2 ?負(fù)荷計(jì)算

不同地理位置的建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)熱工性能參數(shù)均按GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》的規(guī)定取值，并根據(jù)取值在DeST-c模擬軟件中選取相關(guān)建筑構(gòu)件。屋面?zhèn)鳠嵯禂?shù)取0.595W/（㎡？K），外墻傳熱系數(shù)取0.706 W/（㎡？K），外窗傳熱系數(shù)取2.8W/（㎡？K），外窗遮陽(yáng)系數(shù)SC取0.3。

根據(jù)該建筑的特點(diǎn)，各空調(diào)房間的夏季室內(nèi)設(shè)計(jì)溫度為26℃，相對(duì)濕度為60%。新風(fēng)量指標(biāo)：高檔辦公室取35 m3/h人，會(huì)議室取30 m3/h人，其余取20 m3/h人。

該辦公樓建筑的內(nèi)部負(fù)荷有人員、照明和設(shè)備負(fù)荷，空調(diào)房間的人員密度、照明功率和設(shè)備功率參照《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》選取。非空調(diào)區(qū)與空調(diào)房間的鄰室溫升取2℃，人員的活動(dòng)強(qiáng)度取極輕勞動(dòng)。

其他參數(shù)按照DeST-c軟件默認(rèn)值選用。通過(guò)軟件計(jì)算得各類負(fù)荷統(tǒng)計(jì)如表1所示。

3 ?空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備選型

3.1 ?風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)設(shè)備選型

整個(gè)建筑統(tǒng)一設(shè)定為風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。空調(diào)末端供回水為常規(guī)的7/12℃冷凍水。

由表1所示建筑負(fù)荷選擇各設(shè)備，參數(shù)如表2所示。

3.2 ?溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)設(shè)備選型

該工程各空調(diào)區(qū)域均采取干式風(fēng)機(jī)盤管和溶液調(diào)濕新風(fēng)機(jī)組。

由表1所示建筑負(fù)荷選擇各設(shè)備，參數(shù)如表3所示。

4 ?經(jīng)濟(jì)性分析

4.1 ?初投資分析

該工程中2種冷源方案采用同一個(gè)機(jī)房，所以機(jī)房土建費(fèi)不參與初投資比較，同時(shí)也不對(duì)不同方案的增容費(fèi)和材料費(fèi)進(jìn)行比較。設(shè)備費(fèi)根據(jù)廠家報(bào)價(jià)，安裝調(diào)試費(fèi)按設(shè)備購(gòu)置費(fèi)的15%計(jì)算。

兩種空調(diào)系統(tǒng)的初投資費(fèi)用如下：

（1）常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)：設(shè)備費(fèi)480萬(wàn)元，安裝調(diào)試費(fèi)72萬(wàn)元，初投資總和552萬(wàn)元。

（2）溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)：設(shè)備費(fèi)533萬(wàn)元，安裝調(diào)試費(fèi)80萬(wàn)元，初投資總和613萬(wàn)元。

4.2 ?運(yùn)行費(fèi)用分析

為使問(wèn)題簡(jiǎn)化，假定兩種系統(tǒng)的水泵和風(fēng)機(jī)等輸配設(shè)備全年運(yùn)行能耗基本相等，在比較中可以忽略不計(jì)，只對(duì)兩種空調(diào)系統(tǒng)的冷熱源設(shè)備運(yùn)行能耗進(jìn)行比較。民用建筑空調(diào)系統(tǒng)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間較短，多數(shù)時(shí)間處于部分負(fù)荷狀態(tài)，所以本文采用負(fù)荷頻率表法計(jì)算全年能耗。

根據(jù)《中國(guó)建筑熱環(huán)境分析專用氣象數(shù)據(jù)集》中提供的武漢典型氣象年逐時(shí)參數(shù)，以2℃溫差作為一個(gè)溫差頻段確定武漢的BIN氣象參數(shù)。空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)間為08：00-18：00，夏季運(yùn)行120d，冬季運(yùn)行90d。

在能耗分析中作如下設(shè)定：溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)及風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)均采用部分負(fù)荷調(diào)節(jié)，部分負(fù)荷率分別為100%，75%，50%，25%。兩者之間時(shí)采用插值法計(jì)算機(jī)組的性能系數(shù)。

根據(jù)國(guó)家發(fā)改委價(jià)格監(jiān)測(cè)中心和各地供電局的價(jià)格統(tǒng)計(jì)可得各城市的公共事業(yè)費(fèi)率，商業(yè)用電取0.945元/kWh，天然氣取2.3元/Nm3。空調(diào)系統(tǒng)的維修費(fèi)按設(shè)備費(fèi)的3%計(jì)算。人工費(fèi)相差無(wú)幾，在此暫不計(jì)算。

可計(jì)算得溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用，如表4所示。

4.3 ?年費(fèi)用和壽命周期成本分析

年費(fèi)用可由下式計(jì)算：

式中 ?C——空調(diào)系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用，萬(wàn)元;

K——初投資費(fèi)用，萬(wàn)元;

i——社會(huì)折現(xiàn)率，本文取6%;

n——空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備壽命周期（年），本文兩空調(diào)系統(tǒng)均取20年。

當(dāng)采用固定的折現(xiàn)率時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)的壽命周期成本可由下式計(jì)算：

由以上兩式，結(jié)合運(yùn)行費(fèi)用和初投資費(fèi)用可計(jì)算得武漢溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)和風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)的年費(fèi)用和壽命周期成本，如表4所示。

4.4 ?投資回收期分析

投資回收期是指用方案的凈收益補(bǔ)償初始投資所需要的時(shí)間。在多個(gè)備選方案中投資回收期最短者為最佳方案，考慮資金的時(shí)間價(jià)值，采用動(dòng)態(tài)投資回收期模型進(jìn)行計(jì)算：

式中 ?△P——不同方案初投資的差值;

△A——不同方案年運(yùn)行費(fèi)用的差值;

I——年利率，取0.0594;

N——投資回收期。

可計(jì)算出溫濕度獨(dú)立控制空調(diào)系統(tǒng)相對(duì)于風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)的投資回收期，如表4所示。

4.5 ?經(jīng)濟(jì)性分析

溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)對(duì)比常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)分析如下：

（1）初投資略高于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)，多61萬(wàn)元。

（2）年運(yùn)行費(fèi)用少20萬(wàn)元，節(jié)約率21.7%，說(shuō)明溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)更為節(jié)能。

（3）年均費(fèi)用少15萬(wàn)元，整個(gè)壽命周期成本少168萬(wàn)元，成本節(jié)約可觀。

（4）溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)運(yùn)行3.46年即可回收初投資增量。

5 ?結(jié)論

（1）常規(guī)空調(diào)工程初投資較低，但系統(tǒng)運(yùn)行功率大、效率低，運(yùn)行耗能費(fèi)用較大，系統(tǒng)年運(yùn)行費(fèi)用較高，所以不能以初投資大小決定工程方案，較小的初投資或許導(dǎo)致較高的運(yùn)行維持費(fèi)用，導(dǎo)致整個(gè)工程壽命周期運(yùn)行不經(jīng)濟(jì)。

（2）相比風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)的常規(guī)系統(tǒng)而言，溫濕度獨(dú)立控制系統(tǒng)更為經(jīng)濟(jì)，壽命周期成本節(jié)約率為10.5%，投資回收期為3.46年。

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作者簡(jiǎn)介：

唐國(guó)棟，男，1992年8月，湖北荊門，助理工程師，碩士研究生，中冶集團(tuán)武漢勘察研究院有限公司，空調(diào)節(jié)能，430080