1. 研究目的与意义（文献综述包含参考文献）

1. 选题的背景和意义

在一幢建筑中空调通风系统所需的能耗大约相当于建筑总能耗的50%-70%。在空调通风系统能耗中，冷热源装置的能耗占有相当大的比重，大约为空调通风系统总能耗的50%-70%（即相当于建筑总能耗的25%-45%）。可见，冷热源设备的选择关系到工程的投资、运行费用及能源消耗。因此，合理地选用和运行冷热源装置对于整个建筑物的节能及经济性具有十分重要的意义。

2．冷热源形式

#129;热泵机组（空气源热泵、地源热泵、水源热泵）

#8218;常规电制冷 电（燃油、燃气）锅炉

#402;溴化锂吸收式机组

④冰蓄冷

2.1 热泵

热泵是一种制热装置，该装置以消耗少量电能或燃料能为代价，能将大量无用的低温热能变为有用的高温热能。作为热量的原始能量来自空气、水和土壤 ,这种能源是可再生的、实用的且用之不尽。特别是在工业集中区域及有余热可供利用的地区，热泵是一种对能量进行经济合理的利用并有着巨大潜力的装置。

2.1.1 水源热泵

水源热泵利用的地球表面浅层水源如地下水、河流和湖泊中吸收太阳能形成低位热能资源。

工作原理：地能分别在冬季作为热泵供暖的热源和夏季空调的冷源，即在冬季，把地能中的热量”取”出来，提高温度后，供给室内采暖；夏季，把室内的热量取出来，释放到地能中去。

优点：

（1）环保效益显著：供热时省去了燃煤、燃气、然油等锅炉房系统，没有燃烧过程，避免了排烟、排污等污染；供冷时省去了冷却水塔，避免了冷却塔的噪音、霉菌污染及水耗。所以说，水源热泵利用的是清洁的可再生能源的一种技术。

（2）高效：水源热泵机组可利用的水体温度冬季为12~22℃，水体温度比环境空气温度高，所以热泵循环的蒸发温度提高，能效比也提高。而夏季水体为18~35℃，水体温度比环境空气温度低，所以制冷的冷凝温度降低，使得冷却效果好于风冷式和冷却塔式，机组效率提高。据美国环保署EPA估计，设计安装良好的水源热泵，平均来说可

以节约用户30~40% 的供热制冷空调的运行费用。

（3）节能：水源热泵使用的电能本身为一种清洁的能源，但在发电时，消耗一次能源并导致污染物和二氧化碳温室气体的排放。设计良好的水源热泵机组，与空气源热泵相比，相当于减少30%以上的电力消耗，与电供暖相比，相当于减少70%以上的电力消耗。所以，水源热泵在节能的同时还减少和降低了发电时一次能源消耗过程中产生的污染排放和温室效应。

（4）应用范围广：可广泛的应用于宾馆、办公楼、学校、商场、别墅区、住宅小区的集中供热制冷，以及其它商业和工业建筑空调，并可用于游泳池、乳制器加工、啤酒酿造、冷轧锻造、冷库及室内种植和恒温养殖等行业上。

（5）一机多用：利用一套设备即可供冷，又可供热，还可提供生活热水。对空调系统来说，一台热泵提供两种热源，可节省一次性投资，其总投资额仅为传统空调系统的60%，并且安装容易，安装工作量比其他空调系统少，安装工期短，更改安装也容易。

（6）自动化程度高:水源热泵机组由于工况稳定， 所以可以设计简单的系统；部件较少，自动控制程度高。

（7）运行稳定、可靠，维护方便:水体的温度一年四季相对稳定，其波动的范围远远小于空气的变动，是很好的热泵热源和空调冷源。水体温度较恒定的特性,使得热泵机组运行更可靠、更稳定，也保证了系统的高效性和经济性，不存在空气源热泵的冬季除霜等难点问题。

（8）使用寿命长：由于系统简单，机组部件较少，运行简单、稳定，相对来说维护费用要低得多，使用寿命可长过20年以上。

限制条件：

能否寻找到合适的水源；对开式系统，水源要求必须满足一定的温度、水量和清洁度；同时还应当考虑当地的地质和土壤的条件，保证用后尾水的回灌可以实现。

2.1.2 地源热泵

地源热泵是一种利用地下浅层地热资源（也称地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供热又可制冷的高效节能空调系统。主要可分为地表水热泵系统和地下耦合热泵系统。

地表水热泵系统的一个热源是池塘、湖泊或河溪中的地表水。在靠近江河湖海等大体量自然水体的地方利用这些自然水体作为热泵的低温热源，这种热泵的换热对水体中生态环境的影响有时也需要预先加以考虑。

地下耦合热泵系统是利用地下岩土中热量的闭路循环的地源热泵系统。它通过循环液（水或以水为主要成分的防冻液）在封闭地下埋管中的流动，实现系统与大地间的传热。在冬季供热过程中，流体从地下收集热量，再通过系统把热量带到室内。夏季制冷时系统逆向运行，即从室内带走热量，再通过系统将热量送到地下岩土中。因此，地下耦合热泵系统保持了地下水热泵利用大地作为冷热源的优点，同时又不需要抽取地下水作为传热的介质，是一种可持续发展的建筑节能新技术。

时蓄存冷量，以备夏用；夏季通过热泵将建筑物内的热量转移到地下对建筑进行降温，同时蓄存热量，以备冬用，保证了大地热量的平衡。

由于地源热泵技术对当地地质水文条件以及施工安装技术有相当要求，设计开发和安装施工实例在杭州几乎空白，因此存在一定的技术风险。

限制条件：

（1）地源热泵对于施工区域有要求，要看建筑的周围是不是有充足的空间可以打井，另外地下土壤是不是适合打井，打井深度可以到多少；

（2）地源热泵的室外施工是否允许，当地政府是否有政策限制；

2.1.3 空气源热泵

空气源热泵，用直接暴露的盘管加热或冷却被控环境，同时与室外空气换热，在制热循环中，随着室外温度下降，压缩机内压力上升。设计空气源热泵主要需考虑满足最低室外环境温度时的使用。空气源热泵和水源热泵耦合式双级热泵供暖系统在寒冷地区，采用空气源热泵冷热水机组制备10-20℃低温水，通过水环路送至室内各个热泵机组中，热泵再从水中汲取热量，直接加热室内空气以达到供暖目的用热泵机组代替传统水环热泵空调系统中的锅炉。热泵机组以室外大气为低温热源，从室外空气中吸取热量。

2.2 常规电制冷机组

常规电制冷 电（燃油、燃气）锅炉

如果电力充足，首选电制冷机组。电制冷机组分为水冷式和风冷（热泵型）式制冷机组。

优点：

（1）制冷效率高: COP= 3-5 , 空调工况下一般在5左右，而溴冷机COP = 1.2-1.4之间。

（2）机组只要求基本密封：溴冷机对机组的密封要求严格，基准等同于航空航天技术
（3）冷却水循环量较小。即使发生泄漏对系统影响较小。

缺点：

（1）噪音较大。

（2）制冷机可能造成污染：使用氟利昂类制冷剂对臭氧层有破坏作用以及产生温室效应,国际上正在进行予以制约,特别是蒙特利尔会议、伦敦会议、哥本哈根会议公约的决定，对停止及限制氟利昂类物质作出了明确的时间规定。

（3）冷水机组只能制冷。

（4）系统处于高压状态，有危险：属于压力容器，受国家环境与安全部门的约束。

（5）耗电量巨大：制冷主要能源是电。

2.3 溴化锂吸收式冷水机组

如果电力不充足，增容有困难，则考虑是否有天然气或城市煤气。如果有燃气，则首选燃气型溴化锂吸收式制冷机组。

优点：

（1）以热能为动力，能源利用范围广。可以利用余热，节约大量能耗。

（2）节约电能。一台300万Kcal/H的电制冷机，每小时约耗电900KW，而同样冷量的溴冷机仅耗电约10KW。

（3）振动小、运转安静。噪音值仅65-70dB。

（4）安装基础要求低。可安装在室内、室外、地下室、屋顶上等。

（5）安全可靠。制冷机在真空状态下运行，无高压爆炸危险。

（6）制冷量调节范围广。可以在20-100%的负荷内进行冷量的无级调节。

（7）环保。以溴化锂溶液为工质，无臭、无毒。

（8）对外界条件变化的适应性强。可在蒸汽压力0.2-0.8MPa，冷却水温度20-35℃，冷媒水出水温度5-15℃的范围内稳定运转。

缺点：

（1）气密性要求高。在有空气的情况下，不仅机组不能正常运转，而且会导致溴化锂水溶液对机体产生腐蚀，影响机组的使用寿命。

（2）若电力不充足，又没有天然气和城市煤气，则首选燃油型溴化锂吸收式制冷机组。

（3）夏季是否有废蒸汽或废热水，如果有，则选蒸汽型或热水型溴化锂直燃机组。（如：钢铁公司或化工厂等）

2.4冰蓄冷空调系统

冰蓄冷空调系统是在空调负荷很低的时间制冷蓄冰，而在空调负荷高峰时化冰取冷，以此来全部或部分转移制冷设备的运行时间，并采用此办法规避用电高峰；另外利用夜间低价电，可降低运行费用，同时利用蓄冰技术，可减少制冷设备的装机容量，减少电力负荷。

优点：

（1）利用蓄能技术移峰填谷，平衡电网峰谷荷，提高电厂发电设备的利用率，降低运行成本，节省建设投入。

（2）利用峰谷荷电力差价，降低空调年运行费用。

（3）减少冷水机组容量，降低主机一次性投资，总用电负荷少。

（4）使用灵活，过渡季节或者非工作时间加班，使用空调可由融冰定量提供，无需开主机，冷量利用率高，节能效果明显，运行费用大大降低。

缺点：

（1）空调冰蓄冷系统一次性投资较高。

（2）因蓄冰槽的建设，机房占用面积比常规空调要大。

（3）冰蓄冷系统结构复杂，技术要求高。

3. 制冷方案的综合技术分析

3.1 经济性

3.1.1 初投资

地源热泵初投资相比较传统的空调形式价格略高，但这个初投资不是指机器，而是整个工程，整个工程里面机器所占的价格比例并不高，一般设备价格都占到整个工程的30%不到，大部分费用都用在了施工上面。初级能源的节约是以设备费用为代价的,此费用首先用于开发热源。年利用率、设备投资、基建费用是决定热泵经济性的主要因素。

吸收式制冷机与离心式冷水机组相比，在一次投资估算方面，由于电力增容费所占比例较大，显示了吸收式制冷机的优越性。

冰蓄冷空调系统由于增加了蓄冰设备，因此其设备初投资比常规空调系统大；同时，采用冰蓄冷可以减小制冷主机的容量，使得其电力增容费降低。但总体来说，系统总投资比常规空调系统大。

3.1.2 运行费用

水源热泵由于受到不同地区、不同用户及国家能源政策、燃料价格的影响，及水源的基本条件的不同，一次性投资及运行费用会随着用户的不同而不同。总的来说，其运行费用为普通中央空调的50~60%。水源热泵的运行效率高、费用较低，在不同地区不同需求的条件下，水源热泵的投资经济性会有所不同。

由于实行分时电价政策，而且由于冰蓄冷空调系统的运行大部分在用电低谷期，使得其年运行电费比常规空调系统要低得多，这是冰蓄冷空调系统的优势所在。

3.2 环境与能源

热泵的能源利用系数比传统的供热方式高

表3-1 不同供热方式的能源利用系数E

供热方式	小型锅炉房	小型锅炉房	热电联产	热泵
E	0.50	0.65	0.80-0.88	0.90-1.41

地下水源热泵机组的运行没有任何污染，可以建造在居民区内，没有燃烧，没有排烟，也没有废弃物，不需要堆放燃料废物的场地，且不用远距离输送热量。

以燃油锅炉与地源热泵提供同样供热量为例，比较其对环境的影响。假设地源热泵的电力来源于燃油厂，发电厂效率为33%，地源热泵 ，则供热量为100 kJ的情况下，燃油电厂锅炉所需的燃油热量为75 kJ；而如果直接使用燃油锅炉，其热效率为 80%，则需燃油热量为125 kJ。在这两种供热情况下，对环境的排放见表3-2。

表3-2 两种供热方式对环境的影响（提供同样100KJ热量）

供热方式	CO2/L	SO2/mL	NO2/mL
燃油锅炉	4.5	6.5	3.6
地源热泵	1.4	0.48	0.96

所有的热泵装置排放的CO2量要远少于燃油或燃煤的加热装置；所有的煤气机及柴

油机驱动热泵所排出的CO2量要远少于其他任何采暖系统；而在电机驱动热泵中应考虑

到所使用的电能，在现今的热、电联供电厂中,电机驱动热泵CO2的排放量与燃烧天然气的锅炉CO2的排放量基本相同。

吸收式冷水机组耗电少的特点受到用户和工程设计人员的青睐，但大量使用会造成很大的能源浪费，使能源供应更加紧张，有待进一步改进吸收式冷水机组的性能，减少能耗。离心式冷水机组节能的特点备受重视，但采用HCFI2S制冷剂是引起全球变暖的重要因素之一。

3.3 能耗

3.3.1 燃煤量

与锅炉（电、燃料）和空气源热泵的供热系统相比，水源热泵具有明显的优势。锅炉供热只能将90%～98%的电能或70～90%的燃料内能转化为热量，供用户使用，因此地源热泵要比电锅炉加热节省2/3以上的电能，比燃料锅炉节省1/2以上的能量。

包括能源的价格（电能、煤、油、燃气等的比价）和能源的丰富性。当不同能源间比价合理或能源紧张时，热泵就具有较好的发展前景。

3.3.2 耗电量

吸收式冷水机组耗电少的特点受到用户和工程设计人员的青睐，但大量使用会造成很大的能源浪费，使能源供应更加紧张，有待进一步改进吸收式冷水机组的性能，减少能耗。离心式冷水机组节能的特点备受重视，但采用HCFI2S制冷剂是引起全球变暖的重要因素之一。

冰蓄冷空调是一种先进的空调技术，它可以在用电低谷段制冰，在用电高峰段融冰，从而形成峰谷差价，节约用电成本，同时也缓解供电压力。

4. 工程实例分析

以某大厦为例，对冰蓄冷与常规电制冷空调两种方案的经济性进行具体比较。

初投资：本设计中，冰蓄冷中央空调冷站约比常规中央空调冷站初投资费用多13%左右。该工程增加初投资ΔI为67.49万元。

运行费用：本设计中，由于运行电价峰谷比为3.2：1，使得冰蓄冷空调的年运行费用比常规空调减少了23.4%，系统年运行费用节省量ΔP达到18.42万元。

投资回收期(静态经济评价)：该工程的投资回收期(静态经济评价)n 为3.7年。

因此大厦采用冰蓄冷空调经济可行，且用户只需要约3年半时间就可收回全部投资。回收期过后，每年可得净收益18.42万元，经济效益相当可观。

5. 总结

空调冷源应以电制冷为主,吸收式溴冷机的一次能源利用率较低，主要用于有余热的场所。对电网峰谷差比较大的地区，如当地燃气管网普及,可考虑使用燃气机组(燃气机机组和直燃型溴化锂机组) ，有供热(蒸汽) 管网的地区可考虑采用蒸汽双效溴化锂制冷机组，可降低电网的峰谷差和调节燃气的冬夏季用气量的不平衡性；也可采用部分蓄冰系统，利用低谷段电力，平衡峰谷用电负荷，缓解电力供应紧张，并有利于环境保护。

另外，只要在需要热能的地方，就有热泵的应用机会。但具体到某个需热场合，是否适宜采用热泵供热，还需取决于有无合适的低温热源、充裕的驱动能源及供热温度的高低。

总之，充分利用各类低温热源或余热、废热，采用热泵技术为不同的需热场合供热（或同时供冷），开发各类适合生产、生活实际需要的热泵应用系统，努力拓展热泵新的应用，对缓解能源紧张，建立能源节约型的经济和社会。

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[16] 张力君.蓄冷率对冰蓄冷空调系统经济性的影响及最佳蓄冷率的确定方法[J]. 暖通空调,1997,5

2. 研究的基本内容、问题解决措施及方案

一.建筑概况

本建筑位于常州市，本建筑地下二层，地上11层，建筑面积约为8800m2，办公用楼。

二．设计内容