温湿度独立控制空调系统案例经济性分析

摘 要：利用公共建筑热环境系统模拟计算软件DeST-c，通过专业技术经济分析方法，通过对采用溶液调湿温湿度独立控制空调系统与对应常规空调系统对比，计算了寿命周期成本，分析了温湿度独立控制空调系统的经济性。

关键词： 温湿度独立;控制空调系统;寿命周期成本;经济性分析

0  引言

目前，我国建筑能耗约占社会总能耗的27.5%～30%，在公共建筑中空调采暖能耗约占50%～60%;冷热源运行能耗约占空调系统运行能耗的50%～70%，是空调系统运行能耗的主要组成部分。可见，空调系统的冷热源优化选择对降低空调系统的运行能耗，实现经济运行具有重要意义。

不同的空调系统冷热源设计方案初投资和运行费用差异性很大，仅仅考虑初投资或运行费用很难达到优选冷热源方案的目的。全寿命周期费用法可以综合考虑冷热源方案的初投资和运行费用，更具有全面性和综合性。

全寿命周期费用法（Life Cycle Cost Analysis，简称LCCA）用于空调系统冷热源方案的优选，能够全面的评价冷热源的经济特性，即对冷热源从安装、运行至拆除的整个过程（生命周期内）进行全面性的整体评估，从而全面综合地分析空调系统冷热源的经济性。

1  温湿度独立控制空调系统

常规的空调系统夏季普遍采用热湿耦合的控制方法，对空气进行降温与除湿处理，同时去除建筑物内的显热负荷和潜热负荷。

温湿度独立控制空调系统可以在同一个空调系统中，设置两种具有不同蒸发温度的冷源，而且是各尽其用。“温湿分控”，就是采用两个各自独立的末端设备系统分别承担温度、湿度的控制。其中，独立的新风系统用于承担室内余湿，负责室内湿度控制;排除室内余热、控制室内温度的任务，则主要由末端空气循环处理系统承担。其优点是：在不需要再热的情况下能够满足房间全年温湿度控制参数的需求，尤其对于我国一些过渡季节潮湿的地区来说更具有明显的优势。同时，由于热、湿分开处理，从理论上说可使得设备与系统的能效比常规系统有所提高，因而具有节能减排的重要意义。

本文以武汉某综合办公楼为例，采用热泵式溶液调湿的温湿度独立控制空调系统，新风全热负荷、室内湿负荷由热泵式溶液调湿新风机组承担，室内显热负荷由干工况风机盘管承担;通过DeST-c软件分析温湿度独立控制空调系统的能耗情况;并与风机盘管加新风的常规空调系统作对比，进行经济性比较分析。

2  模型建立与负荷计算

2.1  建筑模型建立

本文在DeST-c中建立的建筑模型为武汉某综合办公楼，该建筑共五层，总建筑面积20000m2，空调面积共15600m2。建筑模型平面图如图1所示。

2.2  负荷计算

不同地理位置的建筑的围护结构热工性能参数均按GB 50189—2015《公共建筑节能设计标准》的规定取值，并根据取值在DeST-c模拟软件中选取相关建筑构件。屋面传热系数取0.595W/（㎡？K），外墙传热系数取0.706 W/（㎡？K），外窗传热系数取2.8W/（㎡？K），外窗遮阳系数SC取0.3。

根据该建筑的特点，各空调房间的夏季室内设计温度为26℃，相对湿度为60%。新风量指标：高档办公室取35 m3/h人，会议室取30 m3/h人，其余取20 m3/h人。

该办公楼建筑的内部负荷有人员、照明和设备负荷，空调房间的人员密度、照明功率和设备功率参照《公共建筑节能设计标准》选取。非空调区与空调房间的邻室温升取2℃，人员的活动强度取极轻劳动。

其他参数按照DeST-c软件默认值选用。通过软件计算得各类负荷统计如表1所示。

3  空调系统设备选型

3.1  风机盘管加新风系统设备选型

整个建筑统一设定为风机盘管加新风系统。空调末端供回水为常规的7/12℃冷冻水。

由表1所示建筑负荷选择各设备，参数如表2所示。

3.2  溫湿度独立控制系统设备选型

该工程各空调区域均采取干式风机盘管和溶液调湿新风机组。

由表1所示建筑负荷选择各设备，参数如表3所示。

4  经济性分析

4.1  初投资分析

该工程中2种冷源方案采用同一个机房，所以机房土建费不参与初投资比较，同时也不对不同方案的增容费和材料费进行比较。设备费根据厂家报价，安装调试费按设备购置费的15%计算。

两种空调系统的初投资费用如下：

（1）常规空调系统：设备费480万元，安装调试费72万元，初投资总和552万元。

（2）温湿度独立控制空调系统：设备费533万元，安装调试费80万元，初投资总和613万元。

4.2  运行费用分析

为使问题简化，假定两种系统的水泵和风机等输配设备全年运行能耗基本相等，在比较中可以忽略不计，只对两种空调系统的冷热源设备运行能耗进行比较。民用建筑空调系统满负荷运行时间较短，多数时间处于部分负荷状态，所以本文采用负荷频率表法计算全年能耗。

根据《中国建筑热环境分析专用气象数据集》中提供的武汉典型气象年逐时参数，以2℃温差作为一个温差频段确定武汉的BIN气象参数。空调系统运行时间为08：00-18：00，夏季运行120d，冬季运行90d。

在能耗分析中作如下设定：温湿度独立控制系统及风机盘管加新风系统均采用部分负荷调节，部分负荷率分别为100%，75%，50%，25%。两者之间时采用插值法计算机组的性能系数。

根据国家发改委价格监测中心和各地供电局的价格统计可得各城市的公共事业费率，商业用电取0.945元/kWh，天然气取2.3元/Nm3。空调系统的维修费按设备费的3%计算。人工费相差无几，在此暂不计算。

可计算得温湿度独立控制系统和风机盘管加新风系统年运行费用，如表4所示。

4.3  年费用和寿命周期成本分析

年费用可由下式计算：

式中  C——空调系统年运行费用，万元;

K——初投资费用，万元;

i——社会折现率，本文取6%;

n——空调系统设备寿命周期（年），本文两空调系统均取20年。

当采用固定的折现率时，空调系统的寿命周期成本可由下式计算：

由以上两式，结合运行费用和初投资费用可计算得武汉温湿度独立控制空调系统和风机盘管加新风系统的年费用和寿命周期成本，如表4所示。

4.4  投资回收期分析

投资回收期是指用方案的净收益补偿初始投资所需要的时间。在多个备选方案中投资回收期最短者为最佳方案，考虑资金的时间价值，采用动态投资回收期模型进行计算：

式中  △P——不同方案初投资的差值;

△A——不同方案年运行费用的差值;

I——年利率，取0.0594;

N——投资回收期。

可计算出温湿度独立控制空调系统相对于风机盘管加新风系统的投资回收期，如表4所示。

4.5  经济性分析

温湿度独立控制系统对比常规空调系统分析如下：

（1）初投资略高于常规空调系统，多61万元。

（2）年运行费用少20万元，节约率21.7%，说明温湿度独立控制系统更为节能。

（3）年均费用少15万元，整个寿命周期成本少168万元，成本节约可观。

（4）温湿度独立控制系统运行3.46年即可回收初投资增量。

5  结论

（1）常规空调工程初投资较低，但系统运行功率大、效率低，运行耗能费用较大，系统年运行费用较高，所以不能以初投资大小决定工程方案，较小的初投资或许导致较高的运行维持费用，导致整个工程寿命周期运行不經济。

（2）相比风机盘管加新风的常规系统而言，温湿度独立控制系统更为经济，寿命周期成本节约率为10.5%，投资回收期为3.46年。

参考文献：

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[3] 刘天伟，杜垲.水环热泵空调系统应用于综合办公建筑的节能性研究[J].暖通空调，2010，40（3）：63～67

[4] 范园园，吕守洋，李翔.某艺展中心温湿度独立控制系统设计[J].暖通空调，2011，41（5）：39～43

作者简介：

唐国栋，男，1992年8月，湖北荆门，助理工程师，硕士研究生，中冶集团武汉勘察研究院有限公司，空调节能，430080