水冷螺杆中央空调系统和VRV系统的技术经济比较

　　简介： 本文通过具体工程实际，从经济性、可调节性、安全可靠性、可操作性、维保方便性、建筑装修协调性及环境影响等方面进行的分析比较和论证，认为水冷螺杆中央空调系统比采用VRV系统更有优势。
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　　1、工程概况广州地铁五号线车辆段与综合基地位于广州市黄埔鱼珠，综合楼（一）与综合楼（二）相距50米，均须设置空调。
　　综合楼（一）为六层综合性建筑物，内设办公用房、厨房、餐厅、浴室、行车公寓、地下车库、跟随变电所及供电、机电检修间等。需空调的房间有餐厅、办公用房、主要检修车间、行车公寓，建筑面积18700平方米，空调面积9300平方米，计算冷负荷为1341kW。
　　综合楼（二）共四层，主要为办公、工艺用房和部分会议室，其中，一、二层为通信信号用房，三、四层为控制中心和系统用房，建筑面积6500平方米，空调面积5300平方米，计算冷负荷为816kW。
　　综合楼（一）和综合楼（二）总建筑面积25200平方米，最大计算负荷为21573kw,出现时刻为17点，建筑面积冷负荷指标为8561W/m2，夜间负荷为6385kw.
　　2、空调方案考虑综合楼的地理位置、功能设置、建筑情况、空调负荷种类的分配以及对外立面要求较高等情况，主要有以下两种空调方案：
　　方案1 变频空调+定频空调+新风的分体空调方案
　　该空调方案主要设置大致情况有：在二十四小时负荷的空调房间采用专用的设备房分体定频柜机，如AFC主机房、MCS设备房、中央控制室等；在一些大开间的地方采用定频式单联的分体管道机，如餐厅、开敞式办公间；在一些办公室采用变频多联空调系统，室内机采用隐藏风管机、天花卡式嵌入机等，如会议室、主任室、各工种办公室、财务室、公寓等。另外为满足空调房间的人员新风量，在每层的两侧设隐藏式管道新风机。
　　方案2 集中冷源的空调方案
　　该空调方案是在综合楼（一）负一层地下室设集中制冷机房，采用三台单螺杆冷水机组，单台制冷量7553kW.冷源除负担综合楼（一）的空调冷负荷外，还为综合楼（二）提供冷量。两栋建筑物夜间负荷为6385 kW左右，满足冷水机组低负荷运行特点，此时的COP=6385/20479=312.冷却塔及水泵均各三台，与冷水机组一一对应，但能相互备用。冷冻水泵和冷却水泵设置于负一层空调水泵房内，冷却塔设于大楼屋顶平面上。采取这种方案既能满足工艺要求，又节省投资，避免由于设备备用而产生的浪费，还能使主机更好地适应末端负荷的变化。
　　3、空调方案的技术经济比较为了科学合理地选择空调方式，对两种空调系统从经济性、可调节性、安全可靠性、可操作性、建筑装修协调性及环境影响等方面进行分析比较和论证：
　　3.1 中央空调冷源配置
　　（1）制冷主机
　　制冷主机三台，单台名义工况制冷量7553kw, 冷冻水流量1292m3/h，冷却水流量1550m3/h，电机额定功率90x2kW，输入功率1670kw，主机COP=452,满足《蒸汽压缩循环冷水（热泵）机组工商业用和类似用途的冷水（热泵）机组》（GB/T184301-2001）的要求（COP=385）
　　（2） 冷冻水泵
　　冷冻水泵三台，单台流量：143m3/h，扬程：34m，电机功率：30kW.
　　（3）冷却水泵
　　冷却水泵三台，单台流量：171m3/h，扬程：24m，电机功率：22kW
　　（4） 冷却塔
　　方型冷却塔三台，单台循环水量：200m3/h，电机功率：375x2kW
　　3.2 中央空调冷源能效比
　　冷源COP=22659/6795=333,采用美国ASHRAE的制冷系数综合指标IPLV=001A+042B+045C+012D=3003
　　其中：A为负荷100%时的COP值，即 A=333
　　B为75%负荷时的COP值，即B=1699425/55759=3048
　　C为50%负荷时的COP值，即 C=113295/38286=2959
　　D为25%负荷时的COP值，即 D=566475/18976=2985
　　3.3 VRV系统冷源配置及能效比
　　由于采用VRV系统，其最大系统制冷量为48HP（130kw），故负荷计算方式要受其制冷规模的限制，只能分区域进行，经计算综合楼（一）和综合楼（二）设备配置负荷为258783kw.
　　（1）室外机配置
　　据负荷计算结果，室外机配置为： 38HP（107kw） 4台，36HP（101kw） 6台，24HP（67kw） 8台,20HP（56kw） 12台, 18HP（482kw） 4台，12HP（335kw） 4台， 8HP（252kw） 1台。实际设备配置负荷为25936kw.
　　（2）VRV系统室外机能效比
　　根据厂家提供的资料计算，VRV系统室外机能效比最大为2827（46HP）；最小为268（12HP&24HP），远小于中央空调冷源能效比COP=333,甚至其最大室外机能效比 比中央空调冷源制冷系数综合指标IPLV=3003还小586% ，这主要是VRV系统采用风冷涡旋式压缩机而中央空调系统采用水冷螺杆压缩机所决定的，且夜间中央空调COP=312，预示本工程中央空调运行成本较VRV系统运行成本低。
　　3.4 空调系统经济性比较（单位：万元）
　　中央空调系统 VRV系统差额（中央- VRV）
　　建安造价 498498 674336 -175838
　　土建造价 31524 0 31524
　　智能管理 11525 30 8525
　　配电造价 35925 4577 -9845
　　一次投资小计 681197 750106 -68909
　　折合年成本（15） 45413 50007 -4594
　　年电费 103447 110947 -75
　　年水费 1296 0 1296
　　年维护费 7477 6743 0734
　　年管理费 9 45 45
　　年费小计 12122 12219 -097
　　年静态成本 166633 172197 -5564
　　从以上数据可以看出，本工程采用中央空调系统无论一次性投资还是长期运行费用均较采用VRV系统成本低，因此，从经济性层面来讲，本工程推荐采用中央空调系统。
　　3.5 空调系统可调节性比较
　　VRV系统采用变频控制，从52~210Hz分29~35个档位，负荷容量调节范围10~100% ，能很好地适应室外负荷的变化。
　　中央空调系统采用三台主机，每台主机两个机头，每个压缩机可分为四档：0-40-70-100，整个中央空调冷源可分为19个档位，负荷容量调节范围667~100% ，也能很好地适应室外负荷的变化。
　　从以上分析可以看出，中央空调系统在适应室外负荷变化的灵敏度方面较VRV系统低，但负荷调节范围比VRV系统稍广，因此，从可调节性层面来讲，中央空调系统和VRV系统各具优势，VRV系统更适合于要求温度波动较小的场合。
　　3.6 空调系统安全可靠性比较
　　中央空调系统冷源由三套相互独立而又紧密联系的系统组成，三套系统可互为备用，即使出现最不利情况，也可以通过切断综合楼（一）冷冻水系统来保证综合楼（二）工艺用房的需要；对工艺用房，采用分散式全空气系统，末端设备之间可以起到互为备用的目的。空调冷冻水系统管径大于50毫米全部焊接，而供工艺用房的水管均大于50毫米，经试压验收合格后，可确保使用期内不发生泄漏；空调凝结水管均置于工艺用房之外，不会对工艺用房造成威胁。
　　VRV系统为全分散式系统，一套系统发生故障不会影响其它系统的使用，对工艺用房采用两套系统同时供冷，可起到互为备用的目的；系统管路为铜管，流体为制冷剂，经过科学施工和严密测试可降低系统的泄漏可能；凝结水管尽量置于工艺用房之外，防止泄漏对工艺用房造成威胁。
　　中央空调系统主要为风机盘管加新风方式，工艺用房采用分散式全空气系统，VRV系统为全分散式系统，因此，这两种方式对防火均有利，对防止SARS等有害物的蔓延也同样有效，由于VRV系统管路内流体为制冷剂，如果发生泄漏将对工作人员不利，因此，从人员安全角度来说，VRV系统稍逊于中央空调系统。
　　3.7 空调系统可操作性比较
　　VRV的智能控制系统可实现单机控制、区域或集中控制，每个室内机与室外机有通信终端，允许将数十台室内机连接到一个通信线路中；系统具有自诊断功能，能及时发现系统的内在问题；控制器可对各个单独房间内的空调加以控制。
　　中央空调系统也能实现VRV系统的智能控制功能，不足之处是所需代价偏高。
　　3.8 空调系统环境影响比较
　　中央空调系统和VRV系统均采用电能这一清洁能源，不会对大气产生污染；VRV系统采用F22，在合理使用期内符合氟利昂制冷剂替代进程的要求，中央空调系统完全能满足氟利昂制冷剂替代进程的要求；VRV系统室外机较多，中央空调系统只有冷却塔置于室外屋面上，很容易进行装饰处理，对城市景观来说，VRV系统的负面影响大于中央空调系统；中央空调系统的主要噪声源均置于地下制冷机房内，对整个办公区域无明显影响，VRV系统室外机置于屋顶，其中噪音及振动对顶层用房有不利影响，同时，VRV系统的电磁影响较中央空调系统大的多。
　　3.9 空调系统建筑装修协调性比较
　　VRV系统有多种形式的室内机，能与建筑装修密切协调；中央空调系统末端设备的型号种类比VRV系统的室内机更丰富，与建筑装修的协调性更好；VRV系统管路的管径较中央空调系统小，对建筑层高和管网交叉的影响比中央空调系统有利；VRV系统室外机39台，分散布置在屋面上，占用屋面净面积65217m2,设备总重量21693kg，中央空调系统冷却塔占用屋面净面积35055m2,运行总重量13200kg，且冷却塔集中布置，便于结构处理，因此，屋面荷载对建筑结构和造价的影响中央空调系统比VRV系统有利的多。
　　3.10 空调系统维护保养方便性比较
　　中央空调系统的末端设备和VRV系统的室内机维保工作量相当，管网也差别不大，相差较大的主要是两个系统的冷源部分，VRV系统投入使用初期室外机维保工作量较小，主要是例行检查（月检、季检、半年检、年检）、紧固、加润滑油、调校传动装置、清扫冷凝器和机壳等，中央空调系统冷源投入使用初期维保工作量较VRV系统室外机多，主要是多了水系统清洗；但使用四年后，VRV系统室外机维保工作量快速增长，且点多面广，而中央空调系统冷源维保工作量增长缓慢，且维修地点相应集中，因此，就整个使用期内，VRV系统维保工作量比中央空调系统大。
　　3.11 空调系统其他方面比较
　　中央空调系统的新风和换气次数能够得到保证，舒适性方面有微弱优势；中央空调的全空气系统在过渡季节可采用全新风，对设备发热量较大的工艺用房，冬季可采用调节新回风比例的方法进行降温，因此，就过渡季节和冬季来说，本工程中央空调系统比VRV系统更节能。
　　4、结论中央空调系统和VRV系统都可以满足本工程的使用要求，为了科学合理地选择空调方式，通过对两种空调系统从经济性、可调节性、安全可靠性、可操作性、维保方便性、建筑装修协调性及环境影响等方面进行的分析比较和论证，认为对于广州地铁五号线车辆段与综合基地综合楼（一）与综合楼（二）的空调工程采用中央空调系统比采用VRV系统更为有利。

作者：彭金龙