程嘉颖　陈刚

摘 要：作蒸发式冷凝机组应用于商业建筑的前景分析。基于某工程实例，介绍了该机组在夏季制冷工况下的设计思路，并根据当前市场上生产厂家提供的数据，分析了初投资、运行费用和维护费用，以计算投资回收期。结果表明，蒸发式冷凝机组能有效节省运行能耗，并且相对于常规水冷机组，其投资回收期分别为3.9年（含螺杆式压缩机）和5.4年（含磁悬浮离心式压缩机）。

关键词：蒸发式冷凝机组；商业建筑；性能系数；运行能耗；空调；制冷

中图分类号：TB65 文献标志码：A 文章编号：2095-2945（2018）21-0055-03

Abstract： The application prospect of evaporative condensing unit in commercial buildings is analyzed. Based on an engineering example， the design idea of the unit under summer refrigeration condition is introduced， and the initial investment， operation cost and maintenance cost are analyzed according to the data provided by the manufacturers in the market at present， in order to calculate the payback period of the investment. The results show that the evaporative condensing unit can effectively save energy consumption， and the investment recovery period is 3.9 years （including screw compressor） and 5.4 years （including magnetic suspension centrifugal compressor）， respectively， compared with the conventional water cooling unit.

Keywords： evaporative condensing unit； commercial building； coefficient of performance； operational energy consumption； air conditioning； refrigeration

引言

近年來我国建筑面积持续增长[1]，建筑的运行能耗巨大[2]，因此解决建筑节能已成为我国节能减排的一项重大问题[3，4]。蒸气压缩循环蒸发冷却式冷水（热泵）机组（以下简称“蒸发式冷凝机组”），是将空调系统中的常规空调水冷机组的冷凝器和冷却塔集成，具有传热系数高、冷凝温度低，可以节省系统能耗的特点。以某一工程为例，本文对该机组作经济性分析，并计算其投资回收期，以探讨其应用于商业建筑的前景。

1 工程概况

该商业项目位于南京，地处夏热冬冷地区，总建筑面积约14万m2，其中商业建筑面积为90316m2。

该地区不考虑峰谷电价。

2 技术分析

2.1 冷负荷计算与冷源选型

根据商业建筑面积（90316m2），估算系统冷负荷为2750 RT（合9670kW）。

笔者收集了当前市场上生产蒸发式冷凝机组的9家厂家的资料，发现当前市场上的蒸发式冷凝机组，可根据换热器类型分为板管式换热器和降膜式换热器，其系统SCOP分别为4.8和5。在工程上可认为没有明显的差距，因此本文重点分析降膜式换热器构成的蒸发式冷凝器；另外，当前多数厂家生产由螺杆式压缩机构成的蒸发式冷凝机组，少数会生产由磁悬浮离心式压缩机构成的机组，其SCOP为8。

总之，考虑其冷源：（1）采用4台700 RT的常规水冷式机组；（2）采用8台350 RT的螺杆式蒸发冷凝机组；（3）采用8台350 RT的磁悬浮蒸发冷凝机组。

2.2 部分负荷小时数

笔者收集了南京某一实际商业项目在2017年全年的运行数据（如表1所示），从中筛选出在制冷季节（5月1日至10月15日），该项目的部分负荷运行情况；再将部分负荷分为10项，分别为10%，20%，30%……100%等十种情况，得到每一种部分负荷，在全年出现的小时数。

根据部分负荷的运行情况，70%负荷情况（1925 RT）的出现次数最高，为437小时，而100%满负荷的情况（2750 RT）的出现次数最少，仅为2小时。

值得注意的是，10%-40%的部分负荷小时数占整个制冷季节的71%。这提醒我们，系统选型过大是常见的问题，实际运行时部分负荷可能会过小。

3 经济分析

3.1 初投资

三种形式冷源的初投资汇总如表2所示。

首先，常规水冷式机组由离心式水冷机组、冷却塔、水泵及附件组成，此处主要分为离心式水冷机组和冷却塔等水系统附件两项，前者设备单价为1600元/RT，后者为500元/kg水量。根据该系统的冷负荷为2750RT，因此离心式水冷机组的设备总价为440万元，而计算冷却塔水量时因为考虑余量，故将冷却塔水量所带的冷负荷乘以1.3的系数。再根据其设备单价，计算得出冷却塔的设备总价为108万元。两者的安装费均考虑为设备总价的20%；BA控制器均为设备总价的10%。水、水泵及附件总价为水冷机组和冷却塔设备总价和安装费总和的50%。因此，常规水冷式机组的初投资总价为1041万元。

其次，螺杆式蒸发冷凝机组的设备单价为4000元/RT，按照冷负荷2750 RT计算可得设备总价为1100万元，其安装费为设备总价的10%，BA控制费暂以20万元计算。所以，螺杆式蒸发冷凝机组的初投资总价为1230万元，比常规机组增加了20%。

类似地，磁悬浮蒸发冷凝机组的设备单价为5500元/RT，按照冷负荷2750 RT计算可得设备总价为1512万元，其安装费定为110万元，BA控制费暂以20万元计算。因此，螺杆式蒸发冷凝机组的初投资总价为1642万元，比常规机组增加了60%。

3.2 运行费用

根据部分负荷运行情况，以及电费0.8033元/kWh，和三种机组的系统性能系数SCOP（离心式水冷机组为4.6，螺杆式蒸发冷凝机组和磁悬浮蒸发冷凝机组分别为5和8），可计算得到它们的年运行能耗（如表3和图1所示，分别为计算过程和计算结果）。

蒸发式冷凝机组的年运行费用显著小于常规离心式水冷机组。螺杆式蒸发冷凝机组为186万元，磁悬浮蒸发冷凝机组为123万元，常规水冷机组的年运行费用为213万元，因此蒸发式冷凝机组分别是常规水冷机组的87%和58%。

由此说明，蒸发式冷凝机组在运行过程中有助于节省能耗，也论证了上文所述的性能系数SCOP高。这是因为，蒸发式冷凝机组在结构上将冷凝器和冷却塔集成为一体，由此可以节省水量和水泵能耗，且节省幅度很大。

3.3 维护费用

蒸发冷凝机组的维护费用约为常规水冷式机组的50%。如表4所示：常规水冷式机组每年维护费用为41万元，而蒸发式冷凝机组无论是螺杆式压缩机构成还是磁悬浮离心式压缩机构成，其维护费用都为20万元/年，是常规水冷机组的约50%。

3.4 投资回收期

将维护费和运行能耗的和作为每年的运行费用，得到螺杆式蒸发冷凝机组和磁悬浮蒸发冷凝机组分别对于常规离心式水冷机组的差值；类似地，得到初投资的差值后，将初投资的差值除以运行费用的差值，计算得到投资回收期。

考虑到供货膨胀，实际的回收期可能会久于當前计算所得的投资回收期。由于具体的增长系数无法确定，因此以静态回收期作为计算和评价依据，作为后续系统选型的参考依据。

根据计算过程和结果（如表5所示），螺杆式蒸发冷凝机组与常规离心式水冷机组的投资回收期为3.9年，磁悬浮蒸发冷凝机组为5.4年。由于投资回收期都在6年以内，我们认为可接受。

结果表明，蒸发式冷凝机组在运行3-5年后，由于其在年运行费用上具有显著优势，会比常规离心式水冷机组节省费用。这意味着，该机组前期的高投入会在3-5年后与常规冷水式机组持平，并在之后更为节能节电。不过，实际回收期由于通货膨胀，会比当前计算所得的3-5年更久。

4 结束语

本文对蒸发式冷凝机组进行经济性分析，以作其应用于商业建筑的前景分析。以南京的某一具体商业项目为例，分别将两种类型的蒸发式冷凝机组，和常规水冷式制冷机组作为讨论对象，计算投资成本和运行能耗，并得到它们的投资回收期。

蒸发式冷凝机组的初投资较高，但维护费用和运行能耗低于常规水冷机组。两种压缩机形式的蒸发式冷凝机组（螺杆机和磁悬浮离心机），初投资分别比常规机组增加了20%和60%，维护费用则相当于常规水冷机组的约50%。蒸发式冷凝机组（螺杆机和磁悬浮离心机）的运行能耗分别是常规水冷机组的87%和58%。

螺杆式蒸发冷凝机组与常规离心式水冷机组的静态回收期为3.9年，磁悬浮蒸发冷凝机组为5.4年。投资回收期低于6年，我们认为在可接受范围内。不过，由于通货膨胀，实际回收期会比3-5年更久。

参考文献：

[1]江亿，薛志峰.北京市建筑用能现状与节能途径分析[J].暖通空调，2004（10）：13-16.

[2]江亿.我国建筑耗能状况及有效的节能途径[J].暖通空调，2005（05）：30-40.

[3]江亿.中国建筑节能年度发展研究报告[R].2018.

[4]住房城乡建设部关于印发建筑节能与绿色建筑发展“十三五”规划的通知[J].建筑节能，2017（04）：2-7.

[5]王娓姝.建筑节能与低碳建筑研究[J].科技创新与应用，2016（13）：262.

[6]张兆青.浅谈建筑节能的现状与前景[J].科技创新与应用，2012（13）：175-176.

[7]张峰.绿色建筑节能技术推广与应用[J].科技创新与应用，2015（03）：164-165.