夏热冬冷地区住宅建筑空调方式的经济评价

住宅是人类安居乐业的基础。当前，住宅建设已成为居民消费热点和国家的经济增长点，这就给住宅建设赋予了新的历史使命。同时随着住房制度的改革，住宅由福利型分配向商品型出售转变，住宅需求者对其提出了更高的要求，住宅空调设施也逐渐成为住户在选择楼座时考虑的重要因素之一。对于我们暖通专业人员而言，在选择住宅建筑空调方式时，不仅要满足房间的舒适度要求，同时要考虑各种空调方式的初投资和年运行费用，在初投资和年运行费用之间找到最佳平衡点才能做出合理的选择。

　　目前住宅建筑中常见的且技术成熟的空调方式有：

　　空调方式一　家用空调器（热泵型、不变频）――――――― 以房间为单位

　　空调方式二　变频变冷媒流量直接蒸发式系统――――――― 以户为单位

　　空调方式三　风机盘管＋小型风冷冷热水机组――――――― 以户为单位

　　空调方式四　风机盘管＋风冷冷热水机组――――――――― 以小区为单位

　　空调方式五　风机盘管＋电制冷冷水机组＋燃油（气）锅炉― 以小区为单位

　　空调方式六　风机盘管＋直燃型溴化锂吸收式冷热水机组―― 以小区为单位

　　本文中空调方式一～三称为分散式空调系统，空调方式四～六称为DHC系统。下面对上述六种空调方式的作出经济计算和评价。

2、经济可比性原则

　　对不同的空调方式进行经济分析评价，属于技术经济学的范畴，因此必须遵循技术经济学的可比性原则。

　　技术经济学是一门对未来将要实施的技术方案事先进行计算、分析、比较、评价和优选的科学，具有明显的预测性。技术经济学的重要特点就是比较性，主要是比较技术方案的社会有用效果与社会劳动消耗，即比较所得与所费。要进行比较，就必须具备相比较的条件，即技术方案之间具有可比性，要符合可比性原理。技术经济可比性原理主要包括四个方面，即满足需要的可比性、消耗费用的可比性、价格的可比性及时间的可比性。

2.1 满足需要的可比性

　　满足需要的可比性，是指相比较的技术方案所提供的功能（适用价值）都能满足同等的需要，即功能等同化或等效化。对空调系统各个方案进行经济分析时，就要求每种空调方式达到的空调效果相同。本文中，满足需求的可比性体现在：①各种空调系统均能满足房间全年的舒适性；②进行空调负荷计算时，没有计入新风负荷值，因为家用空调器方式无法向房间引入新风；③忽略家用空调器方式无法达到室内气流均匀分布的特点。

2.2 消耗费用的可比性

　　消耗费用的可比性，是指对满足相同需要的不同技术方案进行技术经济比较和评价时，必须从整个国民经济角度出发和方案实施与使用的角度出发，比较和分析相比较方案的全部消耗费用；而且相比较的各方案，要采用相同的费用计算原则、范围和方法。本文中空调系统经济评价方法－费用年值法就是考虑了所比较的方案的初投资和运行费用，是系统一年的全部消耗费用。

2.3 价格的可比性

　　价格的可比性是指在计算各个相比较方案的技术经济效益时，必须采用合理的价格和一致的价格。为了遵循价格的可比性原则，经济分析中各个方案中不同设备尽量采用同档次的产品（指国产、进口或合资产品）；相同设备采用同一厂家的产品（如：泵、冷却塔等）；各种产品价格采用同年产品厂家报价。

2.4 时间的可比性

　　时间因素对技术方案经济效益的比较和评价非常重要。因为建设项目一般具有建设周期长、使用寿命长、占用资金多而时间又长的特点，在资金时间价值不可忽视的情况下，投资数量多少、占用时间长短不同，方案的经济效果将有明显的不同。因此，技术方案的比较，必须以时间上具有可比性，通常包括两个方面的可比性：计算期相同和考虑资金的时间价值。本文中空调系统经济性比较的计算期考虑各种空调方式中主要设备的寿命期，选用的经济评价方法为动态方法，即考虑资金的时间价值。

3、空调方式经济评价的前提条件

　　空调方式经济评价具备三个前提条件：空调负荷计算、空调设备选型、空调能耗计算、空调运行费用计算和空调初投资计算。

3.1 空调负荷计算

　　空调方式的经济性分析要同时考虑系统的初投资和运行费用。设备的选型和运行费用的计算都是以空调负荷计算为基础的。

　　空调负荷计算方法有粗略估算方法（如：度日法、温频法等）和详细模拟方法（如：DOE-2法）。本文选择清华大学开发的建筑热环境模拟软件DeST (Designer’s Simulation Toolkit)软件对模型建筑进行全年8640h空调负荷计算。

　　夏热冬冷地区是我国人口密集、经济文化发达的地区，其夏季闷热、冬季湿冷的气候特点和经济背景决定了该地区住宅建筑具有发展空调设施的潜力。本文对夏热冬冷地区的典型城市－上海某住宅建筑（6层，每层两户，每户建筑面积125m² ）进行模拟计算，得到全年逐时空调负荷值。

3.2 空调设备选型

　　本文的目的是评价第一节中表述的六种空调方式的经济性，在满足经济可比性原则，在设备选型方面的设定条件及准备工作：

　　(1) 对整个模型建筑所有房间进行房间空调器选型，空调负荷按照上述计算结果。

　　(2) 对于空调方式二、三只对每层的西侧住户的空调系统进行选型，空调负荷按照上述计算结果。

　　(3) 空调方式四、五、六对建筑规模面积分别为1万、2万、5万、10万平米（考虑到设备容量的限制，空调方式四不包括10万平米）的住宅小区进行分析，其全年逐时负荷值按照模型建筑的逐时空调负荷面积指标进行换算。

　　(4) 假设空调方式四、五、六中主机设备容量可以连续变化，主机容量就等于小区最大冷负荷和台数的比值。

　　(5) 利用可视化编程工具VB6.0编制设备选型软件，其中考虑了三种设备选型情况：单台运行、两台同容量设备运行和三台同容量设备运行。

3.3　空调能耗计算

　　空调能耗计算是空调系统运行费用计算的基础，本文中空调负荷采用逐时计算方法，所以能耗值也可以得到逐时值，计算得到的运行费用也是全年逐时的，比传统计算方法（按照最大小时乘同时使用系数）得到的结果更接近于实际运行的情况。

图1 主机能耗计算流程

　　主机设备能耗占整个空调系统能耗的大部分，所以对主机能耗的计算采用计算机模拟的方法。主机能耗计算流程图如图1示。在本文的能耗计算中，选用四种建筑规模，即1万m²、2万m²、5万m²和10万m²；三种设备组合方案，即一台运行、两台同容量运行和三台同容量运行；运行策略：开启台数最少原则，当超过一台机组运行时，只有一台部分负荷运行原则。

　　本文中主机设备有风冷热泵机组、电制冷冷水机组、燃油（气）锅炉和直燃型溴化锂冷热水机组。风冷热泵机组能耗计算中考虑了设备的变工况能耗的变化和部分负荷运行工况能耗的变化，其余设备考虑了部分负荷运行工况能耗的变化。

　　附属设备（水泵、冷却塔）和室内设备（风机盘管）能耗计算采用估算的方法，假设均是定流量或者定风量运行。其能耗等于额定耗电量乘以全年运行小时数。

3.4　空调运行费用计算

　　空调系统全年耗电量、耗气量和耗水量通过能耗计算得到，再根据各种能源单价就可计算全年运行费。现行上海市水、电、气收费标准为：水费1.66元/m²（含排水费）；

　　电费0.61元/kWh；天然气2.10元/Nm³；煤气1.45元/ Nm³。轻油价格按照3.3元/kg记。

3.5 空调系统初投资计算　

　　空调系统初投资包括下述五项投资费用：

　　①主要设备投资：主要设备是指每一种空调系统中占投资比例相对较高的设备投资。为了遵循经济评价可比性原则，设备的价格以厂家现行报价为准。

　　②空调系统辅材、安装调试费：按照空调系统主机设备（冷机、锅炉）投资的百分比计算详表1。

表1　空调系统辅材、安装调试费计算

系统名称	主机设备名称	百分比％
家用空调器	－	0
VRV系统	室内机、室外机	15
风机盘管＋小型风冷冷热水机组系统	风机盘管、小型风冷冷热水机组	10
风机盘管＋风冷冷冷热水机组	风机盘管、风冷冷热水机组	15
风机盘管＋电制冷机＋燃油燃气锅炉	风机盘管＋电制冷机＋锅炉	20
风机盘管＋直燃机	风机盘管＋直燃机	20

　　③室外管网投资费用：在本文中要比较的空调方式中，后面三种属于区域供冷供热系统，总投资中要考虑室外管网的材料及敷设费用。本文参考文献[2]，直接敷设、直接连接、民用热水网的造价，考虑了流量修正系数和管径选型修正系数估算出供冷供热管网的投资。详见表2数据。

表2 供冷供热管网投资

建筑规模（万m2）	10	15	20	30	40	50
单位建筑面积管网投资(元/ m2)	15.32	16.81	15.39	14.51	15.83	16.62

　　④冷热机房土建费用：本文中后三种空调方式均是以一个小区为单位，需要单独建设冷热机房。机房土建费用等于单位机房建筑面积的造价(本文取1200元/m²)乘机房建筑面积。

　　机房建筑面积除了与不同的冷热源形式、建筑轴网的尺寸、建筑平面的形式等因素有关，不同的设计人员布置同样的机房也会有所差异。为了能对机房占用面积有个初步的统计，现在选用某厂家设备，制冷量选择几种常用的典型容量，建筑轴网按8.0米考虑，辅助设备按常规选用和布置得到不同机组类型、不同制冷量的机组、不同的台数机房的占地面积，由此拟合出机房面积和设备容量、台数的公式详表3：

表3 机房面积和设备容量、台数的关系 (m²)

机房类型	面积	备注
电制冷机机房		Qc.e－设备制冷量 Qh.e－设备制热量 n1~n4－设备台数
燃油（气）锅炉房机房
直燃式溴化锂制冷机房
换热机房（板式换热器）

　　由上述表格可以就算出DHC空调方式冷热站的占地面积，见表4。

表4 冷热站占地面积 (m²)

空调方式	冷热站型式	面积	备注
风机盘管 ＋风冷冷热水机组	电制冷机房	0.3×A1	0.3－修正系数，考虑机组设于屋顶，不占机房面积。
风机盘管 ＋电制冷机组 ＋燃油（气）锅炉	电制冷机房 燃油燃气锅炉房 换热站	0.75×（A1＋A2＋A4）	0.75－同时使用系数。
风机盘管＋直燃型溴化锂机组	直燃式溴化锂制冷机房	A3

　　⑤电力增容费、燃气增容费和油系统投资

　　目前上海市电力增容费为360元/KVA（380/220kV）。上海市目前暂时不收取燃气增容费，故此项为零。油系统投资均按照2万元考虑。

4、空调方式经济评价

4.1 经济评价公式　进行各种空调方式的经济评价时，在满足时间的可比性原则，采用动态评价方法－费用年值法，计算公式由参考式1，计算如下：

　　　 (1)

　　式中　

　　A_a ——费用年值；
　　C_t.j ——第j类设备初投资；
　　n_j ——第j类设备使用年限（寿命期）；
　　i ——标准收益率，按10%考虑；
　　Cr ——年运行费；
　　m ——使用年限不同的设备类别数

　　由前面计算得到的初投资和运行费用，由上式计算得到如下结果：

表5经济评价结果
(a) 建筑规模1万m²

 

空调方式编号	主机类型	主机单 台容量 kW	主机 台数	初投资 元/m2	全年 运行费 元/m2	费用 年值 元/m2	费用年值比
一	--	--	--	96.98	90.78	106.57	2.43
二	--	--	--	669.43	46.97	134.04	3.06
三	小型风冷热泵机组	--	--	419.04	100.63	155.73	3.55
四	风冷热泵机组	352	2	245.41	35.14	51.44	1.17
五	活塞式冷水机组/ 热水锅炉(轻油)	352/370	2/1	209.07	18.42	44.10	1.01
	螺杆式冷水机组/ 热水锅炉(轻油)	352/370	2/1	211.35	17.87	43.83	1.00
六	直燃机	352	2	220.67	31.16	58.57	1.34

(b) 建筑规模2万m²

空调方式编号	主机类型	主机单 台容量 kW	主机 台数	初投资 元/m2	全年 运行费 元/m2	费用 年值 元/m2	费用年值比
一	--	--	--	96.98	90.78	106.57	2.48
二	--	--	--	669.43	46.97	134.04	3.11
三	小型风冷热泵机组	--	--	419.04	100.63	155.73	3.62
四	风冷热泵机组	704	2	243.42	35.15	51.38	1.19
		470	3	243.79	30.80	47.03	1.09
五	活塞式冷水机组/ 热水锅炉(轻油)	704/370	2/2	193.50	19.11	43.05	1.00
	螺杆式冷水机组/ 热水锅炉(轻油)	704/370	2/2	218.72	18.6	45.52	1.06
六	直燃机	704	2	196.53	26.41	50.65	1.18

(c) 建筑规模5万m²

空调方式编号	主机类型	主机单 台容量 kW	主机 台数	初投资 元/m2	全年 运行费 元/m2	费用 年值 元/m2	费用年值 比
一	--	--	--	96.98	90.78	106.57	2.83
二	--	--	--	669.43	46.97	134.04	3.56
三	小型风冷热泵机组	--	--	419.04	100.63	155.73	4.14
四	风冷热泵机组	1174	3	403.27	49.59	76.53	2.03
五	螺杆式冷水机组/ 热水锅炉(轻油)	1174/925	3/2	193.17	18.21	42.17	1.12
	离心式冷水机组/ 热水锅炉(轻油)	1774/925	3/2	188.73	14.21	37.65	1.00
六	直燃机	1174	3	193.58	22.21	46.49	1.23

(d) 建筑规模10万m²

空调方式编号	主机类型		主机单 台容量 kW	主机 台数	初投资 元/m2	全年 运行费 元/m2	费用 年值 元/m2	费用年值比
一	--		--	--	96.98	90.78	106.57	2.70
二	--		--	--	669.43	46.97	134.04	3.39
三	小型风冷热泵机组		--	--	419.04	100.63	155.73	3.94
五	离心式冷水机组/ 热水锅炉	轻油	2348/1233	3/3	180.78	19.52	42.40	1.07
		天然气	2348/1233	3/3	180.78	18.57	40.78	1.03
		煤气	2348/1233	3/3	180.78	20.19	42.71	1.08
六	直燃机	轻油	2348	3	176.22	21.88	44.13	1.12
		天然气	2348	3	176.22	17.27	39.52	1.00
		煤气	2348	3	176.22	24.27	46.52	1.18

4、结论

　　由表5中数据得到如下结论：

　　(1) 住宅空调方式中，以房间为单位的房间空调器方式和以户为单位的VRV系统及小型风冷热泵系统(分散式系统)的费用年值高于区域供冷供热系统（DHC）的2~4倍。对于房间空调器空调方式主要是运行费用高导致了费用年值偏高；VRV系统的初投资是电制冷系统的3.1倍(1万m²时)，其费用年值必然很高；小型风冷热泵系统的初投资和运行费用均相对偏高。

　　(2) 在住宅DHC系统中，建筑面积在5万²以下，电制冷空调方式费用年值最低，可为首选方案；建筑面积在10万m²的住宅小区推荐选择直燃机空调方式。

　　(3) 在消耗燃料的空调方式中，有条件的情况的应该首先考虑以天然气为能源。在同样规模、同样设备台数及相同运行策略下，以天然气、轻油和煤气的空调系统费用年值比为1：1.12：1.18。

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