别墅建筑燃气户式空调系统的经济性分析
【摘 要】 以武汉市某花园小区别墅型建筑为例，设定了围护结构参数、房间空调参数、内扰参数、通风参数等后用DeST-h软件模拟了全年空调冷、热负荷及负荷指标，计算了燃气型空调系统与热泵型房间空调器系统以及家用多联空调系统的能耗。用费用年值法对各方案的经济性进行比较分析，结果显示以燃气作为能源的空调系统虽然初投资不是最低，但其年运行经济性最好，综合两项的费用年值最小。
由于电力紧缺现象的频频出现，以及天然气开采量的逐年递增，以燃气作为能源的制冷和供暖的人工环境系统在悄然发展。人们的住房条件日渐改善，住房面积不断增大，特别私家别墅的增多，家用空调也从原有的分体式空调逐步走向户式集中空调。于是，将燃气应用于户式集中空调系统中将是一大趋势，也给暖通空调设计人员提供了更多的方案选择。但燃气空调方式是否经济，是否会增加用户的费用负担，这就需要进行系统经济性分析。通过计算初投资、全年运行能耗、运行费用等总费用年值，得出一种经济性判据。
一、气象参数本文分析的花园小区别墅地处武汉市，台站位置：30°37’，东经114°08’，海拔23.3m。用清华同方开发的软件Medpha通过随机算法模拟计算，生成全年8760个小时的逐时干球温度、湿球温度、含湿量、水平总辐射强度和水平面散射辐射强度等气象参数。武汉地区一年内的干球温度最高39℃左右最低-3℃左右，一年内25℃以上的时间有2400小时，15℃以下的时间有3600小时，0℃以下也就一周时间。所以对于武汉地区的别墅，空调供冷是主要的任务；空调供热的负荷虽然不大，但也是必不可少的。另外，武汉又属于高湿区，空调必须考虑除湿。当室外气温在15～25℃期间，加大自然通风就可提高别墅内空气品质和舒适度。
二、建筑概况 该花园小区别墅是典型的户式建筑，别墅总建筑面积为540m2，地面上3层，无地下室。楼层总高度为10.6m。体形系数为0.573m-1,各朝向窗墙比分别为：东0.06；南0.45；西0.07；北0.10。一楼主要有：餐厅，厨房，工人房，起居室及车库；二楼为：两间卧室、起居室(与一楼联体)。三楼主要有：两间卧室，书房和露台。各种围护结构参数见表1。
三、空调负荷 该建筑全年空调负荷用DeST-h软件进行模拟。计算的步骤是先完成模型结构图的绘制和气象参数的设定，接着设定建筑参数。这是一个重要的步骤，参数不仅多而且复杂，要认真仔细。建筑参数包括围护结构类型、房间空调参数、内扰参数、通风参数等，本文所研究的别墅建筑的房间空调参数具体是：
①内部热扰：人员按主卧室、次卧室、客厅、厨房、洗手间，分别给出其逐时人数、灯光、设备按卧室、客厅、厨房、洗手间给出其单位面积指标
②空调控制温度设定：18～26℃
③容忍温度(开启空调温度)设定：16～29℃
②通风模式：换气次数0.5～10次/h(可变通风)
③空调开启模式：客厅：工作日18：00-24：00开、周末8：00-24：00开、卧室：工作日22：00-次日7：00开、周末全开
④厨房、卫生间和楼梯间均不设置空调
⑤夏季供冷时间：6、7、8月共92天
⑥冬季供热时间：12、1、2月共90天
全年空调负荷模拟结果如表2～表3所示。
根据别墅建筑气象特点以及各房间负荷情况与使用概率，可以考虑分体式冷热型空调器、家用VRV系统和BCT户式燃气空调。分体式冷热型空调器以性能好、质量可靠、维修率低、安装、使用方便以及冷(热) 量调节方便的优点一直受到用户青睐，别墅建筑用户也不例外。家用VRV系统以它节能、舒适、运转平稳、各房间可独立调节、满足不同房间不同空调负荷的需求等诸多优点在户式空调中，特别在别墅建筑中成为分体式冷热型空调器的有力竞争者。而目前市场上出现的BCT户式燃气空调采用溴化锂吸收式制冷原理，具备制冷、制热和卫生热水三种功能，适用于100～1000平方米户型的别墅、公寓、小型商店、旅店、医院、学校等小型建筑，具有舒适性、可靠性和清洁低噪音等环保特性与电空调相比，具有稳定的制热性能也跻身户式空调中。
四、经济性分析
本文采用考虑资金的时间价值的费用年值法，即将一次性投资分摊成每年的费用，或利用投资效果系数这个折算比率，将投资费用折算成与年运行费用相类似的费用，然后再与运行费用相加，得出费用年值。费用年值最低的设计方案为最佳方案。这种方法的好处是无论项目寿命期是否相同，都可以使用。计算公式为：
如果空调系统中有多种设备时，可以使用下式来进行计算：
五、 各方案的能耗和经济比较
计算各种方案的能耗和在武汉市能源价格下的运行费用，由初投资、运行费用以及设备的使用寿命，以费用年值作为基准进行综合经济计算比较。武汉地区2006年各种能源价格见表4。
在本方案中冬季和夏季均用热泵型房间空调器，进行供热和供冷。能耗计算采用估算的方法，假设均是定流量和定风量运行。其能耗等于额定耗电量乘以全年运行小时数。空调器同时使用系数定义为空调高峰使用时段, 整幢别墅内同时开启的空调机的冷量占别墅内空调总冷量的百分比，其它方案也如此。于是房间空调器同时使用系数设为0.3。同时使用系数越小，能耗量也越小。
本方案的经济分析见表5。
本方案选用某知名品牌的家用多联空调系统，夏季供冷、冬季供热。室外机选用RMX160CMV2C三台，室内机的选择根据各房间冷、热负荷进行。产品资料提示室外机制冷COP=3.00，制热COP=3.52。室内机的同时使用系数为0.3。3台室外机同时使用系数为0.8。该系统的经济分析见表6。
燃气空调机组选型号为BCT16，共两台，根据商家提供资料可知其性能系数COP=1.00～1.50。设备名义制冷量为16kW，天然气耗量为1.5m3/h，耗电量为1kW，夏季设备运行92天，耗气量为168.9Nm3，耗电量为
112.6kW·h。设备名义制热量为16kW，天然气耗量为1.8m3/h，耗电量为0.4kW，冬季设备运行90天，耗气量为146Nm3，耗电量为32.4kW·h。
燃气空调机组与风机盘管的能耗与经济性分析如表7。
六、费用年值比较小结将折合初投资与年运行费用相加，得出各种空调方案总的费用年值如表8所示。
从表8中各数据看，热泵型房间空调器系统的初投资为15.98元/(m2·a)，在三种空调方案中最低，燃气空调系统加风机盘管系统的最高，但是年运行费用则是燃气空调系统的19.00元/((m2·a)，在三种空调方案中是最低的，家用多联空调系统(VRV)次之，而热泵型房间空调器系统的最高。但费用年值则是燃气空调系统加风机盘管系统是最低的，热泵型房间空调器系统的最高。
由此可见： ①利用燃气作为能源的空调系统运行费用较电能的低，使用房间空调器系统的初投资较低。 ②燃气空调系统加风机盘管系统最经济性，而现在用得最普遍的热泵型房间空调器系统最不经济。但是热泵型房间空调器系统如果在空调房间少或者同时利用系数小的时候选用，也不失为一种好的方案。 ③在此三种方案中，燃气空调系统良好的经济性使其具有很大的发展前景。
此外，燃气空调系统的环保、调峰等特点以及燃气空调核心技术的成熟，可以使机组本身价格降低，减少初投资，使得燃气空调的市场前
景更为广阔。
