燃气空调应用实例
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摘要：本文通过对上海飞奥燃气设备有限公司燃气空调工程的设计计算和运行分析，阐述了在当前能源结构不合理，电、气的峰谷差加剧的情况下，大力推广燃气空调的可行性和重要性。此外对目前中央空调设计中负荷指标过大的情况做了分析，并给出了在低负荷场所和高负荷场所进行选型时的负荷指标。
关键词：燃气空调；方案设计；运行分析；工程实例
1 前言
燃气空调由于其环保、节能、优化能源结构的三重效果在欧美等经济发达国家得到了较广泛的利用和重视。我国也在积极制定有关鼓励发展该技术的政策法规。上海市政府已制定了《上海市燃气空调、分布式燃气热电联产系统发展规划》，以加快其推广应用，并对投资燃气空调和分布式供能系统的项目给予一定的设备投资补贴，具体补贴方案也已经出台。随着夏季“电荒”的愈演愈烈和以“西气东输”工程为标志的天然气工业进入快速发展通道，燃气空调项目将有较大的发展空间。本文结合工程实例，对燃气空调的方案设计、实际运行等进行分析，并与电空调进行对比。
2 工程简介
上海飞奥燃气设备有限公司是一家以生产燃气设备为主营业务的生产公司，为了响应市政府的号召，也为了缓解夏季工厂内电力紧张的矛盾，公司拟对一期办公楼进行改造，淘汰原有的电空调，建设燃气中央空调系统以供办公楼内的冷热负荷。
一期办公楼建筑位于浦东新工业园区，与附件区域相对独立，空气品质好，适宜开窗；占地面积为1100m2，共3层，总面积为3100m2，其中空调面积为2700m2，建筑构造为混凝土结构。一楼主要为接待室，行政部办公室，员工活动区，食堂和餐厅；二三楼主要为办公室和会议室。
3 燃气空调方案设计
根据对本建筑的现场考查，建筑为板楼，空调总面积较小，外窗面积较大，人员密度相对于一般办公室而言较小，而且室外空气品质较好，可由门窗缝隙或开窗补充新风，而且员工的工作时间较固定，故综合考虑经济性和舒适性，最终决定对本建筑采用风机盘管全水系统。空调区域采用末端再热方式，尤其利于温度和湿度的控制。
鉴于以往根据经验值选取的冷热指标常常有过大之嫌，本工程中我们综合考虑建筑的地理位置、环境条件等，对空调负荷进行了认真核算，尽可能降低空调投资成本，减少机房设计、安装、管理的麻烦，突出系统的低成本和方便性，让用户在舒适的空间里体会“空调”的真实含义：空气调和。
3．1 负荷计算[1]
在初期计划时概略估出主要设备的性能参数，作为对实际设计计算的参考。以建筑物规模来概略估计主要设备的规格，附带并可大约估出所需设备种类、台数、空调方式等。用经验估计概略值应注意建筑物的特性、用途、构造等，并应以正负10％公差做全盘参考，并根据实际情况加以修正。若建筑物每平方米按80W计算，空调总面积2700m2，则0．08×2700=216kW，则冷量估算为195kW～240kW之间。
接下来我们根据建筑材料、各房间朝向、人员密度、照明和设备负荷的不同，对各房间做了详细计算，最终计算所得各房间总的最大冷负荷为267kW。考虑到虽然办公室同时使用概率较高，但一楼餐厅主要为职工餐厅，其供冷供热高峰刚好与办公室错开，所以最终取同时使用系数0．8，则选取机组的供冷量为215kW。最终经过设备调研和比较，我们选取两台BCT115型燃气空调作为制冷机，单机额定制冷量与制热量均为115kW，机组的负荷调节范围为10％～110％。在负荷较高时两台机组同时开机，平时一台为主，一台为辅，低谷时仅开一台，以节约运行成本，同时保证主机的最佳运行性能，而两台机组轮换开机，又可保证整个系统的安全可靠性。本系统规模较小，日常维护保养不设专人，所以机器运转操作要简单而不繁杂。
3．2 设备布置方案
在布置空调主机时，由于原办公楼没有机房，考虑到不破坏建筑的外观，布置合理，操作方便等因素，拟将机组设立于屋顶。根据飞奥一期办公楼的建筑结构图纸及设计院核实，在楼顶设立一个支撑钢架，将机组重量分担到建筑的支柱上。布置空间相对宽敞，仅需考虑建筑的承重能力、管道走向即可。
在布置末端设备和室内水系统时，本案中冷热水管路系统为密封式，系统采用同程式布置以达到水力平衡，一楼距离主机最远的干管上设压差旁通阀以保证机组冷水循环。房间内仅需做水管和风机盘管布置，采用卧式暗装风机盘管，顶面标高为该层内梁底标高-0．060m，水管布置尽量紧凑，避免改向或跨越。
综合考虑室内装修布置图纸，对各层末端及水系统布置示意图如图1所示(仅以一层为例)。
本系统采用水冷模式，冷却水供水原计划由市政管网接入，但后来发现因为飞奥公司的供水系统水压过低，不足以满足机组补水压力要求，故考虑在楼顶安装补水水箱，高于机组3m，经计算和后来的实际操作显示，此方案切实可行。
飞奥公司因为业务关系，本来已经有天然气管道，故这次只是根据燃气空调的用气量重新申请增加了天然气用量。燃气配管根据燃气使用安全性要求配置必要的阀门及报警系统。主机的安装布置示意图如图2所示。
4 燃气空调运行分析
4．1 运行状况
空调机组于2005年6月30日全部安装调试完毕，并试运行1周。试运行期间，两台机组的出水温度设为7℃。试运行最初3天，即7月1日、4日、5日气温较高，室外最高温度高达39℃，由实测参数，两台机组的出水温度均在9℃，入口温度在13℃～16℃之间，各房间室内温度均可达到20℃～25℃，符合设计要求。7月6日起由于气温下降到30℃左右，将一号机的出水温度设为12℃，二号机组的出水温度为7℃，此时二号机的出水温度为7℃～9℃，入口温度为12℃～14℃，一号机则随气温波动燃烧机有启停动作。各房间室内温度在20℃～23℃之间，亦符合设计要求。
可见，在燃气中央空调设计中，负荷指标不一定越大越好，如果按以往经验，负荷指标取120W／m2～150W／m2，则显然过大，会造成能源的浪费，并增加设备初投资。
4．2 经济性分析
该机组试运行1周后，由采集的电、热、水的消耗量及能源单价数据[2]，对系统的经济性进行分析如表1。
图1 一层平面布置图
图2 系统布置示意图表1 燃气空调运行一周费用统计
参考电空调的相近制冷量的机组，其耗能指标如表2。
表2 电空调的相近制冷量的机组运行一周费用统计
由此可见，在采用双机并联的情况下，根据室外气候条件两台机组可随之调整开停机及燃烧机的燃烧火焰大小，从而在满足负荷要求的情况下减少能源消耗。而且系统采用水冷模式，受室外气温条件影响较小。相对于电空调，在额定制冷量高于电空调的情况下，其能源开支仍较少，燃气空调相对电空调可以节约17％左右的能耗，具有一定的经济效益；同时，又缓解了厂区内夏季用电紧张的矛盾，可谓一举两得。
5 结论
作为天然气利用的一种有效方式，燃气空调将越来越受到人们的关注，其发展空间较大。燃气空调相对于电空调有四大优点：一是环保，直接利用燃气能源，以水为制冷剂，溴化锂作为吸收剂，不使用氟利昂或其它替代品，不污染大气层；二是舒适，可同时或单独提供空调制冷、采暖、卫生热水，实现三位一体；三是经济，例如在本例中，核算下来，同样功率的燃气空调比电空调的使用成本低约17％；此外，燃气空调机械运动部件少，运行稳定性高，维护、维修费用低，使用寿命超过20年，而电力空调寿命一般不足15年；四是可有效平衡城市能源结构，缓解城市夏季供电紧张、燃气使用量过低的矛盾。
在燃气空调设计选型中，应注意建筑的地理位置，环境因素，结构和使用性质，恰当的选择负荷指标，普通的低负荷场所，如住宅、办公室、酒店客房等其负荷指标在70W／m2～90W／m2即可达到舒适性要求。在高负荷场所，如商场、餐厅、教室、诊所等，其负荷指标可选择150W／m2～250W／m2。合理的负荷选择可进一步节省系统初投资、能源消耗和运行费用。
关键词：燃气空调；方案设计；运行分析；工程实例
1 前言
燃气空调由于其环保、节能、优化能源结构的三重效果在欧美等经济发达国家得到了较广泛的利用和重视。我国也在积极制定有关鼓励发展该技术的政策法规。上海市政府已制定了《上海市燃气空调、分布式燃气热电联产系统发展规划》，以加快其推广应用，并对投资燃气空调和分布式供能系统的项目给予一定的设备投资补贴，具体补贴方案也已经出台。随着夏季“电荒”的愈演愈烈和以“西气东输”工程为标志的天然气工业进入快速发展通道，燃气空调项目将有较大的发展空间。本文结合工程实例，对燃气空调的方案设计、实际运行等进行分析，并与电空调进行对比。
2 工程简介
上海飞奥燃气设备有限公司是一家以生产燃气设备为主营业务的生产公司，为了响应市政府的号召，也为了缓解夏季工厂内电力紧张的矛盾，公司拟对一期办公楼进行改造，淘汰原有的电空调，建设燃气中央空调系统以供办公楼内的冷热负荷。
一期办公楼建筑位于浦东新工业园区，与附件区域相对独立，空气品质好，适宜开窗；占地面积为1100m2，共3层，总面积为3100m2，其中空调面积为2700m2，建筑构造为混凝土结构。一楼主要为接待室，行政部办公室，员工活动区，食堂和餐厅；二三楼主要为办公室和会议室。
3 燃气空调方案设计
根据对本建筑的现场考查，建筑为板楼，空调总面积较小，外窗面积较大，人员密度相对于一般办公室而言较小，而且室外空气品质较好，可由门窗缝隙或开窗补充新风，而且员工的工作时间较固定，故综合考虑经济性和舒适性，最终决定对本建筑采用风机盘管全水系统。空调区域采用末端再热方式，尤其利于温度和湿度的控制。
鉴于以往根据经验值选取的冷热指标常常有过大之嫌，本工程中我们综合考虑建筑的地理位置、环境条件等，对空调负荷进行了认真核算，尽可能降低空调投资成本，减少机房设计、安装、管理的麻烦，突出系统的低成本和方便性，让用户在舒适的空间里体会“空调”的真实含义：空气调和。
3．1 负荷计算[1]
在初期计划时概略估出主要设备的性能参数，作为对实际设计计算的参考。以建筑物规模来概略估计主要设备的规格，附带并可大约估出所需设备种类、台数、空调方式等。用经验估计概略值应注意建筑物的特性、用途、构造等，并应以正负10％公差做全盘参考，并根据实际情况加以修正。若建筑物每平方米按80W计算，空调总面积2700m2，则0．08×2700=216kW，则冷量估算为195kW～240kW之间。
接下来我们根据建筑材料、各房间朝向、人员密度、照明和设备负荷的不同，对各房间做了详细计算，最终计算所得各房间总的最大冷负荷为267kW。考虑到虽然办公室同时使用概率较高，但一楼餐厅主要为职工餐厅，其供冷供热高峰刚好与办公室错开，所以最终取同时使用系数0．8，则选取机组的供冷量为215kW。最终经过设备调研和比较，我们选取两台BCT115型燃气空调作为制冷机，单机额定制冷量与制热量均为115kW，机组的负荷调节范围为10％～110％。在负荷较高时两台机组同时开机，平时一台为主，一台为辅，低谷时仅开一台，以节约运行成本，同时保证主机的最佳运行性能，而两台机组轮换开机，又可保证整个系统的安全可靠性。本系统规模较小，日常维护保养不设专人，所以机器运转操作要简单而不繁杂。
3．2 设备布置方案
在布置空调主机时，由于原办公楼没有机房，考虑到不破坏建筑的外观，布置合理，操作方便等因素，拟将机组设立于屋顶。根据飞奥一期办公楼的建筑结构图纸及设计院核实，在楼顶设立一个支撑钢架，将机组重量分担到建筑的支柱上。布置空间相对宽敞，仅需考虑建筑的承重能力、管道走向即可。
在布置末端设备和室内水系统时，本案中冷热水管路系统为密封式，系统采用同程式布置以达到水力平衡，一楼距离主机最远的干管上设压差旁通阀以保证机组冷水循环。房间内仅需做水管和风机盘管布置，采用卧式暗装风机盘管，顶面标高为该层内梁底标高-0．060m，水管布置尽量紧凑，避免改向或跨越。
综合考虑室内装修布置图纸，对各层末端及水系统布置示意图如图1所示(仅以一层为例)。
本系统采用水冷模式，冷却水供水原计划由市政管网接入，但后来发现因为飞奥公司的供水系统水压过低，不足以满足机组补水压力要求，故考虑在楼顶安装补水水箱，高于机组3m，经计算和后来的实际操作显示，此方案切实可行。
飞奥公司因为业务关系，本来已经有天然气管道，故这次只是根据燃气空调的用气量重新申请增加了天然气用量。燃气配管根据燃气使用安全性要求配置必要的阀门及报警系统。主机的安装布置示意图如图2所示。
4 燃气空调运行分析
4．1 运行状况
空调机组于2005年6月30日全部安装调试完毕，并试运行1周。试运行期间，两台机组的出水温度设为7℃。试运行最初3天，即7月1日、4日、5日气温较高，室外最高温度高达39℃，由实测参数，两台机组的出水温度均在9℃，入口温度在13℃～16℃之间，各房间室内温度均可达到20℃～25℃，符合设计要求。7月6日起由于气温下降到30℃左右，将一号机的出水温度设为12℃，二号机组的出水温度为7℃，此时二号机的出水温度为7℃～9℃，入口温度为12℃～14℃，一号机则随气温波动燃烧机有启停动作。各房间室内温度在20℃～23℃之间，亦符合设计要求。
可见，在燃气中央空调设计中，负荷指标不一定越大越好，如果按以往经验，负荷指标取120W／m2～150W／m2，则显然过大，会造成能源的浪费，并增加设备初投资。
4．2 经济性分析
该机组试运行1周后，由采集的电、热、水的消耗量及能源单价数据[2]，对系统的经济性进行分析如表1。
| 项目 | 耗量 | 单价 | 小计（元） |
| 天然气 | 1142.4m3 | 2.1元/m3 | 2399.04 |
| 水 | 30.6m3 | 2.4元/m3 | 73.44 |
| 电 | 589.6kWh | 0.799元/kWh | 471.09 |
| 费用合计 | 2943.57 | ||
| 制冷量 | 制热量 | 电功率 | 电力单价 | 开机时间 | 费用合计 |
| 210kW | 229kW | 75kW | 0.799元/kWh | 8.5h×7 | 3518元 |
5 结论
作为天然气利用的一种有效方式，燃气空调将越来越受到人们的关注，其发展空间较大。燃气空调相对于电空调有四大优点：一是环保，直接利用燃气能源，以水为制冷剂，溴化锂作为吸收剂，不使用氟利昂或其它替代品，不污染大气层；二是舒适，可同时或单独提供空调制冷、采暖、卫生热水，实现三位一体；三是经济，例如在本例中，核算下来，同样功率的燃气空调比电空调的使用成本低约17％；此外，燃气空调机械运动部件少，运行稳定性高，维护、维修费用低，使用寿命超过20年，而电力空调寿命一般不足15年；四是可有效平衡城市能源结构，缓解城市夏季供电紧张、燃气使用量过低的矛盾。
在燃气空调设计选型中，应注意建筑的地理位置，环境因素，结构和使用性质，恰当的选择负荷指标，普通的低负荷场所，如住宅、办公室、酒店客房等其负荷指标在70W／m2～90W／m2即可达到舒适性要求。在高负荷场所，如商场、餐厅、教室、诊所等，其负荷指标可选择150W／m2～250W／m2。合理的负荷选择可进一步节省系统初投资、能源消耗和运行费用。
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