廣州某地下商業(yè)人防工程平時(shí)冷源方案比選

謝藝強(qiáng) 劉承東 羅文海

廣州市市政工程設(shè)計(jì)研究總院

1 工程概況

本項(xiàng)目位于廣東省廣州市，該項(xiàng)目地面為公園，地下為人防工程， 地下空間平時(shí)功能為地下商業(yè)街和車庫(kù)， 共計(jì)兩層， 其中地下一層為商業(yè)， 地下商業(yè)包括有商鋪、 超市和餐飲， 負(fù)二層為地下車庫(kù)， 負(fù)一層和負(fù)二層均設(shè)防。地下商業(yè)夏季供冷，其負(fù)荷估算如表 1所示， 需供冷建筑面積為15484m2， 夏季最大冷負(fù)荷約3954 kW。

表1 冷負(fù)荷估算指標(biāo)及總負(fù)荷表

2 冷源方案技術(shù)比選

結(jié)合本項(xiàng)目的功能要求， 空調(diào)冷源主要考慮以下幾方面因素：

1） 本項(xiàng)目地面為公園， 選用設(shè)備以不影響公園環(huán)境為宜， 包括對(duì)公園景觀和噪聲控制的影響。

2） 本項(xiàng)目為地下商業(yè)， 其與地鐵車站接駁， 人流量大， 且設(shè)有餐飲， 空調(diào)耗能較大， 采用較高節(jié)能水平的設(shè)備及系統(tǒng)， 降低運(yùn)營(yíng)成本。

3） 運(yùn)行遠(yuǎn)期人流更多， 本項(xiàng)目設(shè)計(jì)在滿足近期和中期的負(fù)荷要求的基礎(chǔ)上， 系統(tǒng)考慮遠(yuǎn)期負(fù)荷增大情況下系統(tǒng)改造擴(kuò)建的方便性。

4） 本項(xiàng)目為人防工程， 應(yīng)避免管線穿越人防的結(jié)構(gòu)墻。

綜述， 該項(xiàng)目擬采用蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組作為冷源。蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組利用蒸發(fā)式冷凝技術(shù)， 結(jié)構(gòu)上將冷凝器和冷卻塔合二為一， 不需要冷卻塔和冷卻水泵， 結(jié)合本項(xiàng)目特點(diǎn)， 相對(duì)傳統(tǒng)的冷源系統(tǒng) （式冷水機(jī)組， 冷卻水泵， 冷卻塔） 具有以下幾方面的優(yōu)勢(shì) [1-2] ：

1） 不需要冷卻塔， 避免采用傳統(tǒng)水冷式冷水機(jī)組系統(tǒng)中冷卻水塔 “飛水” 、 “白霧”[3]等缺點(diǎn)對(duì)公園景觀影響。 本工程覆土有3m， 蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組半埋地下安裝， 其機(jī)組高度相對(duì)冷卻塔低 1m， 對(duì)地面景觀影響相對(duì)較小， 使得周圍景觀美好舒適。

2） 蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組相當(dāng)于把冷水機(jī)組,冷卻水泵和冷卻塔三種設(shè)備一體化， 不需要對(duì)冷卻水泵和冷卻塔的系統(tǒng)控制， 系統(tǒng)的控制更便捷， 可更好預(yù)測(cè)和補(bǔ)償空調(diào)負(fù)荷的變化， 調(diào)節(jié)更快更穩(wěn)定。系統(tǒng)更簡(jiǎn)潔， 能效更高， 能到達(dá)國(guó)家一級(jí)能效標(biāo)準(zhǔn)。

3） 蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組可安裝于室外， 地下不需要冷水機(jī)房， 節(jié)省土建投資以及相應(yīng)的冷水機(jī)房的通風(fēng)設(shè)備投資和運(yùn)行費(fèi)。遠(yuǎn)期冷源設(shè)備的擴(kuò)建只需于地面完成， 不僅便于擴(kuò)建， 且地下空間的利用率更高。同時(shí)避免冷卻水管由地面穿越負(fù)一層人防板到負(fù)二層，冷凍水管由負(fù)二層穿越人防板至負(fù)一層， 提高了人防工程的可靠性。

然而， 蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組也存在缺陷：

1） 蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組由于是冷水機(jī)組、 冷卻水泵和冷卻塔三種設(shè)備一體化， 導(dǎo)致了其單臺(tái)機(jī)組的制冷量不能太大。對(duì)于特大工程冷負(fù)荷較大， 需要設(shè)備臺(tái)數(shù)較多。

2） 蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組， 相對(duì)傳統(tǒng)的冷源系統(tǒng)的冷卻塔， 存在壓縮機(jī)噪聲， 雖然少了冷卻塔大功率風(fēng)機(jī)和冷卻水滴落聲音， 但兩者的噪聲相差不大。冷凍水泵安裝地面， 整體而言， 噪聲比單獨(dú)的設(shè)置冷卻塔噪聲大。根據(jù)到廠家考察， 在沒有消聲處理措施情況，其噪聲達(dá)到83dB(A)。 根據(jù)項(xiàng)目功能的要求， 對(duì)機(jī)組壓縮機(jī)和整體設(shè)備進(jìn)行消聲處理， 可使機(jī)組的噪聲達(dá)到76 dB(A)左右。

針對(duì)上述噪聲較大缺陷， 本工程處理如下： 冷水機(jī)組下沉安裝，下沉四周種植高度不小于 1m 的綠籬， 同時(shí)蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組的壓縮機(jī)要求設(shè)置密閉消聲箱體降低噪聲。除保證冷水機(jī)組蒸發(fā)降溫需要的空間外， 其他冷凍水泵安裝空間加蓋， 減少噪聲影響。

3 冷源方案經(jīng)濟(jì)比選

雖然蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組有很多的優(yōu)勢(shì)， 但不能回避的是造價(jià)問題， 其造價(jià)相對(duì)較高。因此， 不可僅從技術(shù)方面下結(jié)論， 需進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性比較。

3.1 方案選擇

方案一：采用傳統(tǒng)水冷式冷水機(jī)組+冷卻水泵+冷卻塔。選用3臺(tái)相同冷量的水冷式冷水機(jī)組（以下簡(jiǎn)稱冷水機(jī)組）， 每臺(tái)機(jī)組的冷量為 1318 kW。機(jī)組性能 （COP） 為 5.6， 達(dá)到國(guó)家二級(jí)能耗標(biāo)準(zhǔn)。系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)根據(jù)負(fù)荷需求確定冷水機(jī)組運(yùn)行臺(tái)數(shù)。

方案二： 采用蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組。 選用3臺(tái)相同冷量的蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組， 每臺(tái)機(jī)組的冷量為1317 kW， 機(jī)組性能 （COP） 為4.88。

兩個(gè)方案詳細(xì)設(shè)備組成和參數(shù)如表2所示。

表2 方案詳表

3.2 邊界條件

地下商業(yè)從早上8:00運(yùn)行，晚 上22:00關(guān)門，每 天運(yùn)行時(shí)間為14 h，根 據(jù)文獻(xiàn)[1]并考慮到廣州地區(qū)的實(shí)際情況，空 調(diào)運(yùn)行時(shí)間按8個(gè)月計(jì)，即Tp為3360 h。

根據(jù)文獻(xiàn)[4]，當(dāng) 量滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間商業(yè)τE1=800 h，飲 食店τE2= 1000 h，以 上數(shù)據(jù)為日本數(shù)據(jù)?？紤]到氣候的差異，日 本的天氣相當(dāng)于我國(guó)的寒冷地區(qū)，我國(guó)寒冷地區(qū)冷機(jī)的運(yùn)行時(shí)間為1337 h。廣州的當(dāng)量滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間以日本的當(dāng)量滿負(fù)荷乘以3360/1337=2.51。分別算得廣州地區(qū)的當(dāng)量滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間，其 中商鋪τE1= 2008h，飲 食τE2= 2510 h。建筑的綜合當(dāng)量滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間τE= (2008×2765+2510×1189)÷3954=2159 h?？照{(diào)的年冷負(fù)荷Qa=2159×3954=8.54×106 kW· h/a，負(fù) 荷率ξR=2159÷3360=0.643。

普通式冷水機(jī)組造價(jià)2000元 /RT，蒸 發(fā)冷卻式冷水機(jī)組造價(jià)2800元/RT，冷 卻塔350元/噸。電 費(fèi)1.02元/kWh，水 費(fèi)3.46元/噸。

假定末端設(shè)備及其管道系統(tǒng)形式一致，故 經(jīng)濟(jì)比較不考慮此部分系統(tǒng)。

3.3 初投資對(duì)比

初投資主要包括土建投資和設(shè)備投資， 設(shè)備投資對(duì)比如表3所示， 方案二的設(shè)備投資比方案一多51萬(wàn)元， 高出 28%。

表3 設(shè)備投資對(duì)比

地下土建規(guī)模一樣， 節(jié)省面積則作為車庫(kù)折算成收入。

1） 地下土建規(guī)模兩個(gè)方案對(duì)比

方案一： 需要布置專門的制冷機(jī)房， 大概的布局如圖1， 占地面積為212m2。 按每個(gè)車位需要的空間為35m2/輛計(jì)算， 在規(guī)模不變的情況下， 少 6個(gè)車位。

圖1 方案一制冷機(jī)房布置示意圖

方案二： 不需要布置專用的制冷機(jī)房。

2） 地面占地對(duì)比見圖2， 方案一占地面積201m2，方案二232m2， 地面占地面積接近。

圖2 地面占地對(duì)比

3.4 運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比

運(yùn)行費(fèi)用主要包括設(shè)備運(yùn)行電費(fèi)和耗水費(fèi)用。設(shè)備運(yùn)行電費(fèi)對(duì)比如表4所示， 由表可知， 采用蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組方案每年可節(jié)約電費(fèi) 14.66萬(wàn)元。設(shè)備運(yùn)行用耗水費(fèi)用對(duì)比如表5所示，采用蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組方案每年可節(jié)約水費(fèi)9.12萬(wàn)元?？傆?jì)方案二每年可節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用23.78萬(wàn)元。

表4 運(yùn)行電費(fèi)對(duì)比

表5 運(yùn)行水費(fèi)對(duì)比

3.5 綜合各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)比對(duì)

年經(jīng)常費(fèi)（YTC）法以系統(tǒng)的年經(jīng)常費(fèi)為判斷依據(jù)， 并認(rèn)為經(jīng)常費(fèi)用最低的空調(diào)方案， 即為最優(yōu)化的設(shè)計(jì)。年經(jīng)常費(fèi)可近似按下式計(jì)算：

式中： COF為為固定費(fèi)用， 包括設(shè)備折舊費(fèi)用和利息；COP為運(yùn)行費(fèi)。

設(shè)備折舊的補(bǔ)償年限根據(jù)文獻(xiàn)[4]選取為15年。

綜合上述各項(xiàng)經(jīng)濟(jì)對(duì)比分析， 兩個(gè)方案年經(jīng)常費(fèi)如表6所示， 采用方案二， 年經(jīng)常費(fèi)低21萬(wàn)元， 即為較優(yōu)空調(diào)冷源方案。

表6 年經(jīng)常費(fèi)對(duì)比

4 總結(jié)

通過(guò)對(duì)兩種方案的經(jīng)濟(jì)技術(shù)比較， 可以得出以下結(jié)論。

1） 相對(duì)傳統(tǒng)冷源系統(tǒng)， 采用蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組初投資較高， 但系統(tǒng)運(yùn)行較節(jié)能， 年經(jīng)常費(fèi)用可節(jié)約20萬(wàn)元。

2） 采用蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組運(yùn)行耗電、 耗水較少，對(duì)節(jié)能減排具有重要的意義。

3）采用蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組對(duì)于地面公園環(huán)境影響較低， 可以杜絕 “飛水” 、 “白霧” 現(xiàn)象， 更有利于營(yíng)造美好舒適周邊環(huán)境。

4）采用蒸發(fā)冷卻式冷水機(jī)組不需要專用的冷水機(jī)房， 更有利于遠(yuǎn)期空調(diào)系統(tǒng)的擴(kuò)建。

參考文獻(xiàn)

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