商業(yè)中心空調(diào)工程冷熱源方案

陳興振

魯商發(fā)展青島城市公司 山東 青島 266100

引言

在國(guó)家積極推進(jìn)轉(zhuǎn)方式、調(diào)結(jié)構(gòu)，改變傳統(tǒng)高耗低效發(fā)展模式的前提下，結(jié)合當(dāng)?shù)厥姓涮讓?shí)際情況，運(yùn)用全周期成本概念，綜合考慮投資和運(yùn)行費(fèi)用的平衡，通過(guò)經(jīng)濟(jì)、技術(shù)比較和相應(yīng)類似案例的借鑒參考，選擇確定技術(shù)可靠、經(jīng)濟(jì)合理的冷熱源形式。

1 選擇冷熱源方案的影響因素

冰蓄冷空調(diào)是在常規(guī)水冷冷水機(jī)組系統(tǒng)的基礎(chǔ)上減小制冷主機(jī)容量增加蓄冰裝置，利用夜間低谷低價(jià)電力時(shí)段將冷量通過(guò)冰的形式儲(chǔ)存起來(lái)，白天需要供冷時(shí)釋放出來(lái)。該技術(shù)在20世紀(jì)30年代開(kāi)始應(yīng)用于美國(guó)，在70年代能源危機(jī)中得到發(fā)達(dá)國(guó)家的大力發(fā)展。從日本、韓國(guó)等國(guó)家的發(fā)展情況來(lái)看，冰蓄冷已經(jīng)成為中央空調(diào)的發(fā)展方向。比如，韓國(guó)明令超過(guò)2000㎡建筑，必須采用冰蓄冷或煤氣空調(diào)；日本超過(guò)5000㎡的建筑物，就在設(shè)計(jì)時(shí)考慮采用冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)。很多國(guó)家都采取了獎(jiǎng)勵(lì)措施來(lái)推廣這種技術(shù)，比如韓國(guó)轉(zhuǎn)移1kW高峰電力，一次性獎(jiǎng)勵(lì)2000美元；美國(guó)一次性獎(jiǎng)勵(lì)500美元，等等。中國(guó)也加大對(duì)蓄能技術(shù)的推廣力度，國(guó)家計(jì)委和經(jīng)貿(mào)委特地下達(dá)《節(jié)約用電管理辦法》，要求各單位推廣蓄能技術(shù)，并逐步加大峰谷電差價(jià)。全國(guó)采用蓄能技術(shù)的空調(diào)系統(tǒng)大幅度增加，2001年10月舉辦APEC會(huì)議的10萬(wàn)㎡的上海科技城、浙江大學(xué)紫金港新校區(qū)13萬(wàn)㎡、廣州大學(xué)城500萬(wàn)㎡等大型建筑，采用的就是冰蓄冷空調(diào)系統(tǒng)。

水源熱泵是具備了利用地球水體所儲(chǔ)藏的太陽(yáng)能資源作為冷熱源，進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的供暖空調(diào)系統(tǒng)。其中可以利用的水體，包括地下水或河流、地表部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是一個(gè)巨大的集熱器，收集了47%的太陽(yáng)輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過(guò)土壤間接的接受太陽(yáng)輻射能量），而且是一個(gè)巨大的動(dòng)態(tài)能量平衡系統(tǒng)，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發(fā)散地相對(duì)地均衡。這使得利用儲(chǔ)存于其中地近乎無(wú)限地或地能成為可能。所以說(shuō)，水源熱泵利用的是清潔的可再生能源地一種技術(shù)。水源熱泵機(jī)組的空調(diào)系統(tǒng)是可以基本保證全年按用戶的需要開(kāi)啟空調(diào)系統(tǒng)，特別是春秋空調(diào)過(guò)渡季節(jié)均能運(yùn)行，也就相當(dāng)于四管制空調(diào)系統(tǒng)。一般，水源熱泵供、回水的溫度一年四季相對(duì)穩(wěn)定，其波動(dòng)的范圍遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于空氣的變動(dòng)。夏季水體作為空調(diào)的冷源，冬季作為空調(diào)的熱源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機(jī)組運(yùn)行更可靠、穩(wěn)定，也保證了系統(tǒng)的高效性和經(jīng)濟(jì)性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點(diǎn)問(wèn)題。水源熱泵機(jī)組可利用的環(huán)境水體溫度冬季為12～22℃，水體溫度比環(huán)境空氣溫度高，所以熱泵循環(huán)的蒸發(fā)溫度提高，能效比也提高。

冷熱源方案的選擇對(duì)于空調(diào)系統(tǒng)供暖和供冷功能十分關(guān)鍵，一般冷熱源設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用、投資成本均較高，因此在選擇和明確冷熱源方案時(shí)，有必要分析投資費(fèi)用、技術(shù)可靠性、保養(yǎng)維護(hù)等方面。其一，設(shè)備性能特點(diǎn)。其中包含產(chǎn)品運(yùn)行可靠性、質(zhì)量，負(fù)荷效率和能耗等方面，并包括震動(dòng)噪音、設(shè)備自動(dòng)化程度情況。其二，環(huán)保性。當(dāng)選擇電動(dòng)熱冷水機(jī)組時(shí)，建議制冷劑滿足環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)，使用 CFC過(guò)渡制冷劑時(shí)，其使用年限應(yīng) 滿足國(guó)家禁用時(shí)間表標(biāo)準(zhǔn)。其三，初投資費(fèi)用。其中包含安裝費(fèi)、設(shè)備費(fèi)、電力增容費(fèi)、機(jī)房土建費(fèi)等方面。其四，運(yùn)行費(fèi)用。包含設(shè)備維修費(fèi)用、能源耗用費(fèi)用，如燃油費(fèi)、電費(fèi)、燃?xì)赓M(fèi)等因素，其中初投資和運(yùn)行費(fèi)用是冷熱源方案進(jìn)行經(jīng)濟(jì)分析的主要內(nèi)容。

2 項(xiàng)目概況

臨沂某商業(yè)中心項(xiàng)目位于臨沂市北城新區(qū)，南臨杭州路，西臨孝和路，東側(cè)和北側(cè)為兩條規(guī)劃路。本項(xiàng)目論證對(duì)象主要為購(gòu)物中心，周邊為外鋪。地下兩層約8.45萬(wàn)m2，其中地下一層設(shè)有1萬(wàn)m2超市、0.5萬(wàn)m2美食廣場(chǎng)及0.3萬(wàn)m2娛樂(lè)。地上約9.6萬(wàn)m2，其中百貨約4.2萬(wàn)m2，餐飲約1.95萬(wàn)m2，影院4810m2，外鋪約3萬(wàn)m2。除外鋪外的物業(yè)運(yùn)行管理均由投資方同一集團(tuán)管理下的兄弟單位負(fù)責(zé)。

3 商業(yè)中心空調(diào)工程冷熱源的分析

根據(jù)臨沂當(dāng)?shù)厝細(xì)夤疽?，燃?xì)獍春硕ㄈ沼脷饬恳淮涡允杖?，日用氣量不超過(guò)30m3的按不超過(guò)1萬(wàn)元收取；日用氣量超過(guò)30m3每遞增10m3按不超過(guò)0.5萬(wàn)元增加；日用氣量超過(guò)300m3的供氣單位可根據(jù)雙方協(xié)議收取。天然氣熱值按8500KCAL/ Nm3。燃?xì)馐褂觅M(fèi)用4.1元/Nm3.h（由于燃?xì)馍嫌喂?yīng)問(wèn)題，冬季負(fù)荷高峰期經(jīng)常發(fā)生斷氣停供狀況，而根據(jù)確保居民的原則，一般對(duì)商業(yè)鍋爐用戶實(shí)行優(yōu)先停供）。臨沂市市政供熱的配套費(fèi)用收取45元/m2，使用費(fèi)用按照36元/m2（指建筑面積）。根據(jù)山東省經(jīng)濟(jì)和信息化委員會(huì)以及山東省財(cái)政廳聯(lián)合下發(fā)的魯經(jīng)信電力字（2013）660號(hào)文件，山東省為加大蓄冷蓄熱削峰填谷技術(shù)的推廣，確定以財(cái)政補(bǔ)貼的方式大力推廣應(yīng)用點(diǎn)蓄能項(xiàng)目。方案的選擇應(yīng)該基于技術(shù)合理成熟的原則，對(duì)由于施工、運(yùn)行中的異常情況忽略不計(jì)。初投資的設(shè)備依據(jù)來(lái)自于最近年度的相關(guān)采購(gòu)合同，設(shè)備的檔次、定位不應(yīng)有較大差距。冷水機(jī)組、冷卻塔均按2～4臺(tái)考慮，冷凍水泵、冷卻水泵、空調(diào)熱水循環(huán)泵分別按設(shè)1臺(tái)備用考慮。

空氣能利用空氣作為冷熱源，對(duì)室內(nèi)空間提供采暖、空調(diào)與生活熱水等。空氣能耗1度電，就能產(chǎn)生3到4倍熱量，比空調(diào)更節(jié)能，省電75%以上，自然也就更節(jié)省電費(fèi)。區(qū)別一：功能不一樣。空調(diào)更強(qiáng)大的功能在于制冷，而供暖的話一方面特別費(fèi)電，另外一方面對(duì)人身體不好，并不是良好的取暖方式，因此很少人以空調(diào)作為主要取暖方式。而空氣能就不一樣了，制冷供暖效果一流，還能供應(yīng)熱水，一機(jī)多用，功能強(qiáng)大。區(qū)別二：壽命不一樣?？照{(diào)壽命一般8～10年左右，而好的空氣能產(chǎn)品壽命能在15年甚至更長(zhǎng)。其實(shí)從對(duì)應(yīng)的匹數(shù)上來(lái)說(shuō)，空氣能熱泵跟空調(diào)價(jià)格是差不太多的，只不過(guò)一般家庭不會(huì)安裝5P這么大的空調(diào)，所以好像顯得空調(diào)比空氣能便宜；但仔細(xì)對(duì)比下空調(diào)跟空氣能的功能、運(yùn)行費(fèi)用、使用時(shí)間、使用效果，還是空氣能更好。

蓄冰蓄水均基于部分蓄冷考慮，蓄冷比例在40%左右，14000rt?；谂R沂市北城新區(qū)電力規(guī)劃容量不足及削峰填谷的原則，蓄熱按照全熱量蓄熱。運(yùn)行費(fèi)用的計(jì)算依照逐時(shí)冷熱負(fù)荷的特點(diǎn)四種運(yùn)行模式100%、75%、50%、25%進(jìn)行。初投資中，未考慮因設(shè)備容量增加給變壓器及配電設(shè)施造成的費(fèi)用增加，運(yùn)行費(fèi)用不包含水泵等的運(yùn)行費(fèi)用比較[1]。使用四管多功能熱泵單元可以從蒸發(fā)器中獲得冷凍水，同時(shí)還可以從冷凝器中獲得冷凝的熱水，冷、熱量不平衡部分通過(guò)平衡換熱器排放，從而實(shí)現(xiàn)持續(xù)地同時(shí)制冷和制熱，而只輸入一份能源便同時(shí)獲取冷量和熱量，大大降低能耗，減少排放。潔凈工程中，用綜合能效TER來(lái)評(píng)估機(jī)組在同時(shí)制冷供熱模式時(shí)的效率發(fā)現(xiàn)，渦旋壓縮機(jī)機(jī)組TER＞7，螺桿壓縮機(jī)機(jī)組TER＞8。四管多功能熱泵機(jī)組集成了冷熱源。一個(gè)單元有四個(gè)管道，兩個(gè)用于冷凍水的入口和出口，另外兩個(gè)用于熱水的入口和出口。冷、熱自動(dòng)平衡，制冷量和制熱量可分別實(shí)現(xiàn)0～100%獨(dú)立調(diào)節(jié)。潔凈工程中，采用四管制多功能熱泵冷熱水機(jī)組除應(yīng)滿足夏、冬季設(shè)計(jì)工況冷、熱負(fù)荷使用要求外，還應(yīng)滿足非滿負(fù)荷使用要求，因此，單臺(tái)機(jī)組應(yīng)有兩個(gè)（含兩個(gè)）以上獨(dú)立循環(huán)回路，設(shè)備的數(shù)量也不應(yīng)少于兩臺(tái)，同時(shí)要考慮到機(jī)組的備用。全面考慮整個(gè)運(yùn)營(yíng)部門的所有制冷和制熱負(fù)荷，包括空調(diào)系統(tǒng)的制冷量和熱量供應(yīng)，洗浴、刷手及污物清洗的熱水用量，選擇合適的集中冷熱源，才能有效節(jié)能。潔凈工程中，建議采用小型冷熱站（六管制多功能熱泵）。

小型冷熱站用于冷卻，加熱和提供65℃以上的衛(wèi)生熱水。潔凈工程中，建議使用具有高溫?zé)岜眉夹g(shù)的多功能熱泵設(shè)備，原則上替代鍋爐，在北方地區(qū)，醫(yī)院集中熱源可作為輔助熱源。

它具有四管多功能熱泵冷卻器和熱水單元的功能，以及高溫?zé)岜霉δ?。設(shè)備有6根接管，3個(gè)獨(dú)立的水系統(tǒng)，1個(gè)空調(diào)供冷，1個(gè)空調(diào)供熱，1個(gè)提供高溫衛(wèi)生熱水（65℃以上），組成一個(gè)完整的冷熱供應(yīng)機(jī)組，冷、熱自動(dòng)平衡，制冷量和制熱量可分別實(shí)現(xiàn)0～100%獨(dú)立調(diào)節(jié)；凈化工程中，制熱量包括空調(diào)供熱和高溫衛(wèi)生熱水供熱兩個(gè)獨(dú)立循環(huán)系統(tǒng)。

分布式能源系統(tǒng)（建筑冷熱電聯(lián)供系統(tǒng)，BCHP）是以燃?xì)廨啓C(jī)為動(dòng)力，并與吸收式制冷機(jī)/余熱鍋爐配套，同時(shí)提供制冷、采暖、衛(wèi)生熱水和電力的系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有能源利用率高、環(huán)境污染小、運(yùn)行靈活、能量（冷、熱、電）輸送損失小等特點(diǎn)。與常規(guī)電力空調(diào)相比，該系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)能源的梯次利用，不會(huì)對(duì)電網(wǎng)造成沖擊。

地源熱泵技術(shù)的利用地源熱泵是一種利用地下淺層地?zé)豳Y源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節(jié)能空調(diào)系統(tǒng)。其工作原理如下：夏季制冷時(shí)，大地作為排熱場(chǎng)所，再通過(guò)土壤把熱量擴(kuò)散出去；冬季供熱時(shí)，大地作為熱泵機(jī)組的低溫?zé)嵩矗瑥耐寥乐蝎@取熱量為室內(nèi)供熱。地源熱泵作為一種利用可再生能源的空調(diào)系統(tǒng)，具有節(jié)能和環(huán)保的雙重效益。

4 商業(yè)中心空調(diào)工程冷熱源方案

由于能源形式的多樣化，使得冷、熱源設(shè)備的形式也多種多樣。重慶的空調(diào)回收主要介紹在空調(diào)工程中常用的冷熱源設(shè)備。如蒸氣壓縮式和吸收式制冷設(shè)備、利用燃料化學(xué)能的鍋爐設(shè)備及利用電加熱的熱水機(jī)組、熱泵及直燃機(jī)組等。隨著科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展，重慶的空調(diào)回收技術(shù)日新月異，尤其是市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)促使空調(diào)設(shè)備得到了空前的發(fā)展，各種新技術(shù)、新設(shè)備層出不窮，各種形式的空調(diào)冷熱源設(shè)備與系統(tǒng)也品種繁多，各有特色。

4.1 初投資比較

方案一。冷源：水蓄冷；熱源：高壓電鍋爐

目前的空調(diào)制冷造價(jià)：1257萬(wàn)元（含主機(jī)、水泵、板換、水處理設(shè)備及自控及控制柜等，同時(shí)包含水池防水保溫造價(jià)）；電熱鍋爐造價(jià)：600萬(wàn)元（成套價(jià)格）[2]。初投資合計(jì)：1857萬(wàn)元。

方案二。冷源：冰蓄冷；熱源：常壓燃?xì)忮仩t

目前的空調(diào)常規(guī)設(shè)備造價(jià)：約750萬(wàn)元，蓄冰設(shè)備投資約800萬(wàn)元。參考：臨沂某中心冰蓄冷（10000rt）價(jià)格，北京某項(xiàng)目冰蓄冷工程合同，該項(xiàng)投資約合1550萬(wàn)元；燃?xì)忮仩t（含熱水循環(huán)泵）：145萬(wàn)元；燃?xì)馀涮踪M(fèi)：200萬(wàn)元；初投資合計(jì)：1895萬(wàn)元[3]。

4.2 運(yùn)行費(fèi)用比較

方案一?？照{(diào)供冷：約139.1萬(wàn)元/年；空調(diào)供熱：139.7萬(wàn)元/年；全年運(yùn)行費(fèi)用：278.8萬(wàn)元/年。

每平方米運(yùn)行費(fèi)用37.17元；

方案二?？照{(diào)供冷：約144.5萬(wàn)元/；空調(diào)供熱：燃?xì)赓M(fèi)約166.6萬(wàn)元/年；全年運(yùn)行費(fèi)用：311.1萬(wàn)元/年。

每平方米運(yùn)行費(fèi)用：41.48元。

方案三?？照{(diào)供冷：約144.5萬(wàn)元/年；空調(diào)供熱：電費(fèi)約139.7萬(wàn)元/年；全年運(yùn)行費(fèi)用：284.2萬(wàn)元/年。

每平方米運(yùn)行費(fèi)用：37.89元

方案四?？照{(diào)供冷：電費(fèi)248萬(wàn)元/年；空調(diào)供熱：集中供熱費(fèi)270萬(wàn)元/年；全年運(yùn)行費(fèi)用：518萬(wàn)元/年。

每平方米運(yùn)行費(fèi)用：69元。

5 結(jié)束語(yǔ)

初投資方案四最優(yōu)，方案一次之；從運(yùn)行費(fèi)用上評(píng)價(jià)，方案一最優(yōu)，方案四最差。考慮到方案一增設(shè)水池的成本預(yù)計(jì)有200萬(wàn)左右，該方案比較，方案四的初投資約多800萬(wàn)元左右，但由于其運(yùn)行費(fèi)用每年節(jié)省200萬(wàn)左右，多出來(lái)的投資可在3~4年收回；而且商業(yè)經(jīng)營(yíng)的情況對(duì)運(yùn)行狀態(tài)也有較大影響，經(jīng)營(yíng)狀態(tài)不佳時(shí)，更能顯出方案一蓄能的優(yōu)勢(shì)。因此，該項(xiàng)目最終選擇方案一為方案。