應(yīng)用水庫水的水電站地下廠房空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本分析*

重慶大學(xué) 吳 青中國電建集團(tuán)華東勘測設(shè)計研究院 顏加明重慶大學(xué) 林建泉 張 睿 肖益民

0 引言

為了應(yīng)對能源與環(huán)境問題，許多國家實施了支持可再生能源發(fā)展的政策，推進(jìn)了全球能源結(jié)構(gòu)從化石燃料向綠色、低碳、清潔能源的過渡[1]。我國是世界上水能資源最豐富的國家，具有水能開發(fā)利用的有利先天條件[2-3]，抽水蓄能是當(dāng)前最高效、最成熟、最環(huán)保、最經(jīng)濟(jì)的大規(guī)模電能儲存技術(shù)[4]，水力發(fā)電和抽水蓄能在我國的電力系統(tǒng)中具有重要的地位。

許多大中型水電站及抽水蓄能電站廠房均采用地下布置。水電站地下廠房內(nèi)散熱量較大，設(shè)備對工作環(huán)境有一定的要求，需采用通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)來保證廠房內(nèi)各區(qū)域的環(huán)境參數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[5]?；谒姽こ痰奶厥庑?，利用水庫水等自然冷源，不僅能減少空調(diào)設(shè)備的裝機(jī)容量，還能提升經(jīng)濟(jì)效益[6]。目前水庫水在水電站空調(diào)系統(tǒng)中已有多種應(yīng)用形式[7]，如直接作為空調(diào)冷水、冷水機(jī)組或多種不同形式的直膨式空調(diào)設(shè)備的冷卻水等，典型案例有龍灘水電站[8]、錦屏一級水電站[9]、寶泉抽水蓄能電站(1)顏加明. 寶泉抽水蓄能電站空調(diào)及除濕系統(tǒng)設(shè)計[G]∥全國水利水電暖通空調(diào)信息網(wǎng).水電暖通空調(diào)技術(shù)(18).北京,2010：16-18等。但由于不同水電站裝機(jī)容量、布置形式、水溫條件等存在差異，水庫水的應(yīng)用形式也有多種選擇，如何根據(jù)水電站的實際條件選擇適宜的應(yīng)用形式，是亟待解決的問題。

全壽命周期成本(LCC)分析是目前應(yīng)用最廣泛的工程決策評價方法[10-11]。本文將LCC分析方法應(yīng)用于水電站地下廠房空調(diào)系統(tǒng)的研究，作為評價不同水溫條件下水庫水的適宜應(yīng)用方式的經(jīng)濟(jì)性依據(jù)。

1 空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本數(shù)學(xué)模型

1.1 空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本基本組成

工程項目全壽命周期分為方案策劃、建設(shè)施工、運(yùn)營維護(hù)3個階段，各個階段的成本約占全壽命周期成本的10%、25%、65%[12]。

水電站空調(diào)系統(tǒng)的全壽命周期成本包括資金成本、社會成本、環(huán)境成本，本文主要對其中的資金成本進(jìn)行分析。資金成本由初投資(CI)、運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用(CO)、報廢費(fèi)用(CR)三部分組成[12]。

全壽命周期成本受通貨膨脹率和社會折現(xiàn)率的影響。在進(jìn)行項目的經(jīng)濟(jì)性評價時，若通貨膨脹率大于4%，則其對于LCC分析的影響就不能忽略[13]。社會折現(xiàn)率的推薦取值為5%～7%[14]，考慮通貨膨脹率的影響[15]，本文取上限值7%進(jìn)行計算。

1.2 空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本數(shù)學(xué)模型

空調(diào)系統(tǒng)的全壽命周期成本LCC囊括了將來產(chǎn)生的費(fèi)用，需考慮資金的時間價值[16]，常用方法為現(xiàn)值計算法，數(shù)學(xué)模型為

(1)

式中COk為第k年的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用；z為社會折現(xiàn)率；n為空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行年限。

若每年的運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用相同，則式(1)可轉(zhuǎn)化為

(2)

2 水電站空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本的計算方法

2.1 初投資

空調(diào)系統(tǒng)的初投資包括設(shè)備費(fèi)、安裝調(diào)試費(fèi)、運(yùn)雜費(fèi)、取水工程費(fèi)等。不同設(shè)備的初投資不同，而相同設(shè)備在市場上的生產(chǎn)廠家較多，價格也存在差異，在方案初期時可以采用平均價格。筆者對市場上與水庫水電站相關(guān)的主要空調(diào)設(shè)備進(jìn)行了調(diào)研，得到了不同設(shè)備的價格估算指標(biāo)，如表1所示。設(shè)備的運(yùn)雜費(fèi)、安裝調(diào)試費(fèi)等根據(jù)表2估算。

表1 設(shè)備價格估算指標(biāo)

表2 設(shè)備運(yùn)雜費(fèi)、安裝調(diào)試費(fèi)估算[17] %

2.2 運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用

運(yùn)行和維護(hù)費(fèi)用包含了空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行期間產(chǎn)生的所有費(fèi)用，包括電費(fèi)、人工費(fèi)、維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)等，其中，人工費(fèi)和維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)在年運(yùn)行費(fèi)用中所占比例較小，可按設(shè)備運(yùn)行費(fèi)用的5%計算[12]。空調(diào)系統(tǒng)在實際運(yùn)行時，運(yùn)行狀態(tài)會隨著氣象參數(shù)、發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)等因素的改變而改變，在進(jìn)行運(yùn)行費(fèi)用的計算時需要考慮設(shè)備的運(yùn)行時間、電價、運(yùn)行工況對耗功率的影響，用式(3)進(jìn)行計算。

(3)

式中p為電價，元/(kW·h)；s為設(shè)備數(shù)量；a、b分別為空調(diào)系統(tǒng)開始運(yùn)行和結(jié)束運(yùn)行月份；Nij為設(shè)備i在j月運(yùn)行工況下的實際耗功率，kW；Tj為j月的運(yùn)行時間，h。

2.3 報廢費(fèi)用

報廢費(fèi)用是指當(dāng)產(chǎn)品的全壽命周期結(jié)束時，對產(chǎn)品進(jìn)行清理、銷毀所需的費(fèi)用。對于空調(diào)設(shè)備而言，在全壽命周期結(jié)束時會產(chǎn)生一定的殘值，通常大于清理所需的費(fèi)用，兩者的差值稱為固定資產(chǎn)凈殘值，一般為固定資產(chǎn)值的3%～5%[18]。從稅法的相關(guān)細(xì)則及條例的發(fā)展來看，固定資產(chǎn)殘值經(jīng)歷了小于5%、固定為5%、企業(yè)自行確定3個階段，并以其為依據(jù)確定預(yù)計凈殘值率。預(yù)計凈殘值率一經(jīng)確定，不得變更，因此，大部分會計從業(yè)人員仍沿用5%的固定資產(chǎn)殘值來確定預(yù)計凈殘值率。在水電站空調(diào)系統(tǒng)中，考慮設(shè)備清理、銷毀所需的費(fèi)用后，本文取固定資產(chǎn)凈殘值為3%進(jìn)行計算。

3 空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期成本的影響因素

本文主要對應(yīng)用水庫水的空調(diào)方案進(jìn)行分析，應(yīng)用水庫水的空調(diào)方案除了受空調(diào)設(shè)備本身的影響之外，還受室外氣象參數(shù)、廠房內(nèi)熱濕負(fù)荷、水庫水溫等的影響。

3.1 空調(diào)設(shè)備

與水庫水相關(guān)的空調(diào)設(shè)備有冷水機(jī)組、表冷器、水冷單元式空調(diào)機(jī)組。設(shè)備銘牌上標(biāo)示的參數(shù)為額定工況下的參數(shù)，當(dāng)設(shè)備的運(yùn)行條件變化時，機(jī)組的運(yùn)行性能隨之變化。

1) 冷水機(jī)組與水冷單元式空調(diào)機(jī)組。

市場上許多廠家的設(shè)備樣本都會提供設(shè)備在非標(biāo)準(zhǔn)工況下的運(yùn)行性能修正數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)通常來自于廠家對設(shè)備的測試。本文對這些樣本數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并采用最小二乘法進(jìn)行擬合。對于冷水機(jī)組，通常是修正COP，如式(4)所示，而對于水冷單元式空調(diào)機(jī)組，通常修正制冷量，如式(5)所示，修正后2種設(shè)備的功率分別采用式(6)、(7)計算。

rCOP=f(teo,tci)

(4)

rQ=f(ta,tco)

(5)

(6)

(7)

式(4)～(7)中rCOP為冷水機(jī)組COP的修正系數(shù)，實際COP為額定值與rCOP的乘積；rQ為水冷單元式空調(diào)機(jī)組的制冷量修正系數(shù)，實際制冷量為額定值與rQ的乘積；teo、tci分別為冷水機(jī)組的冷水出水溫度和冷卻水進(jìn)水溫度，℃；ta、tco分別為水冷單元式空調(diào)機(jī)組的空氣進(jìn)口干球溫度和冷凝器出口水溫，℃；NL、NS分別為冷水機(jī)組和水冷單元式空調(diào)機(jī)組的功率，kW；QL、QS分別為冷水機(jī)組和水冷單元式空調(diào)機(jī)組的制冷量，kW；COPL、COPS分別為冷水機(jī)組和水冷單元式空調(diào)機(jī)組的性能系數(shù)。

2) 表冷器。

表冷器是應(yīng)用水庫水的空調(diào)系統(tǒng)中進(jìn)行空氣處理的關(guān)鍵設(shè)備，水溫會直接影響表冷器出口的空氣狀態(tài)，而表冷器出口的空氣狀態(tài)會直接影響后續(xù)流程是否還需要制冷。表冷器性能參數(shù)計算模型主要有微元模型[19]、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型[20]、效率-傳熱單元模型[21]、換熱效率模型[22]。微元模型為純機(jī)理模型，雖然較為通用，但是計算量大，過于復(fù)雜；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為純經(jīng)驗?zāi)Ｐ?，需要龐大的實測數(shù)據(jù)庫為支撐，否則會導(dǎo)致結(jié)果不準(zhǔn)確；效率-傳熱單元模型需要獲得較為準(zhǔn)確的換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù)，在進(jìn)行與本文近似的分析時應(yīng)用較少；換熱效率模型由于其計算的準(zhǔn)確性和簡便性，應(yīng)用較為廣泛。本文采用換熱效率模型進(jìn)行計算。

基于換熱效率模型的表冷器計算分為設(shè)計計算和校核計算。本文采用校核計算，根據(jù)進(jìn)口空氣狀態(tài)和水溫等參數(shù)確定出口空氣狀態(tài)，計算流程如圖1所示。

圖1 表冷器校核計算流程

3) 水泵。

在實際運(yùn)行時，水泵的能耗受工作流量、揚(yáng)程、效率的影響，根據(jù)目前對于水泵的研究結(jié)果[23]及對市場上水泵樣本數(shù)據(jù)的分析，將水泵的功率擬合為流量的關(guān)系式：

NP=l+mV+qV3

(8)

式中NP為水泵的功率，kW；V為水泵流量，m3/h；l、m、q為系數(shù)。

3.2 其他參數(shù)

1) 室外氣象參數(shù)。

為充分利用室外空氣的排熱能力及排除有毒有害氣體，水電站地下廠房大多整體上采用直流式全新風(fēng)系統(tǒng)，進(jìn)風(fēng)量大，室外氣象參數(shù)是影響通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)運(yùn)行的關(guān)鍵參數(shù)。在實際工程中，很難按照室外實時氣象參數(shù)進(jìn)行工況轉(zhuǎn)換，通常做法是選擇某一時間步長來確定空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行工況。水電站地下廠房通常為深埋建筑，空氣經(jīng)過較長的進(jìn)風(fēng)洞后參數(shù)較為穩(wěn)定[24]，因此可以以1個月為時間步長，以室外累年月平均溫度和月波幅作為調(diào)節(jié)依據(jù)，這樣不會使空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過于頻繁[17]。

2) 水庫水溫。

水庫水溫主要有3種類型：分層型、過渡型、混合型。其中，分層型水庫的深層水由于水溫低且全年保持恒定的特性，為水電站空調(diào)系統(tǒng)的最佳冷源[25]。從目前對多個分層型水庫水溫的觀測結(jié)果來看，在水深達(dá)到一定程度時，水溫在一個月內(nèi)甚至整個空調(diào)季內(nèi)基本不會發(fā)生變化[26]，且水溫小幅變化對相應(yīng)空調(diào)設(shè)備的影響也較小，因此本文分析時忽略水庫水溫在空調(diào)季的變化，取平均值進(jìn)行計算。

3) 廠房內(nèi)熱濕負(fù)荷。

水電站地下廠房內(nèi)散熱量大、散濕量小，設(shè)備散熱是地下廠房熱量的主要來源，主要由發(fā)電工況決定。發(fā)電工況與電力需求、徑流特性等眾多因素有關(guān)[27]。對于短期調(diào)節(jié)的水電站，可以根據(jù)徑流預(yù)報資料制定短期運(yùn)行計劃；對于長期調(diào)節(jié)水庫，通常采用時歷法、統(tǒng)計法、概率分析法、統(tǒng)計模擬法等數(shù)學(xué)描述方法來預(yù)測徑流未來的變化規(guī)律，這些方法均以過去的觀測數(shù)據(jù)為依據(jù)，另外，對于長期調(diào)節(jié)的水電站，通常都要求編制年運(yùn)行調(diào)度計劃[28]，發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行可以參考水電站制定的運(yùn)行調(diào)度計劃，采用等效開機(jī)臺數(shù)進(jìn)行控制。

4 空氣處理過程與空調(diào)系統(tǒng)LCC的計算流程

水電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)大多采用集中式，有時會在局部區(qū)域設(shè)置空調(diào)機(jī)組保證溫度場的均勻性。從目前水電站空調(diào)系統(tǒng)的情況來看，應(yīng)用水庫水的空調(diào)系統(tǒng)集中處理形式主要有4種，如表3所示。

表3 應(yīng)用水庫水的空調(diào)系統(tǒng)集中處理形式

空調(diào)系統(tǒng)的LCC計算流程如圖2所示。

圖2 空調(diào)系統(tǒng)LCC計算流程

5 案例分析

5.1 工程概況

某水電站位于金沙江下游云南省巧家縣境內(nèi)，電站裝機(jī)容量為16 000 MW，分左右岸2個地下廠房布置，每個廠房裝機(jī)容量為8 000 MW。電站的開發(fā)任務(wù)以發(fā)電為主，兼顧防洪、攔沙等。水電樞紐的主要洞室為主廠房、主變洞、尾水閘門洞及母線洞、引水隧洞、交通洞等。主副廠房洞從南至北依次為副廠房、輔助安裝場、機(jī)組段、安裝場。副廠房長32 m，左岸輔助安裝場長22.5 m，機(jī)組段長304 m，安裝場長79.5 m。主副廠房洞寬31 m，總高度86.7 m；主變室寬21 m，高39.5 m，總長368 m，布置于主副廠房洞下游；兩者通過母線洞相連。

主廠房采用直流式空調(diào)系統(tǒng)，從專用的風(fēng)道進(jìn)風(fēng)，經(jīng)空調(diào)機(jī)組處理后送入主廠房，主廠房排風(fēng)進(jìn)入母線洞，最后經(jīng)由主變洞拱頂排至廠外。主變洞直接采用機(jī)械通風(fēng)就能夠滿足要求。本章主要對主廠房通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)進(jìn)行分析。

5.2 進(jìn)風(fēng)參數(shù)

廠外氣象參數(shù)對空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計、運(yùn)行都有重要影響。通常情況下，進(jìn)風(fēng)道巖體會對進(jìn)風(fēng)有一定的調(diào)節(jié)作用。本文運(yùn)用地下工程進(jìn)風(fēng)洞空氣處理動態(tài)參數(shù)計算軟件計算進(jìn)風(fēng)道末端的氣流參數(shù)，以進(jìn)風(fēng)道末端空氣參數(shù)作為月工況調(diào)節(jié)的依據(jù)，各月進(jìn)風(fēng)參數(shù)取值如表4所示。

表4 空調(diào)季進(jìn)風(fēng)道末端空氣參數(shù)

5.3 廠房內(nèi)設(shè)計參數(shù)

水電站內(nèi)各場所的設(shè)計參數(shù)參照NB/T 35040—2014《水力發(fā)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》[5]的要求，并參照附近大型地下廠房設(shè)計經(jīng)驗和已建地下廠房的實際運(yùn)行情況確定，如表5所示。

表5 廠房內(nèi)主要空調(diào)區(qū)域設(shè)計參數(shù)

5.4 廠房內(nèi)熱濕負(fù)荷

以左岸廠房為例，廠房內(nèi)裝設(shè)8臺單機(jī)容量為1 000 MW的發(fā)電機(jī)組，由于埋深較大，外界氣候?qū)S內(nèi)的影響可以忽略。廠內(nèi)的散熱主要來自于機(jī)電設(shè)備，設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行時各區(qū)域的散熱量如表6所示。廠內(nèi)散濕以圍護(hù)結(jié)構(gòu)表面散濕為主，但由于廠房建設(shè)時會產(chǎn)生大量的施工余水，在運(yùn)行期前10年，施工余水未散盡，對廠內(nèi)散濕量影響較大，廠房內(nèi)散濕量如表7所示。

5.5 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)概況

電站采用冬季和部分過渡季通風(fēng)、夏季與部分過渡季空調(diào)的方式，并根據(jù)NB/T 35040—2014《水力發(fā)電廠供暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計規(guī)范》[5]對水電站地下廠房內(nèi)各區(qū)域環(huán)境參數(shù)的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計。電站的運(yùn)行情況由電網(wǎng)調(diào)度決定，但需要考慮來流等多種因素的影響，目前可根據(jù)水能規(guī)劃確定每月的等效開機(jī)臺數(shù)，假定電站24 h運(yùn)行，按日平均出力確定其日發(fā)電量，空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行時間也等效為全天24 h。各月等效開機(jī)臺數(shù)如表8所示。由于空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行時間主要為6—9月，因此本文主要針對該時段空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析。

表6 地下廠房內(nèi)主要空調(diào)區(qū)散熱量 kW

表7 地下廠房內(nèi)散濕量 kg/h

表8 各月等效開機(jī)臺數(shù) 臺

該電站主廠房采用的通風(fēng)形式如圖3所示，進(jìn)風(fēng)經(jīng)空調(diào)系統(tǒng)處理后由拱頂送入發(fā)電機(jī)層，之后由發(fā)電機(jī)層送至主廠房以下各層，最后來自中間層、水輪機(jī)層、蝸殼層的排風(fēng)混合后作為母線洞的進(jìn)風(fēng)。

圖3 通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)流程圖

集中空調(diào)系統(tǒng)采用露點(diǎn)送風(fēng)，溫度為20 ℃，相對濕度為95%?？照{(diào)系統(tǒng)的進(jìn)水溫度為22.5 ℃，根據(jù)電站的熱濕負(fù)荷分布情況，并結(jié)合前述應(yīng)用水庫水的集中處理形式，通風(fēng)空調(diào)方案有9種形式，如表9所示，9種方案的空調(diào)系統(tǒng)的主要設(shè)備參數(shù)如表10所示，局部空調(diào)采用水冷單元式空調(diào)機(jī)組的形式，具體設(shè)置如表11所示。

表9 通風(fēng)空調(diào)方案 m3/h

5.6 結(jié)果分析

5.6.1水庫水溫固定條件下不同通風(fēng)空調(diào)方案的LCC分析

方案中各設(shè)備的使用壽命不同時，可以按照壽命周期最短者進(jìn)行計算[29]。水冷單元式空調(diào)機(jī)組的平均壽命為15 a[30]，在水電站空調(diào)系統(tǒng)的主要設(shè)備中壽命最短，因此本文設(shè)備壽命均按15 a進(jìn)行計算。各方案LCC的計算結(jié)果如表12所示，將各部分折算成現(xiàn)值后的結(jié)果如圖4所示。

表10 各空調(diào)方案的主要設(shè)備參數(shù)

表11 各方案局部空調(diào)設(shè)備參數(shù)

圖4 各方案全壽命周期成本組成

從計算結(jié)果可以看出，采用集中處理形式3且不設(shè)局部空調(diào)設(shè)備方案LCC最低，為最經(jīng)濟(jì)的方案。

從LCC3個構(gòu)成要素所占的比例來看，殘值的占比小于1%，對總費(fèi)用的影響幾乎可以忽略不計，空調(diào)系統(tǒng)LCC的主要影響因素為初投資與運(yùn)行費(fèi)用，前者占比約為20%～30%。

由于水溫與空調(diào)進(jìn)風(fēng)的溫差較小，水庫水對空氣的處理能力有限，采用水庫水對空氣進(jìn)行預(yù)處理并不能顯著降低空調(diào)系統(tǒng)的LCC，如方案3的LCC僅比方案1低6.8%左右，且其設(shè)計、施工等難度會增加，可能帶來其他的不利影響，是否采用此方案需根據(jù)實際情況綜合考慮。由于水冷直接蒸發(fā)式冷水機(jī)組的能效低于冷水機(jī)組，盡管無需設(shè)置冷水泵，但該方案的LCC仍然高于采用冷水機(jī)組的方案，如方案2的LCC比方案3高16.1%，比方案1高10%。但采用水冷直接蒸發(fā)式冷水機(jī)組時無需設(shè)置制冷機(jī)房，省去了冷水系統(tǒng)，值得空間有限的地下廠房重點(diǎn)考慮。

局部空調(diào)設(shè)備的使用能夠減少通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)的總風(fēng)量，從而降低空調(diào)系統(tǒng)的裝機(jī)容量，減少空調(diào)系統(tǒng)的初投資。但受局部空調(diào)機(jī)組的能效限制，空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用反而會升高，見方案3、6、9的對比。

5.6.2不同水庫水溫條件下各通風(fēng)空調(diào)方案的LCC分析

水溫變化時，水庫水對空氣的預(yù)處理能力會發(fā)生變化，作為冷水機(jī)組的冷卻水時對機(jī)組能效的影響也會發(fā)生變化，從而引起空調(diào)系統(tǒng)裝機(jī)容量、運(yùn)行狀況等發(fā)生變化。為探究水溫對空調(diào)系統(tǒng)LCC的影響，分別取水溫為17.5、20.0、22.5 ℃進(jìn)行分析，同樣按照前述方法進(jìn)行計算，各方案編號同表5。由于殘值對總費(fèi)用的影響小，本節(jié)主要對初投資和折算為現(xiàn)值的運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行分析。

圖5顯示了集中制冷的3種方案LCC對比?？梢钥闯?，方案1的LCC最為穩(wěn)定，是因為水庫水僅作為冷水機(jī)組的冷卻水，水溫的變化對冷水機(jī)組能效的影響有限。采用水庫水作為一級表冷器的冷源時，即方案2和3，表冷器的處理能力受水溫的影響較大，水溫升高會使水庫水對空氣的處理能力降低，導(dǎo)致所需的機(jī)械制冷量增加，LCC明顯升高。受水冷直接蒸發(fā)式制冷機(jī)組的能效限制，方案2的LCC增幅大于其他方案，在水溫為22.5 ℃時其增幅甚至大于不采用水庫水進(jìn)行預(yù)處理的方案1。從3種集中處理方案看，當(dāng)采用水庫水作為一級表冷器的冷源、機(jī)械制冷采用冷水機(jī)組時，空調(diào)系統(tǒng)的LCC最低。

圖5 方案1、2、3的LCC對比

圖6顯示了采用集中制冷形式1，并在不同位置設(shè)置局部空調(diào)設(shè)備方案的LCC對比?？梢钥闯?，采用相同集中制冷形式的3種方案LCC差異并不是很大，且變化較為平穩(wěn)，說明將水庫水用于冷水機(jī)組或局部空調(diào)設(shè)備的冷卻水時對水溫變化的適應(yīng)性較好，LCC不會隨水溫發(fā)生劇烈的波動。局部空調(diào)設(shè)備的設(shè)置能夠減少空調(diào)系統(tǒng)初投資，但會增加空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，綜合來看會使空調(diào)系統(tǒng)的LCC增加，但局部空調(diào)的設(shè)置能夠使廠房內(nèi)的溫度場分布更加均勻，避免出現(xiàn)局部過熱的情況，局部散熱負(fù)荷大的區(qū)域值得考慮。

圖6 采用集中制冷形式1的不同方案LCC對比

圖7、8分別為采用集中制冷形式2、3的各方案LCC對比，2種形式均采用水庫水進(jìn)行預(yù)處理，有類似的變化規(guī)律，LCC都會隨水溫升高顯著升高，但不設(shè)置局部空調(diào)時的費(fèi)用始終最低。

圖7 采用集中制冷形式2的不同方案LCC對比

圖8 采用集中制冷形式3的不同方案LCC對比

圖9顯示了所有方案的LCC隨水溫變化的趨勢。可以看出，隨著水溫的升高，所有方案的LCC都呈現(xiàn)上升趨勢，但僅采用水庫水作為冷水機(jī)組冷卻水的方案LCC變化最為平緩。采用水庫水進(jìn)行預(yù)處理時，方案的LCC受水溫的影響大。采用相同的集中制冷形式時，設(shè)置局部空調(diào)設(shè)備會導(dǎo)致空調(diào)系統(tǒng)的LCC升高。采用不同的集中制冷形式，并在不同區(qū)域設(shè)置局部空調(diào)設(shè)備時，LCC會有不同的變化趨勢，需進(jìn)行具體的分析。

圖9 不同水溫下的LCC

6 結(jié)論

1) 全壽命周期評價方法能夠從經(jīng)濟(jì)性的角度較為全面和直觀地展現(xiàn)系統(tǒng)或方案的好壞，對全壽命周期成本進(jìn)行分析，有助于找出影響系統(tǒng)或方案經(jīng)濟(jì)性的關(guān)鍵部分，以便于進(jìn)行工程決策和方案優(yōu)化。

2) 對于應(yīng)用水庫水的水電站地下廠房空調(diào)系統(tǒng)，全壽命周期費(fèi)用主要由初投資和運(yùn)行費(fèi)用構(gòu)成，運(yùn)行費(fèi)用占總費(fèi)用的70%以上，降低空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期費(fèi)用的關(guān)鍵在于降低運(yùn)行費(fèi)用。

3) 水庫水作為天然冷源，將其運(yùn)用于水電站空調(diào)系統(tǒng)，能夠減少空調(diào)系統(tǒng)的LCC，但不同應(yīng)用形式對LCC的影響不盡相同。從本文的實例中可以看出，在17.5 ℃時，將水庫水作為一級冷源的方案LCC比僅將水庫水作為冷水機(jī)組冷卻水的方案少25%～35%左右。

4) 不同水溫條件水庫水適宜的應(yīng)用形式不同，在17.5 ℃時較經(jīng)濟(jì)的方案2、5、8在22.5 ℃條件下LCC反而最高。因此對水庫水溫進(jìn)行分析，采用合理的應(yīng)用方式是降低水庫水電站空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期費(fèi)用的重要手段。