北京某商場(chǎng)辦公區(qū)冷熱源改造分析

文／史向鵬 中國中輕國際工程有限公司 北京 100026

1、項(xiàng)目概況

某商場(chǎng)總建筑面積10.7 萬平米，商場(chǎng)總高度24 米。其中，地上建筑面積53075 平米，商場(chǎng)區(qū)域建筑面積45145 平米，辦公區(qū)域建筑面積7930 平米。

商場(chǎng)設(shè)置集中的制冷站和鍋爐房，均位于地下一層。制冷站內(nèi)設(shè)置2 臺(tái)2800kw 離心機(jī)及1 臺(tái)1200kw 螺桿機(jī)，鍋爐房設(shè)置2 臺(tái)2800kw 燃?xì)鉄崴仩t。無論是冷源還是熱源，均未針對(duì)辦公區(qū)域進(jìn)行獨(dú)立設(shè)置。

項(xiàng)目采用2 管制水系統(tǒng)，冬季供熱、夏季供冷。夏季設(shè)計(jì)供回水溫度7/12℃，冬季設(shè)計(jì)供回水溫度60/50℃。

2、現(xiàn)存問題

2.1 商場(chǎng)區(qū)、辦公區(qū)運(yùn)營時(shí)間不一致

目前，辦公區(qū)域已大面積用于出租，承租方約20 家，涉及到傳媒、設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)等行業(yè)，各公司規(guī)模較小且辦公時(shí)間并不一致。辦公區(qū)域?qū)τ诳照{(diào)的使用時(shí)間段約為早8：30 到晚10：00，傳媒和互聯(lián)網(wǎng)公司經(jīng)常存在加班至凌晨的情況。而商場(chǎng)的運(yùn)營時(shí)間相對(duì)固定，為早10 點(diǎn)到晚10點(diǎn)。商場(chǎng)區(qū)域與辦公區(qū)域空調(diào)使用時(shí)段不一致，制冷機(jī)組和鍋爐存在“大馬拉小車”的情況。

2.2 商場(chǎng)區(qū)、辦公區(qū)總冷熱負(fù)荷值差別大

商場(chǎng)區(qū)及辦公區(qū)面積相差大，其中，商場(chǎng)區(qū)域建筑面積45145 平米，辦公區(qū)域建筑面積7930 平米。

商場(chǎng)區(qū)和辦公區(qū)對(duì)環(huán)境的要求不同。商場(chǎng)區(qū)屬人員短期逗留區(qū)域，辦公區(qū)域?qū)偃藛T長(zhǎng)期逗留區(qū)域。商場(chǎng)區(qū)人員多數(shù)處于流動(dòng)狀態(tài)，短期停留，對(duì)環(huán)境溫度要求相對(duì)寬松。而辦公區(qū)人員多數(shù)處于工作狀態(tài)，需長(zhǎng)期停留，對(duì)環(huán)境溫度要求相對(duì)嚴(yán)苛。

參照原有設(shè)計(jì)說明，商場(chǎng)區(qū)總冷負(fù)荷為5962kw，總熱負(fù)荷為4739kw。而辦公區(qū)總冷負(fù)荷為828kw，總熱負(fù)荷為581kw。商場(chǎng)區(qū)域總冷負(fù)荷約為辦公區(qū)域的7.2倍，總熱負(fù)荷約為辦公區(qū)域的8.1 倍，冷熱負(fù)荷相差懸殊。

2.3 商場(chǎng)區(qū)、辦公區(qū)負(fù)荷變化情況不一致

以周為單位來分析，商場(chǎng)的負(fù)荷峰值主要出現(xiàn)在周末，而辦公區(qū)的負(fù)荷峰值主要出現(xiàn)在周一到周五的上班時(shí)間。

以日為單位來分析，商場(chǎng)區(qū)人員不穩(wěn)定，負(fù)荷峰值主要出現(xiàn)在11 點(diǎn)到14 點(diǎn)，18 點(diǎn)到21 點(diǎn)這兩個(gè)區(qū)間。而辦公區(qū)人員相對(duì)穩(wěn)定，負(fù)荷峰值主要出現(xiàn)在14 點(diǎn)左右。

商場(chǎng)區(qū)、辦公區(qū)的負(fù)荷變化情況無論是以日還是周為單位，均不一致。

2.4 商場(chǎng)區(qū)、辦公區(qū)的獨(dú)立運(yùn)營管理部門不同

因運(yùn)營管理需求，業(yè)主方將辦公區(qū)域和商場(chǎng)區(qū)域進(jìn)行獨(dú)立運(yùn)營管理,但在冷熱源設(shè)置上這兩個(gè)區(qū)域并未分開，故在費(fèi)用結(jié)算上存在爭(zhēng)議。現(xiàn)行管理模式，冷熱源設(shè)備以保證商場(chǎng)的使用為主，并盡可能少的開啟設(shè)備，降低商場(chǎng)區(qū)域的運(yùn)行費(fèi)用。故在冬、夏季節(jié)均存在辦公區(qū)域供水溫度達(dá)不到設(shè)計(jì)工況要求的情況，進(jìn)而引起承租方的投訴。

針對(duì)以上現(xiàn)存問題，建議對(duì)辦公區(qū)域進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)辦公區(qū)與商場(chǎng)區(qū)冷熱源完全獨(dú)立。

3、冷熱源改造方案

冷熱源改造方案的制定需滿足以下幾個(gè)原則：（1）結(jié)合國家節(jié)能、環(huán)保要求，盡量選用綠色可再生能源。（2）能適應(yīng)輕冷地區(qū)氣候。（3）滿足冬季供熱、夏季供冷需求。（4）經(jīng)濟(jì)性合理，結(jié)合原有系統(tǒng)，盡量減少拆改和更換。

3.1 辦公區(qū)域現(xiàn)狀條件

辦公區(qū)域共有4 層，其中，二層為業(yè)主辦公使用，已設(shè)置獨(dú)立的多聯(lián)機(jī)系統(tǒng)，此次不改造；三～五層為本次冷熱源負(fù)擔(dān)范圍，其主要作為辦公空間進(jìn)行租賃，三到五層建筑面積相同，各層均為2376.3m，共7128.9m。辦公區(qū)域在二層設(shè)有室外設(shè)備平臺(tái)。

辦公區(qū)域同商場(chǎng)區(qū)域一致，也采用2 管制冷熱水系統(tǒng)。由制冷站內(nèi)分集水器單獨(dú)分一路DN200 水管供應(yīng)冷、熱水，夏季設(shè)計(jì)供回水溫度7/12℃，冬季設(shè)計(jì)供回水溫度60/50℃。整個(gè)區(qū)域相對(duì)獨(dú)立，辦公區(qū)域采用風(fēng)機(jī)盤管加新風(fēng)系統(tǒng)。

在能源方面，本項(xiàng)目燃?xì)饣緹o余量，變壓器在夏季約有400kw 余量。在清潔能源方面，常用的清潔能源主要包含空氣源、土壤源、水源，結(jié)合項(xiàng)目情況，項(xiàng)目紅線范圍內(nèi)無可用于土壤源的埋管空地，附近也無直接滿足使用的水源，故此次探討主要集中在空氣源設(shè)備上。

3.2 改造方案的確定

辦公區(qū)域面積較小，盡量選取簡(jiǎn)單系統(tǒng)達(dá)到供冷、供熱需求。原系統(tǒng)為水系統(tǒng)，此次改造需將冷熱源更換的影響降到最小，保持換熱介質(zhì)不變，盡量做到原有室內(nèi)末端設(shè)備不更換。

本次改造擬選用空氣源熱泵?？諝庠礋岜檬且钥諝庾鳛槔錈嵩矗运鳛槔?、熱介質(zhì)，進(jìn)行供冷、供熱。常規(guī)的空氣源熱泵制熱能力是在室外干球溫度7℃時(shí)測(cè)量的。對(duì)于北京而言，冬季空調(diào)室外計(jì)算溫度-9.9℃，常規(guī)的空氣源熱泵機(jī)組在冬季并不適用，需選用低溫工況風(fēng)冷熱泵機(jī)組。常用的適合小體量項(xiàng)目的風(fēng)冷熱泵機(jī)組主要為風(fēng)冷熱泵模塊機(jī)組及風(fēng)冷熱泵螺桿機(jī)組。其主要優(yōu)缺點(diǎn)詳見表1。

表1 風(fēng)冷模塊機(jī)及螺桿機(jī)優(yōu)缺點(diǎn)對(duì)比表

選取風(fēng)冷熱泵模塊機(jī)組作為方案一，選取風(fēng)冷熱泵螺桿機(jī)組作為方案二。對(duì)方案一和方案二的初投資費(fèi)用、配套費(fèi)用及運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行經(jīng)濟(jì)性對(duì)比。

3.2.1 設(shè)備初投資費(fèi)用對(duì)比

方案一選用低溫風(fēng)冷熱泵模塊機(jī)組。辦公區(qū)總冷負(fù)荷為828kw，總熱負(fù)荷為581kw。按照總冷、熱負(fù)荷進(jìn)行設(shè)備選型，設(shè)備需既滿足冷負(fù)荷要求，也需滿足熱負(fù)荷要求。其中，總熱負(fù)荷是參照北京冬季空調(diào)室外計(jì)算溫度-9.9℃來計(jì)算的，故對(duì)應(yīng)風(fēng)冷熱泵應(yīng)按照低溫工況的制熱量（低溫制熱量是在室外干球溫度-12℃時(shí)測(cè)量的）來進(jìn)行選取。所選擇的熱泵型號(hào)及相關(guān)參數(shù)如表2、表3所示。機(jī)組主要的參數(shù)COP 及IPLV 均滿足《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》（GB50189-2015）中所規(guī)定的限值。

表2 低溫風(fēng)冷熱泵模塊機(jī)組選型參數(shù)表

表3 低溫風(fēng)冷熱泵模塊機(jī)組運(yùn)行工況

方案一選取7 臺(tái)低溫風(fēng)冷熱泵模塊機(jī)組。7 臺(tái)機(jī)組的總制冷量910kw ＞828kw，滿足冷負(fù)荷需求。因設(shè)備低溫制熱量已考慮帶霜運(yùn)行，且額定低溫制熱量為室外干球溫度-12℃時(shí)制熱量（冬季空調(diào)室外計(jì)算溫度-9.9℃時(shí)制熱量會(huì)更大），7 臺(tái)機(jī)組的總制熱量630kw ＞581kw，滿足熱負(fù)荷需求。

除模塊機(jī)組外，系統(tǒng)還需設(shè)置對(duì)應(yīng)的水泵及定壓補(bǔ)水設(shè)備。其主要設(shè)備參數(shù)詳見表4。

表4 主要設(shè)備參數(shù)表

方案二選用低溫風(fēng)冷熱泵螺桿機(jī)組。與模塊機(jī)組不同的是，風(fēng)冷螺桿機(jī)組單臺(tái)制冷、制熱量大，單臺(tái)即可滿足辦公區(qū)冷熱負(fù)荷需求。但為了考慮冷熱源部分的備用性。本項(xiàng)目選取2 臺(tái)風(fēng)冷熱泵螺桿機(jī)組，2 臺(tái)機(jī)組各負(fù)擔(dān)65%的熱負(fù)荷。其中，設(shè)備低溫制熱量為室外冬季空調(diào)室外計(jì)算溫度-9.9℃時(shí)制熱量。所選設(shè)備參數(shù)同樣滿足國標(biāo)限值要求。所選擇的熱泵型號(hào)及相關(guān)參數(shù)如表5、表6所示。

表5 低溫風(fēng)冷熱泵螺桿機(jī)組選型參數(shù)表

表6 低溫風(fēng)冷熱泵螺桿機(jī)組運(yùn)行工況

方案二2 臺(tái)低溫風(fēng)冷熱泵螺桿機(jī)組總制冷量1276kw＞828kw；單臺(tái)設(shè)備低溫制熱量385kw ＞377.6kw（65%的熱負(fù)荷），且總制熱量770kw ＞581kw，滿足熱負(fù)荷需求。方案二對(duì)應(yīng)的水泵及定壓補(bǔ)水設(shè)備除水泵參數(shù)略有不同外，其余均相同。其主要設(shè)備參數(shù)詳見表7。

表7 主要設(shè)備參數(shù)表

除了考慮到設(shè)備初投資費(fèi)用，還應(yīng)當(dāng)考慮土建配套費(fèi)用、供電配套設(shè)施費(fèi)用及設(shè)備的拆改、安裝等費(fèi)用。經(jīng)與造價(jià)專業(yè)咨詢，方案一、方案二配套估算費(fèi)用詳見表8。

表8 配套費(fèi)用估算表

3.2.2 運(yùn)行費(fèi)用對(duì)比

本項(xiàng)目運(yùn)行費(fèi)用的比較按照滿負(fù)荷耗電量考慮。風(fēng)冷熱泵在運(yùn)行中主要的消耗能源為電能，故運(yùn)行費(fèi)用高低取決于總耗電量。運(yùn)行費(fèi)用及年耗電量的常用簡(jiǎn)化計(jì)算公式為：

式中，F(xiàn) 為運(yùn)行費(fèi)用，萬元/年；W 為年耗電量，萬度/年；P 商業(yè)用電價(jià)格，北京市商業(yè)平時(shí)段電價(jià)約0.76元/kWh。

式中，N 為用電負(fù)荷，kW；d 為年系統(tǒng)運(yùn)行天數(shù)，天/年；t 為日運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)，小時(shí)/天；a1 為負(fù)荷年平均系數(shù)；a2 為負(fù)荷日平均系數(shù)；

參照北京市氣象條件及本項(xiàng)目特點(diǎn)，對(duì)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行合理的設(shè)定。北京地區(qū)夏季制冷周期按150 天/年考慮，制熱周期按照日平均溫度低于5℃的天數(shù)考慮，共計(jì)123天/年；空調(diào)設(shè)備開機(jī)時(shí)間參照現(xiàn)有租戶的平均辦公時(shí)間，每日空調(diào)開機(jī)時(shí)間約12h/d；考慮年負(fù)荷波動(dòng)及日負(fù)荷波動(dòng)，年平均負(fù)荷系數(shù)取0.7，日平均負(fù)荷系數(shù)取0.8；按照公式（1）、（2）對(duì)本項(xiàng)目冬夏季耗電量及運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行計(jì)算，如表9所示：

表9 耗電量及年運(yùn)行費(fèi)用統(tǒng)計(jì)表

3.2.3 方案比較結(jié)論

通過以上計(jì)算，在初投資方面，方案一明顯占優(yōu)，其總投資額為91.95 萬元，較方案二低51.5 萬元；配套費(fèi)用中，兩者相差不大，方案一比方案二相關(guān)配套費(fèi)用高1.5萬元；綜合來看，方案一總投資費(fèi)用為139.95 萬元，比方案二總投資額低50 萬元。

運(yùn)行費(fèi)用方面，方案一每年比方案二節(jié)省運(yùn)行費(fèi)用7.19 萬元?？傻贸鼋Y(jié)論，無論從總投資費(fèi)用還是年運(yùn)行費(fèi)用來說，方案一為較優(yōu)方案。

結(jié)語：

（1）本文通過對(duì)項(xiàng)目調(diào)研，對(duì)商場(chǎng)及辦公區(qū)域在運(yùn)行時(shí)間、負(fù)荷變化、運(yùn)行管理等方面進(jìn)行分析，提出辦公區(qū)設(shè)置獨(dú)立冷熱源的改造方案。（2）結(jié)合項(xiàng)目現(xiàn)狀條件及能源情況，確定采用低溫風(fēng)冷熱泵機(jī)組。并對(duì)風(fēng)冷模塊機(jī)組及風(fēng)冷螺桿機(jī)組兩種方案的初投資、配套費(fèi)用、運(yùn)行費(fèi)用進(jìn)行對(duì)比。針對(duì)本項(xiàng)目而言，風(fēng)冷模塊機(jī)組更為適合。（3）在確定采用風(fēng)冷模塊機(jī)組的方案后，改造中還存在一些問題需要校核或分析，如風(fēng)冷熱泵供熱水溫度較原系統(tǒng)不同，設(shè)備運(yùn)行噪音對(duì)周圍是否有影響等。下一步，針對(duì)這些問題進(jìn)行分析，以期得到一個(gè)更為全面的方案。