地鐵車站空調(diào)設(shè)備分期配置與實(shí)施方案的經(jīng)濟(jì)性分析

劉曉亮 楊 卓 黃龍鑫 吳曈凌 闕阿燕 溫敏健 李曉鋒

(1.廈門軌道交通集團(tuán)有限公司,廈門;2.北京清華同衡規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院有限公司,北京;3.清華大學(xué),北京)

0 引言

地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)負(fù)荷存在近期、遠(yuǎn)期的差異,而車站空調(diào)系統(tǒng)一般根據(jù)遠(yuǎn)期負(fù)荷設(shè)計(jì),導(dǎo)致近期設(shè)備容量冗余,從而造成初投資浪費(fèi)和運(yùn)行能耗增加。余龍清模擬了典型地鐵車站空調(diào)季的逐時(shí)負(fù)荷,發(fā)現(xiàn)遠(yuǎn)期晚高峰負(fù)荷比初期高30%[1]。楊巨瀾提出,車站負(fù)荷按遠(yuǎn)期客流量計(jì)算,但初近期客流量僅為遠(yuǎn)期的1/3～1/2,所選的設(shè)備容量遠(yuǎn)大于初近期負(fù)荷,初近期若不采取措施則會產(chǎn)生較大能耗[2]。王麗慧等人對上海地鐵不同運(yùn)行年限的環(huán)控設(shè)備進(jìn)行了測試,發(fā)現(xiàn)由于冷水機(jī)組按遠(yuǎn)期最大負(fù)荷選型,初期運(yùn)行時(shí)負(fù)荷率偏低,從而COP也偏低,機(jī)組能效較差[3]。

不少學(xué)者設(shè)計(jì)了針對性的空調(diào)系統(tǒng)方案,以適應(yīng)地鐵車站的近期、遠(yuǎn)期負(fù)荷差異。王靜偉等人提出大系統(tǒng)的小新風(fēng)機(jī)、回排風(fēng)機(jī)應(yīng)按近期、遠(yuǎn)期分別配置,避免近期產(chǎn)生無效的新風(fēng)負(fù)荷[4]。董書蕓設(shè)計(jì)哈爾濱地鐵空調(diào)系統(tǒng)時(shí),公共區(qū)兩端分別配置多臺排風(fēng)機(jī),以便于根據(jù)負(fù)荷進(jìn)行臺數(shù)控制,近期開啟1臺風(fēng)機(jī),遠(yuǎn)期開啟多臺風(fēng)機(jī),從而提高設(shè)備與負(fù)荷匹配性,提高風(fēng)機(jī)效率[5]。當(dāng)前國內(nèi)已有部分城市的地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)采用了設(shè)備分期配置與實(shí)施方案,且已開通運(yùn)營,如洛陽地鐵1號線,對地鐵車站的冷水機(jī)組、水泵、風(fēng)機(jī)等均分別按近期、遠(yuǎn)期負(fù)荷選型,先采用近期設(shè)備,為遠(yuǎn)期預(yù)留設(shè)備安裝位置即可,到遠(yuǎn)期時(shí)再更換為遠(yuǎn)期設(shè)備,節(jié)省了初投資和運(yùn)行費(fèi)用。

然而,采用空調(diào)設(shè)備分期配置與實(shí)施方案(以下簡稱分期方案)時(shí),若地鐵開通運(yùn)行后迅速到達(dá)遠(yuǎn)期,會造成按近期負(fù)荷選型的設(shè)備的初投資浪費(fèi)。因此,有必要考慮空調(diào)負(fù)荷高于近期負(fù)荷的年份的影響,從全壽命周期的角度對分期方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行定量分析。

因此,本文以夏熱冬暖地區(qū)某城市的典型地鐵車站為例,針對空調(diào)系統(tǒng)的分期方案,建模進(jìn)行定量分析,計(jì)算分期方案與傳統(tǒng)方案全壽命周期的費(fèi)用,分析分期方案的經(jīng)濟(jì)性。

1 研究對象簡介

一個(gè)城市的地鐵線路在未成網(wǎng)之前,客流增長較為緩慢,直到線路成網(wǎng),客流會迅速增長。根據(jù)《城市軌道交通2020年度統(tǒng)計(jì)和分析報(bào)告》[6],目前國內(nèi)存在大量的城市地鐵線路建設(shè)不到4條,長期會處于未成網(wǎng)的狀態(tài)。本文以此為研究對象,選擇1個(gè)典型的地下2層標(biāo)準(zhǔn)站,車站基本信息如表1所示,為地下2層島式車站,列車6節(jié)編組,站臺長度120 m。其中,設(shè)備用房發(fā)熱量根據(jù)實(shí)測結(jié)果取值,低于常規(guī)的設(shè)計(jì)值。根據(jù)文獻(xiàn)[7-9]實(shí)測的設(shè)備用房發(fā)熱量也一般小于設(shè)計(jì)冷負(fù)荷,大部分偏差超過50%。文獻(xiàn)[7,9]中實(shí)測的設(shè)備用房發(fā)熱量均約為100 kW,本文的設(shè)備用房發(fā)熱量取值為97.9 kW,與文獻(xiàn)中的實(shí)測結(jié)果接近。

2 近期/遠(yuǎn)期空調(diào)負(fù)荷分析

我國南方地區(qū)氣候較熱,空調(diào)冷負(fù)荷較大,南方地區(qū)地鐵車站的環(huán)控系統(tǒng)能耗占總能耗的50%[10]。因此,空調(diào)系統(tǒng)方案的合理性對南方城市地鐵車站的影響更大,本文選取夏熱冬暖地區(qū)的氣候條件進(jìn)行空調(diào)負(fù)荷的分析。

根據(jù)GB 50157—2013《地鐵設(shè)計(jì)規(guī)范》,地鐵設(shè)計(jì)年限的初期、近期、遠(yuǎn)期分別對應(yīng)運(yùn)行后的第3、10、25年。由于初期時(shí)間較短,僅有3年,且初期與近期負(fù)荷相差較小,故僅考慮近期與遠(yuǎn)期的負(fù)荷差異,對空調(diào)設(shè)備進(jìn)行分期配置與實(shí)施。

地鐵車站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)根據(jù)服務(wù)區(qū)域不同進(jìn)行劃分,公共區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)稱為“大系統(tǒng)”,設(shè)備管理用房區(qū)通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)稱為“小系統(tǒng)”。分別計(jì)算地鐵車站近期、遠(yuǎn)期的全年逐時(shí)負(fù)荷,計(jì)算方法參考文獻(xiàn)[11]中的計(jì)算公式。

地鐵車站的總冷負(fù)荷分為大系統(tǒng)冷負(fù)荷和小系統(tǒng)冷負(fù)荷,計(jì)算公式如下:

QV=QVp+QVe

(1)

式中QV為地鐵車站總冷負(fù)荷,kW;QVp為大系統(tǒng)冷負(fù)荷,kW;QVe為小系統(tǒng)冷負(fù)荷,kW。

大系統(tǒng)冷負(fù)荷計(jì)算公式如下:

QVp=Qpe+Qi+Qps+Qfp+Qmp+Qdp

(2)

式中Qpe為人員散熱量,kW;Qi為無組織滲風(fēng)得熱量,kW;Qps為屏蔽門傳熱量,kW;Qfp為大系統(tǒng)風(fēng)機(jī)溫升散熱量,kW;Qmp為大系統(tǒng)機(jī)械新風(fēng)負(fù)荷,kW;Qdp為大系統(tǒng)設(shè)備散熱量,kW。

小系統(tǒng)冷負(fù)荷計(jì)算公式如下:

QVe=Qfe+Qme+Qde

(3)

式中Qfe為小系統(tǒng)風(fēng)機(jī)溫升散熱量,kW;Qme為小系統(tǒng)機(jī)械新風(fēng)負(fù)荷,kW;Qde為小系統(tǒng)設(shè)備散熱和設(shè)備用房照明散熱量,kW。

由于近期、遠(yuǎn)期的客流量和發(fā)車對數(shù)等不同,公共區(qū)大系統(tǒng)的冷負(fù)荷在近期、遠(yuǎn)期存在差異,相關(guān)參數(shù)取值如表2所示。對于設(shè)備區(qū)小系統(tǒng),根據(jù)筆者所在單位對廣州地鐵新、舊線路的現(xiàn)場測試結(jié)果,設(shè)備用房發(fā)熱量在近期、遠(yuǎn)期相差較小,因此本文采取保守的計(jì)算方法,小系統(tǒng)的近期冷負(fù)荷等于遠(yuǎn)期冷負(fù)荷。

表2 模擬參數(shù)取值

計(jì)算車站的全年逐時(shí)冷負(fù)荷,得到近期、遠(yuǎn)期的峰值冷負(fù)荷分別為520、770 kW,近期、遠(yuǎn)期的全年累計(jì)負(fù)荷分別為54.3萬、72.7萬kW·h。車站全年逐時(shí)冷負(fù)荷分布如圖1所示,0～200 kW的負(fù)荷主要為夜間只有設(shè)備區(qū)小系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)的負(fù)荷;公共區(qū)大系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),遠(yuǎn)期負(fù)荷主要集中在300～500 kW之間,近期負(fù)荷主要集中在200～400 kW之間。因此,若按照遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)負(fù)荷來選型,近期時(shí)空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備會長期運(yùn)行在相對低負(fù)載率的狀態(tài)。

圖1 車站全年逐時(shí)冷負(fù)荷分布

3 分期配置與實(shí)施方案設(shè)計(jì)

本文選擇的典型地鐵車站的空調(diào)方案是目前國內(nèi)地鐵普遍采用的通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)方案[12-14],即公共區(qū)、設(shè)備用房共用1套常規(guī)螺桿式冷水機(jī)組,末端風(fēng)系統(tǒng)采用組合式空調(diào)機(jī)組。因此,在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)了1套分期方案,具體設(shè)備選型見表3。

表3 分期方案與傳統(tǒng)方案的空調(diào)系統(tǒng)設(shè)備選型

分期方案設(shè)計(jì)和設(shè)備選型的主要原則如下:

1) 空調(diào)水管、風(fēng)管均按遠(yuǎn)期水量、遠(yuǎn)期風(fēng)量設(shè)計(jì)選取;

2) 冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔、空調(diào)風(fēng)機(jī)、回排風(fēng)機(jī)等設(shè)備按照近期、遠(yuǎn)期負(fù)荷分別選取;

3) 設(shè)備性能按照國家相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的性能要求限值,統(tǒng)一設(shè)備性能的對比基準(zhǔn),如冷水機(jī)組性能按照滿足GB 50189—2015《公共建筑節(jié)能設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)》中的性能要求限值選取。

這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)勢為:從設(shè)備更換和改造的角度,遠(yuǎn)期只需更換機(jī)房設(shè)備,無需拆改管線,對公共區(qū)裝修和正常運(yùn)營造成的影響較小;從風(fēng)機(jī)水泵功率配置的角度,由于管網(wǎng)按遠(yuǎn)期選型,近期在水泵低流量、風(fēng)機(jī)低風(fēng)量的情況下,水系統(tǒng)和風(fēng)系統(tǒng)阻力均較小,風(fēng)機(jī)水泵類設(shè)備的額定功率相較于遠(yuǎn)期降低了50%～70%。

4 能耗計(jì)算

4.1 計(jì)算方法

根據(jù)全年逐時(shí)負(fù)荷計(jì)算地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)全年逐時(shí)能耗,最后求和獲得全年總能耗。地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)能耗包括冷水機(jī)組能耗、冷水泵能耗、冷卻水泵能耗、冷卻塔能耗、空調(diào)末端風(fēng)機(jī)能耗。

冷水機(jī)組能耗Ech的計(jì)算公式如下:

(4)

ηi=ηIηD

(5)

式(4)、(5)中QVi為車站空調(diào)系統(tǒng)第ih的冷負(fù)荷,kW;ηi為冷水機(jī)組第ih的性能系數(shù),將冷水機(jī)組的性能系數(shù)拆分為外部性能系數(shù)和內(nèi)部性能系數(shù),拆分方法參考文獻(xiàn)[15];τchi為冷水機(jī)組第ih的運(yùn)行時(shí)間,h;ηI為外部性能系數(shù),與室外濕球溫度、冷水出水溫度相關(guān);ηD為內(nèi)部性能系數(shù),與冷水機(jī)組負(fù)載率相關(guān),通過檢測報(bào)告中冷水機(jī)組負(fù)載率分別為25%、50%、75%、100%時(shí)的4個(gè)ηD的數(shù)值,擬合出ηD與冷水機(jī)組負(fù)載率的關(guān)系曲線。

按照設(shè)計(jì)方案,冷水泵定頻運(yùn)行,開啟臺數(shù)由冷水機(jī)組開啟臺數(shù)決定。冷卻水泵的計(jì)算方法與冷水泵相同。冷水泵能耗Ecp的計(jì)算公式如下:

(6)

式中Pcp為冷水泵的額定功率,kW;ncpi為冷水泵第ih的開啟臺數(shù),根據(jù)逐時(shí)冷負(fù)荷與冷水機(jī)組額定冷量決定;τcpi為冷水泵第ih的運(yùn)行時(shí)間,h。

按照設(shè)計(jì)方案,冷卻塔定頻運(yùn)行,冷卻塔能耗Ect的計(jì)算公式如下:

(7)

式中Pct為冷卻塔的額定功率,kW;ncti為冷卻塔第ih的開啟臺數(shù);τcti為冷卻塔第ih的運(yùn)行時(shí)間,h。

公共區(qū)大系統(tǒng)空調(diào)箱送風(fēng)機(jī)和回排風(fēng)機(jī)變頻運(yùn)行,空調(diào)工況小新風(fēng)機(jī)定頻運(yùn)行,它們的總能耗Etp的計(jì)算公式如下:

(8)

式中Pts、Pth、Ptx分別為大系統(tǒng)空調(diào)箱送風(fēng)機(jī)、回排風(fēng)機(jī)、小新風(fēng)機(jī)的額定功率,kW;fi為第ih空調(diào)箱風(fēng)機(jī)的頻率,根據(jù)逐時(shí)冷負(fù)荷和空調(diào)箱額定冷量確定;α為風(fēng)機(jī)功率與頻率的次方關(guān)系,結(jié)合測試經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)取2.3;τtsi、τthi、τtxi分別為空調(diào)箱送風(fēng)機(jī)、回排風(fēng)機(jī)、小新風(fēng)機(jī)第ih的運(yùn)行時(shí)間,h。

空調(diào)箱送風(fēng)機(jī)、回排風(fēng)機(jī)的變頻下限為30 Hz。

設(shè)備區(qū)小系統(tǒng)空調(diào)箱送風(fēng)機(jī)和回排風(fēng)機(jī)定頻運(yùn)行,計(jì)算方法同冷卻塔。

4.2 計(jì)算結(jié)果

根據(jù)近期的全年逐時(shí)負(fù)荷,計(jì)算傳統(tǒng)方案與分期方案的全年逐時(shí)能耗及全年總運(yùn)行能耗。

由于地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)日間(地鐵運(yùn)行時(shí)間06:00—24:00)運(yùn)行情況和夜間(地鐵停運(yùn)時(shí)間00:00—06:00)運(yùn)行情況有較大區(qū)別,因此對比了2種方案日間和夜間的能耗差異。圖2顯示了2種方案在典型日(室外溫度和室內(nèi)條件接近設(shè)計(jì)工況)的日間和夜間的各分項(xiàng)能耗拆分結(jié)果。分期方案與傳統(tǒng)方案相比,日間節(jié)能率為34.1%,夜間的節(jié)能率為40.9%?？梢钥闯?日間的主要節(jié)能量是由冷水機(jī)組、冷水泵/冷卻水泵、大系統(tǒng)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的;而在夜間僅有小系統(tǒng)運(yùn)行時(shí),主要節(jié)能量則是由冷水機(jī)組、冷水泵/冷卻水泵產(chǎn)生的。冷水機(jī)組的節(jié)能主要是由于分期方案的冷水機(jī)組容量更小,緩解了冷水機(jī)組的“大馬拉小車”問題。冷水泵/冷卻水泵的節(jié)能主要是由于分期方案的設(shè)計(jì)額定功率更小。大系統(tǒng)風(fēng)機(jī)的節(jié)能主要是由于分期方案的風(fēng)機(jī)可以變頻到更小的風(fēng)量。

圖2 近期時(shí)傳統(tǒng)方案和分期方案車站 空調(diào)季典型日能耗拆分對比

圖3顯示了全年逐月能耗,可以看出,分期方案的月能耗均低于傳統(tǒng)方案,且空調(diào)季節(jié)能潛力較大。圖4顯示了2種方案在通風(fēng)季(1—4、11—12月)和空調(diào)季(5—10月)的累計(jì)能耗拆分,可以看出:空調(diào)季主要節(jié)能量是由冷水機(jī)組、冷水泵/冷卻水泵、大系統(tǒng)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生的,總節(jié)能率為20.4%;而通風(fēng)季由于小系統(tǒng)風(fēng)機(jī)未分期配置,僅有大系統(tǒng)風(fēng)機(jī)由于分期方案的選型較小而提供了少許節(jié)能量,總節(jié)能率為10.1%。

圖3 近期時(shí)傳統(tǒng)方案和分期方案車站全年逐月能耗對比

圖4 近期時(shí)傳統(tǒng)方案和分期方案車站在通風(fēng)季 與空調(diào)季累計(jì)能耗拆分對比

在近期負(fù)荷下,傳統(tǒng)方案全年總能耗為39.3萬kW·h,分期方案全年總能耗為31.8萬kW·h,比傳統(tǒng)方案減少了7.5萬kW·h能耗,節(jié)能率約19.1%。根據(jù)中國區(qū)域電網(wǎng)基準(zhǔn)線排放因子,本文的地鐵車站位于南方區(qū)域,排放因子為0.804 2 t/(MW·h),計(jì)算得到采用分期方案近期運(yùn)行第1年可減少60.2 t的CO2排放。

5 全壽命周期經(jīng)濟(jì)性分析

5.1 初投資

根據(jù)調(diào)研,空調(diào)設(shè)備初投資估算如表4所示。初投資包括設(shè)備費(fèi)和人工費(fèi)。人工費(fèi)包含安裝、調(diào)試、拆改費(fèi)用等。風(fēng)系統(tǒng)、水系統(tǒng)的管網(wǎng)均按遠(yuǎn)期配置,因此其造價(jià)部分完全相同,不納入計(jì)算。設(shè)備價(jià)格參考文獻(xiàn)[4,16-19]中的設(shè)備初投資數(shù)據(jù),如表4所示。

表4 空調(diào)設(shè)備造價(jià)概算

空調(diào)設(shè)備初投資估算結(jié)果如表5所示,由于冷水機(jī)組、水泵、冷卻塔等設(shè)備的初投資均按照近期、遠(yuǎn)期的設(shè)備容量估算,近期設(shè)備容量相對于遠(yuǎn)期設(shè)備較小,因此近期設(shè)備的初投資節(jié)約了36.52萬元(31.2%)。

表5 空調(diào)設(shè)備初投資估算 萬元

5.2 全壽命周期費(fèi)用

圖5為傳統(tǒng)方案與分期方案的設(shè)備投放示意圖?？照{(diào)設(shè)備的壽命一般為15 a,按照每15 a必須更換一次設(shè)備計(jì)算。傳統(tǒng)方案采用遠(yuǎn)期設(shè)備,每15 a更換一次遠(yuǎn)期設(shè)備。分期方案先采用近期設(shè)備,在空調(diào)負(fù)荷高于近期負(fù)荷時(shí)更換成遠(yuǎn)期設(shè)備,后續(xù)同樣是每15 a更換一次遠(yuǎn)期設(shè)備。無論是分期方案還是直接按遠(yuǎn)期設(shè)計(jì)的方案,每次更換設(shè)備的費(fèi)用是接近的,因此主要的差別聚焦在第1次使用期間。

圖5 傳統(tǒng)方案與分期方案的設(shè)備投放示意圖

若空調(diào)負(fù)荷高于近期負(fù)荷的年份超過15 a,則分期方案的近期設(shè)備使用15 a后,直接更換為遠(yuǎn)期設(shè)備,此時(shí),分期方案的初投資和運(yùn)行能耗均小于傳統(tǒng)方案,分期方案的經(jīng)濟(jì)性更優(yōu)。若空調(diào)負(fù)荷高于近期負(fù)荷的年份短于等于15 a,則分期方案的近期設(shè)備在尚未到使用壽命就被更換,造成了初投資的浪費(fèi),此時(shí)則有必要對分期方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行分析。

經(jīng)濟(jì)性分析需要計(jì)算對比分期方案和傳統(tǒng)方案的總費(fèi)用?？傎M(fèi)用的計(jì)算方法應(yīng)為每年的設(shè)備折舊費(fèi)加上每年的運(yùn)行能耗費(fèi)用,計(jì)算公式如下:

(9)

式中C為分期方案全壽命周期的總費(fèi)用,元;n為臨界年份(空調(diào)負(fù)荷高于近期負(fù)荷的年份),a,則n-1為分期方案的近期設(shè)備使用年限;Csi為第i年的設(shè)備折舊費(fèi),元,為了簡化,考慮設(shè)備到達(dá)年限后直接拆除,沒有殘值,按照初投資除以設(shè)備使用年限計(jì)算;CEi為第i年的全年運(yùn)行能耗,kW·h,根據(jù)本文第4章計(jì)算,考慮設(shè)備能效的衰減,認(rèn)為設(shè)備投入運(yùn)行的第1年為高效,按照往后每年由于設(shè)備效率衰減導(dǎo)致的年運(yùn)行能耗上升為2%～5%,取3%估算;pE為當(dāng)?shù)仉妰r(jià),元/(kW·h),取0.57元/(kW·h)。

按照本文計(jì)算方法,計(jì)算不同臨界年份下,分期方案的全壽命周期總費(fèi)用,傳統(tǒng)方案采用相同的計(jì)算方法可以得到相同運(yùn)行年限下的總費(fèi)用,如圖6所示。該計(jì)算方法考慮了設(shè)備使用年限不同的因素,比過去相關(guān)研究僅考慮總初投資和運(yùn)行能耗費(fèi)用差異的分析方法更全面。

圖6 不同臨界年份下分期方案和傳統(tǒng)方案總費(fèi)用對比

圖7顯示了不同臨界年份下分期方案比傳統(tǒng)方案節(jié)約費(fèi)用的對比?？梢钥闯?當(dāng)臨界年份為第8年或更長時(shí),分期方案的經(jīng)濟(jì)性更優(yōu);當(dāng)臨界年份為第16年或更長時(shí),分期方案節(jié)約的費(fèi)用最高,分期方案的總費(fèi)用為417.9萬元(見圖6),傳統(tǒng)方案的總費(fèi)用為533.8萬元,分期方案比傳統(tǒng)方案節(jié)約了115.9萬元(21.7%)。

圖7 不同臨界年份下分期方案比傳統(tǒng)方案節(jié)約費(fèi)用的對比

上述計(jì)算選取的是夏熱冬暖地區(qū)的典型車站。在空調(diào)設(shè)備選型相同,即初投資相同的前提下,相比于國內(nèi)其他氣候區(qū),由于夏熱冬暖地區(qū)空調(diào)季最長,因此采用分期方案的節(jié)能率最高。即綜合來看,相比于國內(nèi)其他氣候區(qū),夏熱冬暖地區(qū)采用分期方案的經(jīng)濟(jì)性最優(yōu)。夏熱冬暖地區(qū)的典型地鐵車站,臨界年份為第8年或更長時(shí)才適合采用分期方案。對于國內(nèi)其他氣候區(qū),則需要臨界年份更長才適合采用分期方案。

6 結(jié)論

國內(nèi)地鐵車站空調(diào)系統(tǒng)普遍根據(jù)遠(yuǎn)期負(fù)荷設(shè)計(jì),導(dǎo)致近期時(shí)設(shè)備容量冗余、能耗偏高。因此,可采用近期、遠(yuǎn)期設(shè)備分期配置與實(shí)施的方案。而采用該方案時(shí)若地鐵開通后迅速到達(dá)遠(yuǎn)期,會造成近期設(shè)備的初投資浪費(fèi)。因此,有必要考慮空調(diào)負(fù)荷高于近期負(fù)荷的年份的影響,從全壽命周期的角度對分期方案的經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行定量分析。本文針對常規(guī)螺桿機(jī)組的空調(diào)方案,建模計(jì)算對比了分期方案和傳統(tǒng)方案全壽命周期的費(fèi)用,結(jié)論如下:

1) 近期時(shí),分期方案全年總能耗為31.8萬kW·h,比傳統(tǒng)方案減少了7.5萬kW·h,節(jié)能率達(dá)到19.1%,折合碳排放可減排CO260.2 t。

2) 分期方案與傳統(tǒng)方案相比,主要節(jié)能量由冷水機(jī)組、冷水泵/冷卻水泵、大系統(tǒng)風(fēng)機(jī)產(chǎn)生,且空調(diào)季節(jié)能率為20.4%,高于通風(fēng)季。

3) 分期方案的近期設(shè)備比傳統(tǒng)方案的遠(yuǎn)期設(shè)備節(jié)約初投資36.52萬元,主要由于近期設(shè)備容量選型較小。

4) 對于夏熱冬暖地區(qū)的地鐵標(biāo)準(zhǔn)車站,當(dāng)空調(diào)負(fù)荷高于近期負(fù)荷的年份為第8年或更長時(shí),分期方案的經(jīng)濟(jì)性更優(yōu);對于國內(nèi)其他氣候區(qū),則需要空調(diào)負(fù)荷高于近期負(fù)荷的年份更長,才適合采用分期方案。

綜上,本文考慮了空調(diào)負(fù)荷高于近期負(fù)荷的年份因素,將設(shè)備初投資按照實(shí)際使用時(shí)間折舊的方式考慮到總成本中,比過去相關(guān)研究僅考慮總初投資和運(yùn)行能耗費(fèi)用差異的分析方法更全面。研究結(jié)果可以為同類氣候區(qū)標(biāo)準(zhǔn)地鐵車站是否采用分期方案提供參考,國內(nèi)其他氣候區(qū)的地鐵車站也可以采用該計(jì)算方法來定量分析采用分期方案的經(jīng)濟(jì)性。