對某辦公大樓供冷熱方案的分析

(北京燃?xì)饽茉窗l(fā)展有限公司，北京 100101)

0 引 言

在供能項(xiàng)目的建設(shè)過程中，供能方案選取的合適與否不僅關(guān)系到項(xiàng)目運(yùn)行后末端用戶的用能安全、可靠和舒適，同時(shí)也關(guān)系到投資方的運(yùn)營成本、投資匯報(bào)以及節(jié)能減排等方面的要求，所以供暖方案的研究對于供能項(xiàng)目建設(shè)尤為重要。影響供能方案的因素很多，包括末端建筑面積、建筑業(yè)態(tài)、占地面積、業(yè)主要求、當(dāng)?shù)氐恼攮h(huán)境等，所以在供能方案的研究過程中，需要綜合考慮各方面的因素，力爭從容量上，供能形式配比上、經(jīng)濟(jì)性上達(dá)到最優(yōu)。

一般辦公大樓都有冷熱負(fù)荷需求，而且采用的供能系統(tǒng)也較多，有采用“常規(guī)電制冷機(jī)+燃?xì)忮仩t”形式的、有采用“內(nèi)燃機(jī)三聯(lián)供+電制冷機(jī)+燃?xì)忮仩t”形式的、有采用“直燃機(jī)”形式的，并根據(jù)末端規(guī)模，配以一定容量的調(diào)峰設(shè)備。這幾種供能形式各有利弊，需要根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況具體分析。

文中從負(fù)荷分析、設(shè)備選型、方案對比等方面對某辦公大樓供冷熱方案進(jìn)行了詳細(xì)分析。

1 項(xiàng)目背景

辦公大樓位于市區(qū)，總建筑面積為62 175.34 m2，地上面積40 876 m2，其中商業(yè)面積25 566.7 m2，辦公面積15 309.3 m2。由于項(xiàng)目周邊沒有合適的供冷、熱源，所以辦公大樓建設(shè)方?jīng)Q定委托專業(yè)能源服務(wù)公司在辦公樓地下二層建設(shè)能源站以解決投運(yùn)后的負(fù)荷需求。

2 負(fù)荷分析

在方案設(shè)計(jì)中，首先需要對用戶端建筑的負(fù)荷進(jìn)行分析，因?yàn)樨?fù)荷大小和需求特點(diǎn)直接決定供能裝機(jī)的容量和配置模式。末端建筑的負(fù)荷需求主要包括冷、熱、電、熱水、蒸汽等，辦公大樓的負(fù)荷需求相對簡單，只需要夏季制冷負(fù)荷、冬季采暖負(fù)荷。由于建筑物冷、熱負(fù)荷的變化規(guī)律受諸多因素的影響，因此項(xiàng)目在負(fù)荷分析的過程中綜合考慮了負(fù)荷隨室外溫度、建筑功能及使用者作息時(shí)間變化等各種因素的影響。

由于項(xiàng)目地處河北省南部，冬夏分明。根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)，冬季采暖期為11月15日～次年3月15日，共120天，考慮到辦公和商業(yè)，晚上采用保溫供暖即可，每天正常供暖時(shí)間為7∶00～22∶00。夏季制冷期為5月15日～9月15日，共120天，考慮到辦公和商業(yè)，晚上不供冷，每天正常供冷時(shí)間為7∶00～22∶00。

通過表2-1統(tǒng)計(jì)計(jì)算得出夏季設(shè)計(jì)冷負(fù)荷為3373 kW、冬季設(shè)計(jì)熱負(fù)荷為2 555 kW，過渡季不需要供能。制冷供回水溫度采用7/14 ℃； 采暖供回水溫度∶60/50 ℃；冷卻水供回水溫度∶32/37 ℃。

表1建筑功能及負(fù)荷估算表

3 設(shè)備選型

設(shè)備選型需要結(jié)合項(xiàng)目負(fù)荷特點(diǎn)進(jìn)行具體分析。辦公大樓電負(fù)荷采用市政電網(wǎng)供電，所以不再配內(nèi)燃機(jī)等發(fā)電設(shè)備；并且沒有蒸汽負(fù)荷，所以不再配蒸汽鍋爐以及蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。結(jié)合本項(xiàng)目負(fù)荷特點(diǎn)，可以采用 “常規(guī)電制冷機(jī)+常規(guī)燃?xì)鉄崴仩t”或者直燃機(jī)兩種方式供能，現(xiàn)就這兩張方式進(jìn)行對比分析[1]。

(1)直燃機(jī)供能方案特點(diǎn)：

①制冷、采暖供應(yīng)兼用，一機(jī)多功能。

②選用先進(jìn)的燃燒設(shè)備，燃燒效率高，燃燒完全，污染物排放量相對較小，可以滿足30 mg/m3的排放指標(biāo)。

③對城市能源季節(jié)性的平衡起到一定的積極作用，調(diào)整燃?xì)夥骞蓉?fù)荷。

④直燃機(jī)集成度高，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，機(jī)房占用面積小，安裝無特殊要求，使用操作方便。

(2)電制冷+鍋爐供能方案特點(diǎn)：

①供冷供熱系統(tǒng)各自獨(dú)立，采用常規(guī)供能技術(shù)，較成熟。

②夏季制冷采用電能，未充分利用燃?xì)赓Y源，加劇天然氣冬夏季用量峰谷差。

③單體設(shè)備體積小，吊裝運(yùn)輸方便。

④所需機(jī)房面積相對較大，同時(shí)需要增加配電容量。

由于“常規(guī)電制冷機(jī)+燃?xì)忮仩t”供能方式占地面積較大，而且冷熱系統(tǒng)一般單獨(dú)建設(shè)，泵和補(bǔ)水系統(tǒng)的數(shù)量都比較多，而采用直燃機(jī)供能方式可以實(shí)現(xiàn)同一種設(shè)備既滿足供暖需求又可以滿足制冷需求，而且冷溫水泵共用，節(jié)省了占地，也降低了投資。綜上所述，結(jié)合項(xiàng)目實(shí)際情況，不適合建設(shè)“電制冷+燃?xì)忮仩t”常規(guī)供能方案，本工程推薦采用直燃機(jī)供能方案。

主機(jī)選擇2臺BZ150型直燃機(jī)，雖然調(diào)節(jié)靈活，單臺機(jī)組可以長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，但系統(tǒng)占地大，且造價(jià)高。選擇1臺BZ300型直燃機(jī)，機(jī)組臺數(shù)少、占地少，造價(jià)低，而且直燃機(jī)技術(shù)已經(jīng)成熟，故障率非常低，國內(nèi)有多個(gè)類似成功案例，所以本工程考慮采用1臺BZ300型直燃機(jī)。

圖1 直燃機(jī)系統(tǒng)流程

4 運(yùn)行方式

在制冷工況下，輸入熱能，使發(fā)生器的溴化鋰溶液至140 ℃產(chǎn)生水蒸汽，水蒸汽被冷卻水冷凝成水，冷凝水進(jìn)入蒸發(fā)器這個(gè)高真空環(huán)境，驟然蒸發(fā)，降溫至5 ℃，噴灑到銅管上，使銅管內(nèi)14 ℃的空調(diào)水降溫至7 ℃，向中央空調(diào)用戶提供冷凍水。冷凝水吸收了空調(diào)熱量變?yōu)樗羝粊碜园l(fā)生器的濃溶液吸收，并將熱量傳遞給冷卻水，釋放到大氣中，變稀的溶液被泵到發(fā)生器，再次被加熱，再次產(chǎn)生水蒸汽，如此循環(huán)不已。

在制熱工況下，輸入熱能，加熱溴化鋰溶液，產(chǎn)生水蒸汽將制熱銅管內(nèi)的水加熱，凝結(jié)水流回溶液中再次被加熱，如此循環(huán)不已，保證制熱工況下的熱水需求。

通過設(shè)備自帶切換閥完成夏季制冷和冬季供熱的切換。

5 方案運(yùn)行指標(biāo)

在氣源、水源、電源等外部條件具備而且能正常運(yùn)行的情況下，通過計(jì)算得出本項(xiàng)目年供冷量為1.26×104GJ，年供熱水量為0.68×104GJ；天然氣年耗量為51.38×104Nm3(按燃?xì)鉄嶂?5 169 kJ/Nm3計(jì)),年耗水量為1.26×104t,年耗電量為33.46×104kWh。參照分產(chǎn)系統(tǒng)，可以初步計(jì)算出本能源站年節(jié)約一次能源折合標(biāo)煤約266 t，一次能源節(jié)能率約29.9%；本能源站CO2年減排量約544 t，減排率約34.96%[2]。

結(jié)合設(shè)計(jì)方案和投資范圍，項(xiàng)目工程靜態(tài)總投資為583.9萬元，投資全部自籌。在售冷價(jià)格46.6元/m2,售熱價(jià)格30元/ m2，天然氣價(jià)格為2.9元/Nm3,自來水價(jià)格為5.81元/t，電價(jià)為0.678元/kWh的情況下，對其經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行測算和評價(jià)，得出稅后項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為9.64%，稅后項(xiàng)目投資回收期為9.43年，所以本工程在財(cái)務(wù)上是可行的[3]。將建設(shè)投資、達(dá)產(chǎn)率、供能面積、供熱價(jià)格及供冷價(jià)格作為不確定性因數(shù)進(jìn)行敏感性分析，得到敏感性由強(qiáng)到弱的順序依次為供冷價(jià)格變化、達(dá)產(chǎn)率變化、供熱價(jià)格變化、建設(shè)投資變化，因此增強(qiáng)本項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的有效途徑為：爭取較高的售冷和熱價(jià)格來保證收益；后期施工過程中嚴(yán)格控制成本費(fèi)用，降低洽商數(shù)量。

6 結(jié)束語

(1)結(jié)合系統(tǒng)的用能規(guī)模和特點(diǎn)，項(xiàng)目具有相對穩(wěn)定的冷、熱負(fù)荷需求，有利于系統(tǒng)長時(shí)間穩(wěn)定運(yùn)行，非常適合采用直燃機(jī)供能系統(tǒng)，不僅節(jié)約了投資，而且經(jīng)濟(jì)效益明顯，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

(2)項(xiàng)目年供冷量約為1.05萬GJ；年供熱量0.76萬GJ；項(xiàng)目年耗電量33.46萬kWh，年耗水量1.26萬t；年耗氣量51.38萬m3，供能和能耗水平處于一個(gè)比較合理的水平。

(3)本項(xiàng)目靜態(tài)投資為563.9萬元。在供冷價(jià)格為46.6元/m2，供熱價(jià)格為30元/m2的情況下，反算稅后項(xiàng)目投資財(cái)務(wù)內(nèi)部收益率為9.64%，有著較好的經(jīng)濟(jì)效益。

(4)影響項(xiàng)目經(jīng)濟(jì)性的因素主要是能源銷售價(jià)格，所以盡可能的爭取較高的能源銷售價(jià)格來保證收益。