應(yīng)用水庫(kù)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(guó)電建集團(tuán)華東勘測(cè)設(shè)計(jì)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(duì)能源與環(huán)境問(wèn)題，許多國(guó)家實(shí)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(guò)渡[1]。我國(guó)是世界上水能資源最豐富的國(guó)家，具有水能開(kāi)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(chǔ)存技術(shù)[4]，水力發(fā)電和抽水蓄能在我國(guó)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?jī)?nèi)散熱量較大，設(shè)備對(duì)工作環(huán)境有一定的要求，需采用通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)來(lái)保證廠房?jī)?nèi)各區(qū)域的環(huán)境參數(shù)滿足標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定[5]。基于水電工程的特殊性，利用水庫(kù)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(kù)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(jí)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(jì)[G]∥全國(guó)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(kù)水的應(yīng)用形式也有多種選擇，如何根據(jù)水電站的實(shí)際條件選擇適宜的應(yīng)用形式，是亟待解決的問(wèn)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(píng)價(jià)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(píng)價(jià)不同水溫條件下水庫(kù)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(xiàng)目全壽命周期分為方案策劃、建設(shè)施工、運(yùn)營(yíng)維護(hù)3個(gè)階段，各個(gè)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(huì)成本、環(huán)境成本，本文主要對(duì)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(bào)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(huì)折現(xiàn)率的影響。在進(jìn)行項(xiàng)目的經(jīng)濟(jì)性評(píng)價(jià)時(shí)，若通貨膨脹率大于4%，則其對(duì)于LCC分析的影響就不能忽略[13]。社會(huì)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(jì)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(lái)產(chǎn)生的費(fèi)用，需考慮資金的時(shí)間價(jià)值[16]，常用方法為現(xiàn)值計(jì)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(huì)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(jì)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(chǎng)上的生產(chǎn)廠家較多，價(jià)格也存在差異，在方案初期時(shí)可以采用平均價(jià)格。筆者對(duì)市場(chǎng)上與水庫(kù)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(jià)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(jià)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(jì)算[12]。空調(diào)系統(tǒng)在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，運(yùn)行狀態(tài)會(huì)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(jì)算時(shí)需要考慮設(shè)備的運(yùn)行時(shí)間、電價(jià)、運(yùn)行工況對(duì)耗功率的影響，用式(3)進(jìn)行計(jì)算。

(3)

式中p為電價(jià)，元/(kW·h)；s為設(shè)備數(shù)量；a、b分別為空調(diào)系統(tǒng)開(kāi)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(shí)際耗功率，kW；Tj為j月的運(yùn)行時(shí)間，h。

2.3 報(bào)廢費(fèi)用

報(bào)廢費(fèi)用是指當(dāng)產(chǎn)品的全壽命周期結(jié)束時(shí)，對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行清理、銷毀所需的費(fèi)用。對(duì)于空調(diào)設(shè)備而言，在全壽命周期結(jié)束時(shí)會(huì)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(lái)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(gè)階段，并以其為依據(jù)確定預(yù)計(jì)凈殘值率。預(yù)計(jì)凈殘值率一經(jīng)確定，不得變更，因此，大部分會(huì)計(jì)從業(yè)人員仍沿用5%的固定資產(chǎn)殘值來(lái)確定預(yù)計(jì)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(jì)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(duì)應(yīng)用水庫(kù)水的空調(diào)方案進(jìn)行分析，應(yīng)用水庫(kù)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?jī)?nèi)熱濕負(fù)荷、水庫(kù)水溫等的影響。

3.1 空調(diào)設(shè)備

與水庫(kù)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(shí)，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(chǎng)上許多廠家的設(shè)備樣本都會(huì)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(lái)自于廠家對(duì)設(shè)備的測(cè)試。本文對(duì)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(duì)于冷水機(jī)組，通常是修正COP，如式(4)所示，而對(duì)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(jì)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(shí)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(shí)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(kù)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(huì)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(huì)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(jì)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(jì)算量大，過(guò)于復(fù)雜；神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型為純經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停枰嫶蟮膶?shí)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)為支撐，否則會(huì)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(shí)應(yīng)用較少；換熱效率模型由于其計(jì)算的準(zhǔn)確性和簡(jiǎn)便性，應(yīng)用較為廣泛。本文采用換熱效率模型進(jìn)行計(jì)算。

基于換熱效率模型的表冷器計(jì)算分為設(shè)計(jì)計(jì)算和校核計(jì)算。本文采用校核計(jì)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(jì)算流程如圖1所示。

圖1 表冷器校核計(jì)算流程

3) 水泵。

在實(shí)際運(yùn)行時(shí)，水泵的能耗受工作流量、揚(yáng)程、效率的影響，根據(jù)目前對(duì)于水泵的研究結(jié)果[23]及對(duì)市場(chǎng)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(shí)際工程中，很難按照室外實(shí)時(shí)氣象參數(shù)進(jìn)行工況轉(zhuǎn)換，通常做法是選擇某一時(shí)間步長(zhǎng)來(lái)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(guò)較長(zhǎng)的進(jìn)風(fēng)洞后參數(shù)較為穩(wěn)定[24]，因此可以以1個(gè)月為時(shí)間步長(zhǎng)，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(huì)使空調(diào)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)過(guò)于頻繁[17]。

2) 水庫(kù)水溫。

水庫(kù)水溫主要有3種類型：分層型、過(guò)渡型、混合型。其中，分層型水庫(kù)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(duì)多個(gè)分層型水庫(kù)水溫的觀測(cè)結(jié)果來(lái)看，在水深達(dá)到一定程度時(shí)，水溫在一個(gè)月內(nèi)甚至整個(gè)空調(diào)季內(nèi)基本不會(huì)發(fā)生變化[26]，且水溫小幅變化對(duì)相應(yīng)空調(diào)設(shè)備的影響也較小，因此本文分析時(shí)忽略水庫(kù)水溫在空調(diào)季的變化，取平均值進(jìn)行計(jì)算。

3) 廠房?jī)?nèi)熱濕負(fù)荷。

水電站地下廠房?jī)?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(lái)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(duì)于短期調(diào)節(jié)的水電站，可以根據(jù)徑流預(yù)報(bào)資料制定短期運(yùn)行計(jì)劃；對(duì)于長(zhǎng)期調(diào)節(jié)水庫(kù)，通常采用時(shí)歷法、統(tǒng)計(jì)法、概率分析法、統(tǒng)計(jì)模擬法等數(shù)學(xué)描述方法來(lái)預(yù)測(cè)徑流未來(lái)的變化規(guī)律，這些方法均以過(guò)去的觀測(cè)數(shù)據(jù)為依據(jù)，另外，對(duì)于長(zhǎng)期調(diào)節(jié)的水電站，通常都要求編制年運(yùn)行調(diào)度計(jì)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(jì)劃，采用等效開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)進(jìn)行控制。

4 空氣處理過(guò)程與空調(diào)系統(tǒng)LCC的計(jì)算流程

水電站通風(fēng)空調(diào)系統(tǒng)大多采用集中式，有時(shí)會(huì)在局部區(qū)域設(shè)置空調(diào)機(jī)組保證溫度場(chǎng)的均勻性。從目前水電站空調(diào)系統(tǒng)的情況來(lái)看，應(yīng)用水庫(kù)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(kù)水的空調(diào)系統(tǒng)集中處理形式

空調(diào)系統(tǒng)的LCC計(jì)算流程如圖2所示。

圖2 空調(diào)系統(tǒng)LCC計(jì)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(gè)地下廠房布置，每個(gè)廠房裝機(jī)容量為8 000 MW。電站的開(kāi)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(chǎng)、機(jī)組段、安裝場(chǎng)。副廠房長(zhǎng)32 m，左岸輔助安裝場(chǎng)長(zhǎng)22.5 m，機(jī)組段長(zhǎng)304 m，安裝場(chǎng)長(zhǎng)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(zhǎng)368 m，布置于主副廠房洞下游；兩者通過(guò)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(duì)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(duì)空調(diào)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、運(yùn)行都有重要影響。通常情況下，進(jìn)風(fēng)道巖體會(huì)對(duì)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(dòng)態(tài)參數(shù)計(jì)算軟件計(jì)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?jī)?nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)

水電站內(nèi)各場(chǎng)所的設(shè)計(jì)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(jì)規(guī)范》[5]的要求，并參照附近大型地下廠房設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)和已建地下廠房的實(shí)際運(yùn)行情況確定，如表5所示。

表5 廠房?jī)?nèi)主要空調(diào)區(qū)域設(shè)計(jì)參數(shù)

5.4 廠房?jī)?nèi)熱濕負(fù)荷

以左岸廠房為例，廠房?jī)?nèi)裝設(shè)8臺(tái)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(lái)自于機(jī)電設(shè)備，設(shè)備滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)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(shí)會(huì)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(duì)廠內(nèi)散濕量影響較大，廠房?jī)?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(guò)渡季通風(fēng)、夏季與部分過(guò)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(jì)規(guī)范》[5]對(duì)水電站地下廠房?jī)?nèi)各區(qū)域環(huán)境參數(shù)的規(guī)定進(jìn)行設(shè)計(jì)。電站的運(yùn)行情況由電網(wǎng)調(diào)度決定，但需要考慮來(lái)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(kāi)機(jī)臺(tái)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(shí)間也等效為全天24 h。各月等效開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù)如表8所示。由于空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行時(shí)間主要為6—9月，因此本文主要針對(duì)該時(shí)段空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行狀況進(jìn)行分析。

表6 地下廠房?jī)?nèi)主要空調(diào)區(qū)散熱量 kW

表7 地下廠房?jī)?nèi)散濕量 kg/h

表8 各月等效開(kāi)機(jī)臺(tái)數(shù) 臺(tái)

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(lái)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(duì)濕度為95%。空調(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(kù)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(kù)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(shí)，可以按照壽命周期最短者進(jìn)行計(jì)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(jì)算。各方案LCC的計(jì)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(jì)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(gè)構(gòu)成要素所占的比例來(lái)看，殘值的占比小于1%，對(duì)總費(fèi)用的影響幾乎可以忽略不計(jì)，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(kù)水對(duì)空氣的處理能力有限，采用水庫(kù)水對(duì)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(jì)、施工等難度會(huì)增加，可能帶來(lái)其他的不利影響，是否采用此方案需根據(jù)實(shí)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(wú)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(shí)無(wú)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(huì)升高，見(jiàn)方案3、6、9的對(duì)比。

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

水溫變化時(shí)，水庫(kù)水對(duì)空氣的預(yù)處理能力會(huì)發(fā)生變化，作為冷水機(jī)組的冷卻水時(shí)對(duì)機(jī)組能效的影響也會(huì)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(duì)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(jì)算，各方案編號(hào)同表5。由于殘值對(duì)總費(fèi)用的影響小，本節(jié)主要對(duì)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(duì)比。可以看出，方案1的LCC最為穩(wěn)定，是因?yàn)樗畮?kù)水僅作為冷水機(jī)組的冷卻水，水溫的變化對(duì)冷水機(jī)組能效的影響有限。采用水庫(kù)水作為一級(jí)表冷器的冷源時(shí)，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(huì)使水庫(kù)水對(duì)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(shí)其增幅甚至大于不采用水庫(kù)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(kù)水作為一級(jí)表冷器的冷源、機(jī)械制冷采用冷水機(jī)組時(shí)，空調(diào)系統(tǒng)的LCC最低。

圖5 方案1、2、3的LCC對(duì)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(duì)比。可以看出，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(shuō)明將水庫(kù)水用于冷水機(jī)組或局部空調(diào)設(shè)備的冷卻水時(shí)對(duì)水溫變化的適應(yīng)性較好，LCC不會(huì)隨水溫發(fā)生劇烈的波動(dòng)。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(huì)增加空調(diào)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，綜合來(lái)看會(huì)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?jī)?nèi)的溫度場(chǎng)分布更加均勻，避免出現(xiàn)局部過(guò)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(duì)比

圖7、8分別為采用集中制冷形式2、3的各方案LCC對(duì)比，2種形式均采用水庫(kù)水進(jìn)行預(yù)處理，有類似的變化規(guī)律，LCC都會(huì)隨水溫升高顯著升高，但不設(shè)置局部空調(diào)時(shí)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(duì)比

圖8 采用集中制冷形式3的不同方案LCC對(duì)比

圖9顯示了所有方案的LCC隨水溫變化的趨勢(shì)。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(shì)，但僅采用水庫(kù)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(kù)水進(jìn)行預(yù)處理時(shí)，方案的LCC受水溫的影響大。采用相同的集中制冷形式時(shí)，設(shè)置局部空調(diào)設(shè)備會(huì)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(shí)，LCC會(huì)有不同的變化趨勢(shì)，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(píng)價(jià)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(duì)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(duì)于應(yīng)用水庫(kù)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(kù)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(duì)LCC的影響不盡相同。從本文的實(shí)例中可以看出，在17.5 ℃時(shí)，將水庫(kù)水作為一級(jí)冷源的方案LCC比僅將水庫(kù)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(kù)水適宜的應(yīng)用形式不同，在17.5 ℃時(shí)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(duì)水庫(kù)水溫進(jìn)行分析，采用合理的應(yīng)用方式是降低水庫(kù)水電站空調(diào)系統(tǒng)全壽命周期費(fèi)用的重要手段。