天津濱海某項目能源方案對比分析

江崇旭/鐵道第三勘察設計院集團有限公司

天津濱海某項目能源方案對比分析

江崇旭/鐵道第三勘察設計院集團有限公司

建筑節能已成為我國國民經濟發展中的一個重要方面，尤其是空調能耗支出達到建筑總運行費用支出的30％以上。本文在綜合考慮了各方案的可靠性、環保性、經濟性、適應性、節能性、示范性等方面的因素，對實際項目的幾種可行方案進行綜合比對分析，并利用權重賦值法對各方案進行綜合評分。結果表明集中地源熱泵系統在此項目中是十分適合的。研究方法及結論已經應用于該項目中，并對今后類似工程具有指導意義。

能源站；環保；多因素分析；權重賦值

1.引言

能源已經成為全球經濟與社會發展的基本動力。能源的大量消耗，不僅大大加快了傳統化石能源的耗竭速度，同時還排放出大量的SO2、CO2、NOx和煙塵，給生態環境造成極大破壞，導致地球變暖，自然災害頻繁，嚴重制約了全球經濟的發展。為了推動全社會節約能源，提高能源利用效率，保護和改善環境，促進經濟社會全面協調可持續發展，1997年我國頒布了《中華人民共和國節約能源法》，2005年頒布了《中華人民共和國可再生能源法》。建筑節能已成為我國國民經濟發展中的一個重要方面，已有資料表明，空調能耗支出達到建筑總運行費用支出的30％以上[1]，因此對空調系統能源方案進行對比分析、優化選擇意義重大。本文在綜合考慮了各方案的可靠性、環保性、經濟性、適應性、節能性、示范性等方面的因素，對s實際項目的幾種可行方案進行綜合比對分析，并利用權重賦值法對各方案進行綜合評分。

2.基礎數據

本文進行綜合比對分析所采用的基礎數據如下：室外設計參數[2]：夏季空調室外計算干球溫度：33.4℃；夏季空調室外計算濕球溫度：26.9℃；夏季空調日平均溫度：29.2℃；冬季空調室外計算溫度：-11℃；冬季通風室外計算溫度：-4℃；夏季平均室外風速：2.6m/s；冬季平均室外風速：3.1m/s。室內設計參數：冬季：展廳及辦公區域：t=20℃，ψ≮30％；車間：t≮10℃。夏季：展廳及辦公區域：t=25℃，ψ=40-60％。經計算空調冷負荷為29304kW。綜合考慮到車間空間較高，冷風滲透及冷風侵入耗熱量較高及車間內設計采暖溫度不必過高（采用10℃），空調熱負荷為18755kW。因此，設計中以夏季制冷放熱為準即可滿足要求。

3.方案綜合對比分析

3.1 初選方案

經過前期的論證分析，共得出六種可行的初選方案，記為方案1～方案6：分散機房+市政熱網、分散機房+地源熱泵、一個制冷站+市政熱網、一個制冷站+地源熱泵、兩個制冷站+市政熱網、兩個制冷站+地源熱泵。根據空調負荷計算結果，并綜合考慮建筑的同時使用系數及制冷站長距離輸配冷水過程中產生的管道溫升（對于一個制冷站管道溫升取0.3℃，對于兩個制冷站管道溫升取0.24℃），計算出各方案制冷集中數量如下：在方案1、方案2中選取198Ton螺桿機組60臺；在方案3、方案4中選取10kVA，1800Ton離心式制冷機組5臺；方案5、方案6選取10kVA，1800Ton離心式制冷機組9臺。

3.2 技術比較

分散機房能源系統建在用戶附近，大大減少水路管網壓力損耗及管網溫升，其運行靈活性高并可以參與電網調峰，保護電網安全運行，同時此技術相對簡單但非常成熟，系統可靠性高風險小。但是采用分散機房的用戶機房配置必須按照最大冷負荷再加上一定系數來配置，配電也增大很多，分散機房的占地遠遠超過集中機房，減少了很多可銷售面積。集中制冷站占地面積小，充分利用了多用戶的同時使用系數，總裝機容量小，運行費用低于分散機房，制冷設備設在制冷機房內，便于維修。但是其輸配能耗高，系統運行的靈活性不如分散機房。市政熱網技術相對簡單但非常成熟，系統可靠性高風險小，但城市熱網有季節性，不能實現過渡季供熱；熱網一次側能源利用率相對較低。地源熱泵系統低碳節能環保，制冷時cop高技術較成熟；供熱采用地源熱泵方案后，不用再引入外網供熱，可節省配套費用，地源熱泵機組工況穩定，機組運行可靠，維護費用底，使用壽命長；運行時噪音低，又不排放廢氣和廢棄物，對空氣不造成熱污染，能有效的控制軍團菌的滋生，保障了人們的身心健康；同時整體美觀、可節省占地面積，改善建筑物的外部形象。

3.3 節能環保性比較

能源站的節能環保性主要體現在不同制冷供熱形式產生的能源消耗和污染物排放量，現對各方案進行一次能源消耗與碳排放計算。計算涉及的基礎數據[3]：供熱/供冷用電標準煤耗量——0.22/0.34(kg/kW?h電)，城市供熱標準煤耗量——0.0986（kg/kWh熱），CO2排放量：1kg標準煤——2.62kg。

表1 不同制冷與供熱形式單位冷、熱量的能源消耗和排放

根據表1數據可以計算空調冷、熱源方案的一次能源消耗與碳排放，結果見表2。

表2 每年一次能源消耗與碳排放

3.4 項目適應性分析

定義冷、熱源方案項目適應性指，①能否滿足占地面積小并減少空調設施外露裝置；②能否體現“節能、減排、低碳”的政府要求，利用可再生能源并最大限度減少因空調設施運行產生的排放特別是現場排放。

采用分散機房方案時，機房總占地面積為1800㎡；采用一個制冷站方案時，機房占地面積為459㎡；采用兩個制冷站方案時，機房總占地面積為688㎡。采用地源熱泵方案時，可以節省土地資源，產生附加經濟效益，并改善了建筑物的外部形象。地埋管占用的地表回填后仍可作其它用地，美觀性較好；采用接市政熱網方案時，設置較多的冷卻塔，冷卻塔體積龐大，外形不美觀，工作時產生煙霧，嚴重影響了建筑的美觀性。

3.5 經濟性分析比較

項目空調冷、熱源方案經濟分析數據主要包括：

初投資：能源增容費用，制冷站主機初投資，站房其他附屬設備及管道初投資，設備配電設施費等。

運行費用：電費，運行管理費等。

表3 冷、熱源方案經濟分析基礎數據表

3.5.1 初投資計算。

表4 初投資比較數據表（單位：萬元）

3.5.2 年運行費用計算。

年運行耗電費用計算公式如下：

式中F——年運行耗電費用，萬元/年；M——系統負荷率；Pi——第i種設備裝機功率，kW；Di——第i種設備年運行天數，天；Hi——第i種設備每天運行時間，取10h；Oi——電費，取1元/kwh。

表5 各方案年運行費用數據比較表（單位：萬元）

3.5.3年經營成本估算:

表6 冷、熱源方案經濟分析結果數據比較表（單位：萬元）

3.6 評價方法

本文將包括經濟性、占地面積因素、景觀適應性與節能減排要求在內的，對最終方案的合理性與優化有影響的諸多因素歸納為五項：可靠性、經濟性、節能與低碳、項目適應性、先進性與示范性。并根據各分項因素的重要性賦予相應的權重值，總分為100。

表7 初選方案多因素評價結果

4.結語

在綜合考慮了各方案的可靠性、環保性、經濟性、適應性、節能性、示范性等方面的因素，對實際項目的幾種可行方案進行綜合比對分析，并利用權重賦值法對各方案進行綜合評分。結果表明此項目集中制冷站聯合地源熱泵能源站系統最為適用。相對于結論本文的研究方法更為重要，所采用的多因素權重賦值方法科學合理，值得今后相似工程的借鑒。

[1]GB50019-2003．采暖通風與空氣調節設計規范[S].

[2]Chen,T.Y.,J.BurnettandC.K.Chau.“Analysisofem bodiedenergyuseintheresidentialbuildingofHongKong,”Energy2001;26:323-340.

[3]王灃浩，王東洋，羅昔聯.既有建筑圍護結構能耗模擬及節能分析[J].建筑科學,2007,23(2):22～26.

江崇旭（1987.11），男，助理工程師，2013年畢業于天津大學，供熱供燃氣通風及空調工程專業工學碩士。