廣州某地下商業人防工程平時冷源方案比選

謝藝強 劉承東 羅文海

廣州市市政工程設計研究總院

1 工程概況

本項目位于廣東省廣州市，該項目地面為公園，地下為人防工程， 地下空間平時功能為地下商業街和車庫， 共計兩層， 其中地下一層為商業， 地下商業包括有商鋪、 超市和餐飲， 負二層為地下車庫， 負一層和負二層均設防。地下商業夏季供冷，其負荷估算如表 1所示， 需供冷建筑面積為15484m2， 夏季最大冷負荷約3954 kW。

表1 冷負荷估算指標及總負荷表

2 冷源方案技術比選

結合本項目的功能要求， 空調冷源主要考慮以下幾方面因素：

1） 本項目地面為公園， 選用設備以不影響公園環境為宜， 包括對公園景觀和噪聲控制的影響。

2） 本項目為地下商業， 其與地鐵車站接駁， 人流量大， 且設有餐飲， 空調耗能較大， 采用較高節能水平的設備及系統， 降低運營成本。

3） 運行遠期人流更多， 本項目設計在滿足近期和中期的負荷要求的基礎上， 系統考慮遠期負荷增大情況下系統改造擴建的方便性。

4） 本項目為人防工程， 應避免管線穿越人防的結構墻。

綜述， 該項目擬采用蒸發冷卻式冷水機組作為冷源。蒸發冷卻式冷水機組利用蒸發式冷凝技術， 結構上將冷凝器和冷卻塔合二為一， 不需要冷卻塔和冷卻水泵， 結合本項目特點， 相對傳統的冷源系統 （式冷水機組， 冷卻水泵， 冷卻塔） 具有以下幾方面的優勢 [1-2] ：

1） 不需要冷卻塔， 避免采用傳統水冷式冷水機組系統中冷卻水塔 “飛水” 、 “白霧”[3]等缺點對公園景觀影響。 本工程覆土有3m， 蒸發冷卻式冷水機組半埋地下安裝， 其機組高度相對冷卻塔低 1m， 對地面景觀影響相對較小， 使得周圍景觀美好舒適。

2） 蒸發冷卻式冷水機組相當于把冷水機組,冷卻水泵和冷卻塔三種設備一體化， 不需要對冷卻水泵和冷卻塔的系統控制， 系統的控制更便捷， 可更好預測和補償空調負荷的變化， 調節更快更穩定。系統更簡潔， 能效更高， 能到達國家一級能效標準。

3） 蒸發冷卻式冷水機組可安裝于室外， 地下不需要冷水機房， 節省土建投資以及相應的冷水機房的通風設備投資和運行費。遠期冷源設備的擴建只需于地面完成， 不僅便于擴建， 且地下空間的利用率更高。同時避免冷卻水管由地面穿越負一層人防板到負二層，冷凍水管由負二層穿越人防板至負一層， 提高了人防工程的可靠性。

然而， 蒸發冷卻式冷水機組也存在缺陷：

1） 蒸發冷卻式冷水機組由于是冷水機組、 冷卻水泵和冷卻塔三種設備一體化， 導致了其單臺機組的制冷量不能太大。對于特大工程冷負荷較大， 需要設備臺數較多。

2） 蒸發冷卻式冷水機組， 相對傳統的冷源系統的冷卻塔， 存在壓縮機噪聲， 雖然少了冷卻塔大功率風機和冷卻水滴落聲音， 但兩者的噪聲相差不大。冷凍水泵安裝地面， 整體而言， 噪聲比單獨的設置冷卻塔噪聲大。根據到廠家考察， 在沒有消聲處理措施情況，其噪聲達到83dB(A)。 根據項目功能的要求， 對機組壓縮機和整體設備進行消聲處理， 可使機組的噪聲達到76 dB(A)左右。

針對上述噪聲較大缺陷， 本工程處理如下： 冷水機組下沉安裝，下沉四周種植高度不小于 1m 的綠籬， 同時蒸發冷卻式冷水機組的壓縮機要求設置密閉消聲箱體降低噪聲。除保證冷水機組蒸發降溫需要的空間外， 其他冷凍水泵安裝空間加蓋， 減少噪聲影響。

3 冷源方案經濟比選

雖然蒸發冷卻式冷水機組有很多的優勢， 但不能回避的是造價問題， 其造價相對較高。因此， 不可僅從技術方面下結論， 需進行經濟性比較。

3.1 方案選擇

方案一：采用傳統水冷式冷水機組+冷卻水泵+冷卻塔。選用3臺相同冷量的水冷式冷水機組（以下簡稱冷水機組）， 每臺機組的冷量為 1318 kW。機組性能 （COP） 為 5.6， 達到國家二級能耗標準。系統運行時根據負荷需求確定冷水機組運行臺數。

方案二： 采用蒸發冷卻式冷水機組。 選用3臺相同冷量的蒸發冷卻式冷水機組， 每臺機組的冷量為1317 kW， 機組性能 （COP） 為4.88。

兩個方案詳細設備組成和參數如表2所示。

表2 方案詳表

3.2 邊界條件

地下商業從早上8:00運行，晚 上22:00關門，每 天運行時間為14 h，根 據文獻[1]并考慮到廣州地區的實際情況，空 調運行時間按8個月計，即Tp為3360 h。

根據文獻[4]，當 量滿負荷運行時間商業τE1=800 h，飲 食店τE2= 1000 h，以 上數據為日本數據。考慮到氣候的差異，日 本的天氣相當于我國的寒冷地區，我國寒冷地區冷機的運行時間為1337 h。廣州的當量滿負荷運行時間以日本的當量滿負荷乘以3360/1337=2.51。分別算得廣州地區的當量滿負荷運行時間，其 中商鋪τE1= 2008h，飲 食τE2= 2510 h。建筑的綜合當量滿負荷運行時間τE= (2008×2765+2510×1189)÷3954=2159 h。空調的年冷負荷Qa=2159×3954=8.54×106 kW· h/a，負 荷率ξR=2159÷3360=0.643。

普通式冷水機組造價2000元 /RT，蒸 發冷卻式冷水機組造價2800元/RT，冷 卻塔350元/噸。電 費1.02元/kWh，水 費3.46元/噸。

假定末端設備及其管道系統形式一致，故 經濟比較不考慮此部分系統。

3.3 初投資對比

初投資主要包括土建投資和設備投資， 設備投資對比如表3所示， 方案二的設備投資比方案一多51萬元， 高出 28%。

表3 設備投資對比

地下土建規模一樣， 節省面積則作為車庫折算成收入。

1） 地下土建規模兩個方案對比

方案一： 需要布置專門的制冷機房， 大概的布局如圖1， 占地面積為212m2。 按每個車位需要的空間為35m2/輛計算， 在規模不變的情況下， 少 6個車位。

圖1 方案一制冷機房布置示意圖

方案二： 不需要布置專用的制冷機房。

2） 地面占地對比見圖2， 方案一占地面積201m2，方案二232m2， 地面占地面積接近。

圖2 地面占地對比

3.4 運行費用對比

運行費用主要包括設備運行電費和耗水費用。設備運行電費對比如表4所示， 由表可知， 采用蒸發冷卻式冷水機組方案每年可節約電費 14.66萬元。設備運行用耗水費用對比如表5所示，采用蒸發冷卻式冷水機組方案每年可節約水費9.12萬元。總計方案二每年可節省運行費用23.78萬元。

表4 運行電費對比

表5 運行水費對比

3.5 綜合各項經濟比對

年經常費（YTC）法以系統的年經常費為判斷依據， 并認為經常費用最低的空調方案， 即為最優化的設計。年經常費可近似按下式計算：

式中： COF為為固定費用， 包括設備折舊費用和利息；COP為運行費。

設備折舊的補償年限根據文獻[4]選取為15年。

綜合上述各項經濟對比分析， 兩個方案年經常費如表6所示， 采用方案二， 年經常費低21萬元， 即為較優空調冷源方案。

表6 年經常費對比

4 總結

通過對兩種方案的經濟技術比較， 可以得出以下結論。

1） 相對傳統冷源系統， 采用蒸發冷卻式冷水機組初投資較高， 但系統運行較節能， 年經常費用可節約20萬元。

2） 采用蒸發冷卻式冷水機組運行耗電、 耗水較少，對節能減排具有重要的意義。

3）采用蒸發冷卻式冷水機組對于地面公園環境影響較低， 可以杜絕 “飛水” 、 “白霧” 現象， 更有利于營造美好舒適周邊環境。

4）采用蒸發冷卻式冷水機組不需要專用的冷水機房， 更有利于遠期空調系統的擴建。

參考文獻

[1] 宋應乾,龍惟定,黃翔.低碳經濟下的蒸發冷卻節能空調技術[J].暖通空調,2010,(7):55-57

[2] 謝曉云,江億,劉拴強,等.間接蒸發冷水機組設計開發及性能分析[J].暖通空調,2007,37(7):66-71

[3] 朱文杰.濕式冷卻塔白煙現象分析與解決方案[J].制冷空調與電力機械,2010,31(4):20-23

[4] 陸耀慶.實用供熱空調設計手冊(第二版)[M]. 北京: 中國建筑工業出版社,2008