商業中心空調工程冷熱源方案

陳興振

魯商發展青島城市公司 山東 青島 266100

引言

在國家積極推進轉方式、調結構，改變傳統高耗低效發展模式的前提下，結合當地市政配套實際情況，運用全周期成本概念，綜合考慮投資和運行費用的平衡，通過經濟、技術比較和相應類似案例的借鑒參考，選擇確定技術可靠、經濟合理的冷熱源形式。

1 選擇冷熱源方案的影響因素

冰蓄冷空調是在常規水冷冷水機組系統的基礎上減小制冷主機容量增加蓄冰裝置，利用夜間低谷低價電力時段將冷量通過冰的形式儲存起來，白天需要供冷時釋放出來。該技術在20世紀30年代開始應用于美國，在70年代能源危機中得到發達國家的大力發展。從日本、韓國等國家的發展情況來看，冰蓄冷已經成為中央空調的發展方向。比如，韓國明令超過2000㎡建筑，必須采用冰蓄冷或煤氣空調；日本超過5000㎡的建筑物，就在設計時考慮采用冰蓄冷空調系統。很多國家都采取了獎勵措施來推廣這種技術，比如韓國轉移1kW高峰電力，一次性獎勵2000美元；美國一次性獎勵500美元，等等。中國也加大對蓄能技術的推廣力度，國家計委和經貿委特地下達《節約用電管理辦法》，要求各單位推廣蓄能技術，并逐步加大峰谷電差價。全國采用蓄能技術的空調系統大幅度增加，2001年10月舉辦APEC會議的10萬㎡的上海科技城、浙江大學紫金港新校區13萬㎡、廣州大學城500萬㎡等大型建筑，采用的就是冰蓄冷空調系統。

水源熱泵是具備了利用地球水體所儲藏的太陽能資源作為冷熱源，進行能量轉換的供暖空調系統。其中可以利用的水體，包括地下水或河流、地表部分的河流和湖泊以及海洋。地表土壤和水體不僅是一個巨大的集熱器，收集了47%的太陽輻射能量，比人類每年利用能量的500倍還多（地下的水體是通過土壤間接的接受太陽輻射能量），而且是一個巨大的動態能量平衡系統，地表的土壤和水體自然地保持能量接受和發散地相對地均衡。這使得利用儲存于其中地近乎無限地或地能成為可能。所以說，水源熱泵利用的是清潔的可再生能源地一種技術。水源熱泵機組的空調系統是可以基本保證全年按用戶的需要開啟空調系統，特別是春秋空調過渡季節均能運行，也就相當于四管制空調系統。一般，水源熱泵供、回水的溫度一年四季相對穩定，其波動的范圍遠遠小于空氣的變動。夏季水體作為空調的冷源，冬季作為空調的熱源，水體溫度較恒定的特性，使得熱泵機組運行更可靠、穩定，也保證了系統的高效性和經濟性。不存在空氣源熱泵的冬季除霜等難點問題。水源熱泵機組可利用的環境水體溫度冬季為12～22℃，水體溫度比環境空氣溫度高，所以熱泵循環的蒸發溫度提高，能效比也提高。

冷熱源方案的選擇對于空調系統供暖和供冷功能十分關鍵，一般冷熱源設備運行費用、投資成本均較高，因此在選擇和明確冷熱源方案時，有必要分析投資費用、技術可靠性、保養維護等方面。其一，設備性能特點。其中包含產品運行可靠性、質量，負荷效率和能耗等方面，并包括震動噪音、設備自動化程度情況。其二，環保性。當選擇電動熱冷水機組時，建議制冷劑滿足環保標準，使用 CFC過渡制冷劑時，其使用年限應 滿足國家禁用時間表標準。其三，初投資費用。其中包含安裝費、設備費、電力增容費、機房土建費等方面。其四，運行費用。包含設備維修費用、能源耗用費用，如燃油費、電費、燃氣費等因素，其中初投資和運行費用是冷熱源方案進行經濟分析的主要內容。

2 項目概況

臨沂某商業中心項目位于臨沂市北城新區，南臨杭州路，西臨孝和路，東側和北側為兩條規劃路。本項目論證對象主要為購物中心，周邊為外鋪。地下兩層約8.45萬m2，其中地下一層設有1萬m2超市、0.5萬m2美食廣場及0.3萬m2娛樂。地上約9.6萬m2，其中百貨約4.2萬m2，餐飲約1.95萬m2，影院4810m2，外鋪約3萬m2。除外鋪外的物業運行管理均由投資方同一集團管理下的兄弟單位負責。

3 商業中心空調工程冷熱源的分析

根據臨沂當地燃氣公司要求，燃氣按核定日用氣量一次性收取，日用氣量不超過30m3的按不超過1萬元收取；日用氣量超過30m3每遞增10m3按不超過0.5萬元增加；日用氣量超過300m3的供氣單位可根據雙方協議收取。天然氣熱值按8500KCAL/ Nm3。燃氣使用費用4.1元/Nm3.h（由于燃氣上游供應問題，冬季負荷高峰期經常發生斷氣停供狀況，而根據確保居民的原則，一般對商業鍋爐用戶實行優先停供）。臨沂市市政供熱的配套費用收取45元/m2，使用費用按照36元/m2（指建筑面積）。根據山東省經濟和信息化委員會以及山東省財政廳聯合下發的魯經信電力字（2013）660號文件，山東省為加大蓄冷蓄熱削峰填谷技術的推廣，確定以財政補貼的方式大力推廣應用點蓄能項目。方案的選擇應該基于技術合理成熟的原則，對由于施工、運行中的異常情況忽略不計。初投資的設備依據來自于最近年度的相關采購合同，設備的檔次、定位不應有較大差距。冷水機組、冷卻塔均按2～4臺考慮，冷凍水泵、冷卻水泵、空調熱水循環泵分別按設1臺備用考慮。

空氣能利用空氣作為冷熱源，對室內空間提供采暖、空調與生活熱水等。空氣能耗1度電，就能產生3到4倍熱量，比空調更節能，省電75%以上，自然也就更節省電費。區別一：功能不一樣。空調更強大的功能在于制冷，而供暖的話一方面特別費電，另外一方面對人身體不好，并不是良好的取暖方式，因此很少人以空調作為主要取暖方式。而空氣能就不一樣了，制冷供暖效果一流，還能供應熱水，一機多用，功能強大。區別二：壽命不一樣。空調壽命一般8～10年左右，而好的空氣能產品壽命能在15年甚至更長。其實從對應的匹數上來說，空氣能熱泵跟空調價格是差不太多的，只不過一般家庭不會安裝5P這么大的空調，所以好像顯得空調比空氣能便宜；但仔細對比下空調跟空氣能的功能、運行費用、使用時間、使用效果，還是空氣能更好。

蓄冰蓄水均基于部分蓄冷考慮，蓄冷比例在40%左右，14000rt。基于臨沂市北城新區電力規劃容量不足及削峰填谷的原則，蓄熱按照全熱量蓄熱。運行費用的計算依照逐時冷熱負荷的特點四種運行模式100%、75%、50%、25%進行。初投資中，未考慮因設備容量增加給變壓器及配電設施造成的費用增加，運行費用不包含水泵等的運行費用比較[1]。使用四管多功能熱泵單元可以從蒸發器中獲得冷凍水，同時還可以從冷凝器中獲得冷凝的熱水，冷、熱量不平衡部分通過平衡換熱器排放，從而實現持續地同時制冷和制熱，而只輸入一份能源便同時獲取冷量和熱量，大大降低能耗，減少排放。潔凈工程中，用綜合能效TER來評估機組在同時制冷供熱模式時的效率發現，渦旋壓縮機機組TER＞7，螺桿壓縮機機組TER＞8。四管多功能熱泵機組集成了冷熱源。一個單元有四個管道，兩個用于冷凍水的入口和出口，另外兩個用于熱水的入口和出口。冷、熱自動平衡，制冷量和制熱量可分別實現0～100%獨立調節。潔凈工程中，采用四管制多功能熱泵冷熱水機組除應滿足夏、冬季設計工況冷、熱負荷使用要求外，還應滿足非滿負荷使用要求，因此，單臺機組應有兩個（含兩個）以上獨立循環回路，設備的數量也不應少于兩臺，同時要考慮到機組的備用。全面考慮整個運營部門的所有制冷和制熱負荷，包括空調系統的制冷量和熱量供應，洗浴、刷手及污物清洗的熱水用量，選擇合適的集中冷熱源，才能有效節能。潔凈工程中，建議采用小型冷熱站（六管制多功能熱泵）。

小型冷熱站用于冷卻，加熱和提供65℃以上的衛生熱水。潔凈工程中，建議使用具有高溫熱泵技術的多功能熱泵設備，原則上替代鍋爐，在北方地區，醫院集中熱源可作為輔助熱源。

它具有四管多功能熱泵冷卻器和熱水單元的功能，以及高溫熱泵功能。設備有6根接管，3個獨立的水系統，1個空調供冷，1個空調供熱，1個提供高溫衛生熱水（65℃以上），組成一個完整的冷熱供應機組，冷、熱自動平衡，制冷量和制熱量可分別實現0～100%獨立調節；凈化工程中，制熱量包括空調供熱和高溫衛生熱水供熱兩個獨立循環系統。

分布式能源系統（建筑冷熱電聯供系統，BCHP）是以燃氣輪機為動力，并與吸收式制冷機/余熱鍋爐配套，同時提供制冷、采暖、衛生熱水和電力的系統。該系統具有能源利用率高、環境污染小、運行靈活、能量（冷、熱、電）輸送損失小等特點。與常規電力空調相比，該系統能實現能源的梯次利用，不會對電網造成沖擊。

地源熱泵技術的利用地源熱泵是一種利用地下淺層地熱資源（也稱地能，包括地下水、土壤或地表水等）的既可供熱又可制冷的高效節能空調系統。其工作原理如下：夏季制冷時，大地作為排熱場所，再通過土壤把熱量擴散出去；冬季供熱時，大地作為熱泵機組的低溫熱源，從土壤中獲取熱量為室內供熱。地源熱泵作為一種利用可再生能源的空調系統，具有節能和環保的雙重效益。

4 商業中心空調工程冷熱源方案

由于能源形式的多樣化，使得冷、熱源設備的形式也多種多樣。重慶的空調回收主要介紹在空調工程中常用的冷熱源設備。如蒸氣壓縮式和吸收式制冷設備、利用燃料化學能的鍋爐設備及利用電加熱的熱水機組、熱泵及直燃機組等。隨著科技進步和社會發展，重慶的空調回收技術日新月異，尤其是市場經濟促使空調設備得到了空前的發展，各種新技術、新設備層出不窮，各種形式的空調冷熱源設備與系統也品種繁多，各有特色。

4.1 初投資比較

方案一。冷源：水蓄冷；熱源：高壓電鍋爐

目前的空調制冷造價：1257萬元（含主機、水泵、板換、水處理設備及自控及控制柜等，同時包含水池防水保溫造價）；電熱鍋爐造價：600萬元（成套價格）[2]。初投資合計：1857萬元。

方案二。冷源：冰蓄冷；熱源：常壓燃氣鍋爐

目前的空調常規設備造價：約750萬元，蓄冰設備投資約800萬元。參考：臨沂某中心冰蓄冷（10000rt）價格，北京某項目冰蓄冷工程合同，該項投資約合1550萬元；燃氣鍋爐（含熱水循環泵）：145萬元；燃氣配套費：200萬元；初投資合計：1895萬元[3]。

4.2 運行費用比較

方案一。空調供冷：約139.1萬元/年；空調供熱：139.7萬元/年；全年運行費用：278.8萬元/年。

每平方米運行費用37.17元；

方案二。空調供冷：約144.5萬元/；空調供熱：燃氣費約166.6萬元/年；全年運行費用：311.1萬元/年。

每平方米運行費用：41.48元。

方案三。空調供冷：約144.5萬元/年；空調供熱：電費約139.7萬元/年；全年運行費用：284.2萬元/年。

每平方米運行費用：37.89元

方案四。空調供冷：電費248萬元/年；空調供熱：集中供熱費270萬元/年；全年運行費用：518萬元/年。

每平方米運行費用：69元。

5 結束語

初投資方案四最優，方案一次之；從運行費用上評價，方案一最優，方案四最差。考慮到方案一增設水池的成本預計有200萬左右，該方案比較，方案四的初投資約多800萬元左右，但由于其運行費用每年節省200萬左右，多出來的投資可在3~4年收回；而且商業經營的情況對運行狀態也有較大影響，經營狀態不佳時，更能顯出方案一蓄能的優勢。因此，該項目最終選擇方案一為方案。