北京某商場辦公區冷熱源改造分析

文／史向鵬 中國中輕國際工程有限公司 北京 100026

1、項目概況

某商場總建筑面積10.7 萬平米，商場總高度24 米。其中，地上建筑面積53075 平米，商場區域建筑面積45145 平米，辦公區域建筑面積7930 平米。

商場設置集中的制冷站和鍋爐房，均位于地下一層。制冷站內設置2 臺2800kw 離心機及1 臺1200kw 螺桿機，鍋爐房設置2 臺2800kw 燃氣熱水鍋爐。無論是冷源還是熱源，均未針對辦公區域進行獨立設置。

項目采用2 管制水系統，冬季供熱、夏季供冷。夏季設計供回水溫度7/12℃，冬季設計供回水溫度60/50℃。

2、現存問題

2.1 商場區、辦公區運營時間不一致

目前，辦公區域已大面積用于出租，承租方約20 家，涉及到傳媒、設計、網絡等行業，各公司規模較小且辦公時間并不一致。辦公區域對于空調的使用時間段約為早8：30 到晚10：00，傳媒和互聯網公司經常存在加班至凌晨的情況。而商場的運營時間相對固定，為早10 點到晚10點。商場區域與辦公區域空調使用時段不一致，制冷機組和鍋爐存在“大馬拉小車”的情況。

2.2 商場區、辦公區總冷熱負荷值差別大

商場區及辦公區面積相差大，其中，商場區域建筑面積45145 平米，辦公區域建筑面積7930 平米。

商場區和辦公區對環境的要求不同。商場區屬人員短期逗留區域，辦公區域屬人員長期逗留區域。商場區人員多數處于流動狀態，短期停留，對環境溫度要求相對寬松。而辦公區人員多數處于工作狀態，需長期停留，對環境溫度要求相對嚴苛。

參照原有設計說明，商場區總冷負荷為5962kw，總熱負荷為4739kw。而辦公區總冷負荷為828kw，總熱負荷為581kw。商場區域總冷負荷約為辦公區域的7.2倍，總熱負荷約為辦公區域的8.1 倍，冷熱負荷相差懸殊。

2.3 商場區、辦公區負荷變化情況不一致

以周為單位來分析，商場的負荷峰值主要出現在周末，而辦公區的負荷峰值主要出現在周一到周五的上班時間。

以日為單位來分析，商場區人員不穩定，負荷峰值主要出現在11 點到14 點，18 點到21 點這兩個區間。而辦公區人員相對穩定，負荷峰值主要出現在14 點左右。

商場區、辦公區的負荷變化情況無論是以日還是周為單位，均不一致。

2.4 商場區、辦公區的獨立運營管理部門不同

因運營管理需求，業主方將辦公區域和商場區域進行獨立運營管理,但在冷熱源設置上這兩個區域并未分開，故在費用結算上存在爭議?，F行管理模式，冷熱源設備以保證商場的使用為主，并盡可能少的開啟設備，降低商場區域的運行費用。故在冬、夏季節均存在辦公區域供水溫度達不到設計工況要求的情況，進而引起承租方的投訴。

針對以上現存問題，建議對辦公區域進行改造，實現辦公區與商場區冷熱源完全獨立。

3、冷熱源改造方案

冷熱源改造方案的制定需滿足以下幾個原則：（1）結合國家節能、環保要求，盡量選用綠色可再生能源。（2）能適應輕冷地區氣候。（3）滿足冬季供熱、夏季供冷需求。（4）經濟性合理，結合原有系統，盡量減少拆改和更換。

3.1 辦公區域現狀條件

辦公區域共有4 層，其中，二層為業主辦公使用，已設置獨立的多聯機系統，此次不改造；三～五層為本次冷熱源負擔范圍，其主要作為辦公空間進行租賃，三到五層建筑面積相同，各層均為2376.3m，共7128.9m。辦公區域在二層設有室外設備平臺。

辦公區域同商場區域一致，也采用2 管制冷熱水系統。由制冷站內分集水器單獨分一路DN200 水管供應冷、熱水，夏季設計供回水溫度7/12℃，冬季設計供回水溫度60/50℃。整個區域相對獨立，辦公區域采用風機盤管加新風系統。

在能源方面，本項目燃氣基本無余量，變壓器在夏季約有400kw 余量。在清潔能源方面，常用的清潔能源主要包含空氣源、土壤源、水源，結合項目情況，項目紅線范圍內無可用于土壤源的埋管空地，附近也無直接滿足使用的水源，故此次探討主要集中在空氣源設備上。

3.2 改造方案的確定

辦公區域面積較小，盡量選取簡單系統達到供冷、供熱需求。原系統為水系統，此次改造需將冷熱源更換的影響降到最小，保持換熱介質不變，盡量做到原有室內末端設備不更換。

本次改造擬選用空氣源熱泵。空氣源熱泵是以空氣作為冷熱源，以水作為冷、熱介質，進行供冷、供熱。常規的空氣源熱泵制熱能力是在室外干球溫度7℃時測量的。對于北京而言，冬季空調室外計算溫度-9.9℃，常規的空氣源熱泵機組在冬季并不適用，需選用低溫工況風冷熱泵機組。常用的適合小體量項目的風冷熱泵機組主要為風冷熱泵模塊機組及風冷熱泵螺桿機組。其主要優缺點詳見表1。

表1 風冷模塊機及螺桿機優缺點對比表

選取風冷熱泵模塊機組作為方案一，選取風冷熱泵螺桿機組作為方案二。對方案一和方案二的初投資費用、配套費用及運行費用進行經濟性對比。

3.2.1 設備初投資費用對比

方案一選用低溫風冷熱泵模塊機組。辦公區總冷負荷為828kw，總熱負荷為581kw。按照總冷、熱負荷進行設備選型，設備需既滿足冷負荷要求，也需滿足熱負荷要求。其中，總熱負荷是參照北京冬季空調室外計算溫度-9.9℃來計算的，故對應風冷熱泵應按照低溫工況的制熱量（低溫制熱量是在室外干球溫度-12℃時測量的）來進行選取。所選擇的熱泵型號及相關參數如表2、表3所示。機組主要的參數COP 及IPLV 均滿足《公共建筑節能設計標準》（GB50189-2015）中所規定的限值。

表2 低溫風冷熱泵模塊機組選型參數表

表3 低溫風冷熱泵模塊機組運行工況

方案一選取7 臺低溫風冷熱泵模塊機組。7 臺機組的總制冷量910kw ＞828kw，滿足冷負荷需求。因設備低溫制熱量已考慮帶霜運行，且額定低溫制熱量為室外干球溫度-12℃時制熱量（冬季空調室外計算溫度-9.9℃時制熱量會更大），7 臺機組的總制熱量630kw ＞581kw，滿足熱負荷需求。

除模塊機組外，系統還需設置對應的水泵及定壓補水設備。其主要設備參數詳見表4。

表4 主要設備參數表

方案二選用低溫風冷熱泵螺桿機組。與模塊機組不同的是，風冷螺桿機組單臺制冷、制熱量大，單臺即可滿足辦公區冷熱負荷需求。但為了考慮冷熱源部分的備用性。本項目選取2 臺風冷熱泵螺桿機組，2 臺機組各負擔65%的熱負荷。其中，設備低溫制熱量為室外冬季空調室外計算溫度-9.9℃時制熱量。所選設備參數同樣滿足國標限值要求。所選擇的熱泵型號及相關參數如表5、表6所示。

表5 低溫風冷熱泵螺桿機組選型參數表

表6 低溫風冷熱泵螺桿機組運行工況

方案二2 臺低溫風冷熱泵螺桿機組總制冷量1276kw＞828kw；單臺設備低溫制熱量385kw ＞377.6kw（65%的熱負荷），且總制熱量770kw ＞581kw，滿足熱負荷需求。方案二對應的水泵及定壓補水設備除水泵參數略有不同外，其余均相同。其主要設備參數詳見表7。

表7 主要設備參數表

除了考慮到設備初投資費用，還應當考慮土建配套費用、供電配套設施費用及設備的拆改、安裝等費用。經與造價專業咨詢，方案一、方案二配套估算費用詳見表8。

表8 配套費用估算表

3.2.2 運行費用對比

本項目運行費用的比較按照滿負荷耗電量考慮。風冷熱泵在運行中主要的消耗能源為電能，故運行費用高低取決于總耗電量。運行費用及年耗電量的常用簡化計算公式為：

式中，F 為運行費用，萬元/年；W 為年耗電量，萬度/年；P 商業用電價格，北京市商業平時段電價約0.76元/kWh。

式中，N 為用電負荷，kW；d 為年系統運行天數，天/年；t 為日運行時長，小時/天；a1 為負荷年平均系數；a2 為負荷日平均系數；

參照北京市氣象條件及本項目特點，對運行參數進行合理的設定。北京地區夏季制冷周期按150 天/年考慮，制熱周期按照日平均溫度低于5℃的天數考慮，共計123天/年；空調設備開機時間參照現有租戶的平均辦公時間，每日空調開機時間約12h/d；考慮年負荷波動及日負荷波動，年平均負荷系數取0.7，日平均負荷系數取0.8；按照公式（1）、（2）對本項目冬夏季耗電量及運行費用進行計算，如表9所示：

表9 耗電量及年運行費用統計表

3.2.3 方案比較結論

通過以上計算，在初投資方面，方案一明顯占優，其總投資額為91.95 萬元，較方案二低51.5 萬元；配套費用中，兩者相差不大，方案一比方案二相關配套費用高1.5萬元；綜合來看，方案一總投資費用為139.95 萬元，比方案二總投資額低50 萬元。

運行費用方面，方案一每年比方案二節省運行費用7.19 萬元?？傻贸鼋Y論，無論從總投資費用還是年運行費用來說，方案一為較優方案。

結語：

（1）本文通過對項目調研，對商場及辦公區域在運行時間、負荷變化、運行管理等方面進行分析，提出辦公區設置獨立冷熱源的改造方案。（2）結合項目現狀條件及能源情況，確定采用低溫風冷熱泵機組。并對風冷模塊機組及風冷螺桿機組兩種方案的初投資、配套費用、運行費用進行對比。針對本項目而言，風冷模塊機組更為適合。（3）在確定采用風冷模塊機組的方案后，改造中還存在一些問題需要校核或分析，如風冷熱泵供熱水溫度較原系統不同，設備運行噪音對周圍是否有影響等。下一步，針對這些問題進行分析，以期得到一個更為全面的方案。