江崇旭/鐵道第三勘察設(shè)計(jì)院集團(tuán)有限公司

天津?yàn)I海某項(xiàng)目能源方案對(duì)比分析

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建筑節(jié)能已成為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一個(gè)重要方面，尤其是空調(diào)能耗支出達(dá)到建筑總運(yùn)行費(fèi)用支出的30％以上。本文在綜合考慮了各方案的可靠性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、節(jié)能性、示范性等方面的因素，對(duì)實(shí)際項(xiàng)目的幾種可行方案進(jìn)行綜合比對(duì)分析，并利用權(quán)重賦值法對(duì)各方案進(jìn)行綜合評(píng)分。結(jié)果表明集中地源熱泵系統(tǒng)在此項(xiàng)目中是十分適合的。研究方法及結(jié)論已經(jīng)應(yīng)用于該項(xiàng)目中，并對(duì)今后類似工程具有指導(dǎo)意義。

能源站；環(huán)保；多因素分析；權(quán)重賦值

1.引言

能源已經(jīng)成為全球經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展的基本動(dòng)力。能源的大量消耗，不僅大大加快了傳統(tǒng)化石能源的耗竭速度，同時(shí)還排放出大量的SO2、CO2、NOx和煙塵，給生態(tài)環(huán)境造成極大破壞，導(dǎo)致地球變暖，自然災(zāi)害頻繁，嚴(yán)重制約了全球經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。為了推動(dòng)全社會(huì)節(jié)約能源，提高能源利用效率，保護(hù)和改善環(huán)境，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)全面協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，1997年我國頒布了《中華人民共和國節(jié)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(jié)能已成為我國國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中的一個(gè)重要方面，已有資料表明，空調(diào)能耗支出達(dá)到建筑總運(yùn)行費(fèi)用支出的30％以上[1]，因此對(duì)空調(diào)系統(tǒng)能源方案進(jìn)行對(duì)比分析、優(yōu)化選擇意義重大。本文在綜合考慮了各方案的可靠性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、節(jié)能性、示范性等方面的因素，對(duì)s實(shí)際項(xiàng)目的幾種可行方案進(jìn)行綜合比對(duì)分析，并利用權(quán)重賦值法對(duì)各方案進(jìn)行綜合評(píng)分。

2.基礎(chǔ)數(shù)據(jù)

本文進(jìn)行綜合比對(duì)分析所采用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)如下：室外設(shè)計(jì)參數(shù)[2]：夏季空調(diào)室外計(jì)算干球溫度：33.4℃；夏季空調(diào)室外計(jì)算濕球溫度：26.9℃；夏季空調(diào)日平均溫度：29.2℃；冬季空調(diào)室外計(jì)算溫度：-11℃；冬季通風(fēng)室外計(jì)算溫度：-4℃；夏季平均室外風(fēng)速：2.6m/s；冬季平均室外風(fēng)速：3.1m/s。室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)：冬季：展廳及辦公區(qū)域：t=20℃，ψ≮30％；車間：t≮10℃。夏季：展廳及辦公區(qū)域：t=25℃，ψ=40-60％。經(jīng)計(jì)算空調(diào)冷負(fù)荷為29304kW。綜合考慮到車間空間較高，冷風(fēng)滲透及冷風(fēng)侵入耗熱量較高及車間內(nèi)設(shè)計(jì)采暖溫度不必過高（采用10℃），空調(diào)熱負(fù)荷為18755kW。因此，設(shè)計(jì)中以夏季制冷放熱為準(zhǔn)即可滿足要求。

3.方案綜合對(duì)比分析

3.1 初選方案

經(jīng)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(jī)房+市政熱網(wǎng)、分散機(jī)房+地源熱泵、一個(gè)制冷站+市政熱網(wǎng)、一個(gè)制冷站+地源熱泵、兩個(gè)制冷站+市政熱網(wǎng)、兩個(gè)制冷站+地源熱泵。根據(jù)空調(diào)負(fù)荷計(jì)算結(jié)果，并綜合考慮建筑的同時(shí)使用系數(shù)及制冷站長距離輸配冷水過程中產(chǎn)生的管道溫升（對(duì)于一個(gè)制冷站管道溫升取0.3℃，對(duì)于兩個(gè)制冷站管道溫升取0.24℃），計(jì)算出各方案制冷集中數(shù)量如下：在方案1、方案2中選取198Ton螺桿機(jī)組60臺(tái)；在方案3、方案4中選取10kVA，1800Ton離心式制冷機(jī)組5臺(tái)；方案5、方案6選取10kVA，1800Ton離心式制冷機(jī)組9臺(tái)。

3.2 技術(shù)比較

分散機(jī)房能源系統(tǒng)建在用戶附近，大大減少水路管網(wǎng)壓力損耗及管網(wǎng)溫升，其運(yùn)行靈活性高并可以參與電網(wǎng)調(diào)峰，保護(hù)電網(wǎng)安全運(yùn)行，同時(shí)此技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單但非常成熟，系統(tǒng)可靠性高風(fēng)險(xiǎn)小。但是采用分散機(jī)房的用戶機(jī)房配置必須按照最大冷負(fù)荷再加上一定系數(shù)來配置，配電也增大很多，分散機(jī)房的占地遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過集中機(jī)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(shí)使用系數(shù)，總裝機(jī)容量小，運(yùn)行費(fèi)用低于分散機(jī)房，制冷設(shè)備設(shè)在制冷機(jī)房內(nèi)，便于維修。但是其輸配能耗高，系統(tǒng)運(yùn)行的靈活性不如分散機(jī)房。市政熱網(wǎng)技術(shù)相對(duì)簡(jiǎn)單但非常成熟，系統(tǒng)可靠性高風(fēng)險(xiǎn)小，但城市熱網(wǎng)有季節(jié)性，不能實(shí)現(xiàn)過渡季供熱；熱網(wǎng)一次側(cè)能源利用率相對(duì)較低。地源熱泵系統(tǒng)低碳節(jié)能環(huán)保，制冷時(shí)cop高技術(shù)較成熟；供熱采用地源熱泵方案后，不用再引入外網(wǎng)供熱，可節(jié)省配套費(fèi)用，地源熱泵機(jī)組工況穩(wěn)定，機(jī)組運(yùn)行可靠，維護(hù)費(fèi)用底，使用壽命長；運(yùn)行時(shí)噪音低，又不排放廢氣和廢棄物，對(duì)空氣不造成熱污染，能有效的控制軍團(tuán)菌的滋生，保障了人們的身心健康；同時(shí)整體美觀、可節(jié)省占地面積，改善建筑物的外部形象。

3.3 節(jié)能環(huán)保性比較

能源站的節(jié)能環(huán)保性主要體現(xiàn)在不同制冷供熱形式產(chǎn)生的能源消耗和污染物排放量，現(xiàn)對(duì)各方案進(jìn)行一次能源消耗與碳排放計(jì)算。計(jì)算涉及的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[3]：供熱/供冷用電標(biāo)準(zhǔn)煤耗量——0.22/0.34(kg/kW?h電)，城市供熱標(biāo)準(zhǔn)煤耗量——0.0986（kg/kWh熱），CO2排放量：1kg標(biāo)準(zhǔn)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(jù)表1數(shù)據(jù)可以計(jì)算空調(diào)冷、熱源方案的一次能源消耗與碳排放，結(jié)果見表2。

表2 每年一次能源消耗與碳排放

3.4 項(xiàng)目適應(yīng)性分析

定義冷、熱源方案項(xiàng)目適應(yīng)性指，①能否滿足占地面積小并減少空調(diào)設(shè)施外露裝置；②能否體現(xiàn)“節(jié)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(diào)設(shè)施運(yùn)行產(chǎn)生的排放特別是現(xiàn)場(chǎng)排放。

采用分散機(jī)房方案時(shí)，機(jī)房總占地面積為1800㎡；采用一個(gè)制冷站方案時(shí)，機(jī)房占地面積為459㎡；采用兩個(gè)制冷站方案時(shí)，機(jī)房總占地面積為688㎡。采用地源熱泵方案時(shí)，可以節(jié)省土地資源，產(chǎn)生附加經(jīng)濟(jì)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(wǎng)方案時(shí)，設(shè)置較多的冷卻塔，冷卻塔體積龐大，外形不美觀，工作時(shí)產(chǎn)生煙霧，嚴(yán)重影響了建筑的美觀性。

3.5 經(jīng)濟(jì)性分析比較

項(xiàng)目空調(diào)冷、熱源方案經(jīng)濟(jì)分析數(shù)據(jù)主要包括：

初投資：能源增容費(fèi)用，制冷站主機(jī)初投資，站房其他附屬設(shè)備及管道初投資，設(shè)備配電設(shè)施費(fèi)等。

運(yùn)行費(fèi)用：電費(fèi)，運(yùn)行管理費(fèi)等。

表3 冷、熱源方案經(jīng)濟(jì)分析基礎(chǔ)數(shù)據(jù)表

3.5.1 初投資計(jì)算。

表4 初投資比較數(shù)據(jù)表（單位：萬元）

3.5.2 年運(yùn)行費(fèi)用計(jì)算。

年運(yùn)行耗電費(fèi)用計(jì)算公式如下：

式中F——年運(yùn)行耗電費(fèi)用，萬元/年；M——系統(tǒng)負(fù)荷率；Pi——第i種設(shè)備裝機(jī)功率，kW；Di——第i種設(shè)備年運(yùn)行天數(shù)，天；Hi——第i種設(shè)備每天運(yùn)行時(shí)間，取10h；Oi——電費(fèi)，取1元/kwh。

表5 各方案年運(yùn)行費(fèi)用數(shù)據(jù)比較表（單位：萬元）

3.5.3年經(jīng)營成本估算:

表6 冷、熱源方案經(jīng)濟(jì)分析結(jié)果數(shù)據(jù)比較表（單位：萬元）

3.6 評(píng)價(jià)方法

本文將包括經(jīng)濟(jì)性、占地面積因素、景觀適應(yīng)性與節(jié)能減排要求在內(nèi)的，對(duì)最終方案的合理性與優(yōu)化有影響的諸多因素歸納為五項(xiàng)：可靠性、經(jīng)濟(jì)性、節(jié)能與低碳、項(xiàng)目適應(yīng)性、先進(jìn)性與示范性。并根據(jù)各分項(xiàng)因素的重要性賦予相應(yīng)的權(quán)重值，總分為100。

表7 初選方案多因素評(píng)價(jià)結(jié)果

4.結(jié)語

在綜合考慮了各方案的可靠性、環(huán)保性、經(jīng)濟(jì)性、適應(yīng)性、節(jié)能性、示范性等方面的因素，對(duì)實(shí)際項(xiàng)目的幾種可行方案進(jìn)行綜合比對(duì)分析，并利用權(quán)重賦值法對(duì)各方案進(jìn)行綜合評(píng)分。結(jié)果表明此項(xiàng)目集中制冷站聯(lián)合地源熱泵能源站系統(tǒng)最為適用。相對(duì)于結(jié)論本文的研究方法更為重要，所采用的多因素權(quán)重賦值方法科學(xué)合理，值得今后相似工程的借鑒。

[1]GB50019-2003．采暖通風(fēng)與空氣調(diào)節(jié)設(shè)計(jì)規(guī)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(lián).既有建筑圍護(hù)結(jié)構(gòu)能耗模擬及節(jié)能分析[J].建筑科學(xué),2007,23(2):22～26.

江崇旭（1987.11），男，助理工程師，2013年畢業(yè)于天津大學(xué)，供熱供燃?xì)馔L(fēng)及空調(diào)工程專業(yè)工學(xué)碩士。