某機(jī)關(guān)新建辦公樓冷源方案的比較

某機(jī)關(guān)新建辦公樓冷源方案的比較

0方案2:冰蓄冷+高溫冷源系統(tǒng)北京的新辦公樓位于北京，建筑面積83.3萬平方米，其中7層，2層，建筑高度30米。主要功能有:辦公室、會議室、地下車庫、人防工事、其他相關(guān)配套設(shè)施等。為了能為其選擇較為合理的冷源方式,本文對以下3種冷源方案進(jìn)行了技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性比較。方案1:雙冷源系統(tǒng),即冰蓄冷系統(tǒng)和高溫冷源系統(tǒng)分別產(chǎn)生低溫(5℃/13℃)和高溫(13.5℃/18.5℃)冷水,低溫冷水供給空調(diào)(新風(fēng))機(jī)組系統(tǒng)控制室內(nèi)濕度,高溫冷水供給干式風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)控制室內(nèi)溫度,從而實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)環(huán)境的溫、濕度獨(dú)立控制。方案2:低溫冷源系統(tǒng),即冰蓄冷系統(tǒng)產(chǎn)生的低溫冷水通過板式換熱器將溫度為5℃/13℃的低溫冷水供給新風(fēng)機(jī)組,溫度為13.5℃/18.5℃的高溫冷水供給干式風(fēng)機(jī)盤管,實(shí)現(xiàn)建筑內(nèi)環(huán)境的溫、濕度獨(dú)立控制。方案3:常規(guī)冷源系統(tǒng),即由冷水機(jī)組制備7℃/12℃冷水,供末端空調(diào)機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管使用。本文首先利用建筑能耗模擬軟件DeST-c計(jì)算該建筑的全年逐時負(fù)荷,并按設(shè)計(jì)要求確定不同方案的設(shè)備容量;接著根據(jù)全年逐時冷負(fù)荷計(jì)算供冷季冷源側(cè)的全年運(yùn)行能耗;然后根據(jù)電力部門頒布的峰谷電差價與冷源側(cè)運(yùn)行能耗,計(jì)算各方案的初投資與運(yùn)行費(fèi);最后分析和比較各方案的技術(shù)性和經(jīng)濟(jì)性,確定最終的冷源方案。1建立和計(jì)算det模型的條件1.1模型的構(gòu)建進(jìn)行模擬分析時,首先需要準(zhǔn)確描述建筑物幾何形狀。圖1為該建筑的立體模型圖。1.2建筑物設(shè)計(jì)方案建筑模型建立完成后需要設(shè)定建筑的具體計(jì)算參數(shù),其中包括確定建筑物的地理位置、圍護(hù)結(jié)構(gòu)類型、室內(nèi)熱擾參數(shù)、房間功能、室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)、全年內(nèi)擾及作息模式等。對于該建筑模型,筆者采用如下參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。1.2.1氣象參數(shù)在模擬計(jì)算中采用的逐時氣象參數(shù)為北京市標(biāo)準(zhǔn)典型氣象年參數(shù)。1.2.2防護(hù)結(jié)構(gòu)的性能參數(shù)建筑的圍護(hù)結(jié)構(gòu)性能參數(shù)如表1所示。1.2.3設(shè)計(jì)師的參數(shù)室內(nèi)設(shè)計(jì)參數(shù)見表2。1.2.4內(nèi)部熱干擾參數(shù)室內(nèi)熱擾參數(shù)見表3。1.2.5熱擾覆蓋時間在室內(nèi)熱擾的設(shè)定中采用了“作息”概念反映室內(nèi)熱擾在一天之內(nèi)的逐時變化規(guī)律。以辦公室為例,室內(nèi)熱擾(人員、燈光和設(shè)備)的作息安排如圖2所示。1.2.6系統(tǒng)工具系統(tǒng)的運(yùn)營時間空調(diào)和供暖系統(tǒng)的全年運(yùn)行時間設(shè)定見表4。2供冷季集中空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷該建筑的全年冷熱負(fù)荷逐時曲線如圖3所示。對比冷熱負(fù)荷曲線可以看到,對于峰值來說,冷負(fù)荷較熱負(fù)荷要稍大。但就全年累計(jì)值來說,冷負(fù)荷比熱負(fù)荷大很多(見表5),即冷負(fù)荷持續(xù)的時間很長。即使在供暖季也有持續(xù)的冷負(fù)荷出現(xiàn),這主要是由于位于地下1層的信息中心機(jī)房常年需要供冷,但這一部分冷量是由機(jī)房專用空調(diào)機(jī)組提供,無需集中冷源承擔(dān)。圖4為集中空調(diào)系統(tǒng)全年逐時負(fù)荷。表6對供冷季集中空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)。供冷季集中空調(diào)系統(tǒng)的冷負(fù)荷分布統(tǒng)計(jì)見圖5(圖中括號內(nèi)的數(shù)據(jù)是分布時間占總供冷時間的比例)。從圖中可以看出,隨著負(fù)荷的逐步增加,其出現(xiàn)的時間呈現(xiàn)先升后降的趨勢。冷負(fù)荷介于3000kW至4500kW之間的時間最長,占總供冷時間的30%。3方案容量的確定及評價根據(jù)DeST-c軟件模擬的集中空調(diào)系統(tǒng)供冷季逐時負(fù)荷結(jié)果,可以按設(shè)計(jì)要求確定不同方案的設(shè)備容量,從而計(jì)算供冷季冷源側(cè)的運(yùn)行能耗,并對各方案的技術(shù)性進(jìn)行評價。3.1方案1：雙冷源系統(tǒng)該方案的集中冷源系統(tǒng)分為兩部分。1供冷系統(tǒng)設(shè)計(jì)設(shè)2臺制冷量為2460kW(空調(diào))/1640kW(蓄冰)的雙工況螺桿式水冷制冷機(jī)。采用部分負(fù)荷蓄冰、雙工況主機(jī)與蓄冰裝置串聯(lián)、主機(jī)位于上游的蓄冰供冷形式。蓄冰裝置采用蓄冰盤管,內(nèi)融冰,出水溫度3℃;載冷劑采用乙二醇水溶液,通過板式換熱器間接向空調(diào)系統(tǒng)供冷,一次水溫3℃/11℃,二次水溫5℃/13℃。風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)制冷機(jī)兼作空調(diào)(新風(fēng))機(jī)組系統(tǒng)的基載制冷機(jī),在雙工況螺桿式水冷制冷機(jī)夜間制冰時為系統(tǒng)提供空調(diào)冷水,供回水溫度為7℃/12℃。2冷源回收和逐時能耗設(shè)2臺制冷量為1580kW的螺桿式水冷制冷機(jī),為干工況運(yùn)行的風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)提供空調(diào)冷水,供回水溫度為13.5℃/18.5℃;同時兼作基載制冷機(jī),在雙工況螺桿式水冷制冷機(jī)夜間制冰時為風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)和空調(diào)(新風(fēng))機(jī)組系統(tǒng)提供空調(diào)冷水,供回水溫度為7℃/12℃。冷源的主要設(shè)備見表7。由于新風(fēng)機(jī)組中設(shè)置了全熱回收轉(zhuǎn)輪,使得新風(fēng)能夠在進(jìn)入新風(fēng)機(jī)組之前得到預(yù)冷,從而減小了新風(fēng)冷負(fù)荷。圖6為供冷季熱回收裝置回收的逐時冷量。統(tǒng)計(jì)可知,熱回收裝置在供冷季能回收249MWh的冷量,占供冷季累計(jì)冷量的5.7%?？紤]了熱回收作用后的集中冷源總供冷量如圖7所示。在該方案中,基載制冷機(jī)承擔(dān)風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)的負(fù)荷,即室內(nèi)顯熱負(fù)荷,其逐時負(fù)荷見圖8。融冰和雙工況制冷機(jī)共同承擔(dān)空調(diào)(新風(fēng))機(jī)組的負(fù)荷,即新風(fēng)全熱負(fù)荷和室內(nèi)潛熱負(fù)荷。冰蓄冷系統(tǒng)采用融冰優(yōu)先的控制策略。當(dāng)空調(diào)負(fù)荷小于融冰供冷量時融冰供冷,當(dāng)空調(diào)負(fù)荷大于融冰供冷量時運(yùn)行制冷機(jī)補(bǔ)足不足部分,融冰供冷量恒定不變。融冰供冷量和雙工況制冷機(jī)的供冷量分別見圖9,10。由圖中可知,雙工況制冷機(jī)承擔(dān)的負(fù)荷較小,開啟時間較短。圖11,12分別為夏季典型日和過渡季典型日各種冷源承擔(dān)的負(fù)荷。在夏季典型日,空調(diào)(新風(fēng))機(jī)組的負(fù)荷由融冰和雙工況制冷機(jī)共同承擔(dān)。融冰供冷量為恒定值,不足的冷量由雙工況制冷機(jī)承擔(dān),在夜間,雙工況制冷機(jī)在電力低谷期滿負(fù)荷運(yùn)行制冰,需運(yùn)行7h以上。在過渡季典型日,由于負(fù)荷較小,空調(diào)(新風(fēng))機(jī)組的負(fù)荷由融冰冷量承擔(dān)即可,融冰供冷量隨負(fù)荷的變化而變化,由于白天融冰供冷量較小,夜間的制冰量也相應(yīng)地減小了,雙工況制冷機(jī)的運(yùn)行時間也減少到4h左右。根據(jù)各種冷源承擔(dān)的負(fù)荷,可計(jì)算出供冷季的逐時電耗。圖13和14列舉了基載制冷機(jī)和雙工況制冷機(jī)的逐時耗電量。圖15和16給出了夏季和過渡季典型日冷源的逐時耗電量。由于雙工況制冷機(jī)在夜間制冰時的COP(為3.44)較白天供冷時低,且基載制冷機(jī)在白天制冷時的COP較高,因此夜間耗電量要大于白天耗電量。該方案的冷源側(cè)設(shè)備年耗電量見表8。3.2方案2:融冰+雙工況制冷機(jī)+標(biāo)準(zhǔn)品優(yōu)待冷在該方案中,空調(diào)(新風(fēng))機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管所需冷量均由低溫冷源系統(tǒng)承擔(dān)。系統(tǒng)采用部分負(fù)荷蓄冰、雙工況主機(jī)與蓄冰裝置串聯(lián)、主機(jī)位于上游的蓄冰供冷形式。蓄冰裝置采用蓄冰盤管,內(nèi)融冰,出水溫度3℃;載冷劑采用乙二醇水溶液,通過板式換熱器間接向空調(diào)系統(tǒng)供冷,一次水溫度3℃/11℃、二次水溫度5℃/13℃的低溫冷水供給新風(fēng)機(jī)組,二次水溫度為13.5℃/18.5℃的高溫冷水供給干工況運(yùn)行的風(fēng)機(jī)盤管。在雙工況螺桿式水冷制冷機(jī)夜間制冰時,基載制冷機(jī)為風(fēng)機(jī)盤管系統(tǒng)和空調(diào)(新風(fēng))機(jī)組系統(tǒng)提供空調(diào)冷水,供回水溫度為7℃/12℃。冷源系統(tǒng)的主要設(shè)備見表9。在該方案中,融冰和雙工況制冷機(jī)共同承擔(dān)整個空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷。和方案1相同,冰蓄冷系統(tǒng)采用融冰優(yōu)先的控制策略。融冰供冷量和雙工況制冷機(jī)白天供冷量分別見圖17,18。對比方案1,由于融冰和雙工況制冷機(jī)承擔(dān)的負(fù)荷增大,即使在負(fù)荷較小的時刻,融冰供冷量仍小于該時刻的負(fù)荷需求,不足的部分仍需開啟雙工況制冷機(jī)補(bǔ)充。因此,雙工況制冷機(jī)的運(yùn)行時間較方案1要長,承擔(dān)的負(fù)荷也增大了。圖19和圖20給出了夏季典型日和過渡季典型日各種冷源承擔(dān)的負(fù)荷。在夏季白天,融冰供冷量為恒定值,不足的冷量由雙工況制冷機(jī)承擔(dān),對比方案1可知,雙工況制冷機(jī)承擔(dān)的負(fù)荷增大了;在夜間,雙工況制冷機(jī)在電力低谷期滿負(fù)荷運(yùn)行制冰,需運(yùn)行7h以上。在過渡季白天,由于負(fù)荷較小,除了剛開啟時刻外,融冰供冷量為恒定值,不足的冷量由雙工況制冷機(jī)承擔(dān)。對比方案1,由于白天融冰供冷量較大,夜間的制冰量也相應(yīng)地增大了。圖21為雙工況制冷機(jī)白天的逐時耗電量。圖22,23分別給出了夏季、過渡季典型日冷源的逐時耗電量,由于雙工況制冷機(jī)制冰時的COP較制冷時的小,且夜間制冰量較大,在過渡季夜間雙工況制冷機(jī)(該方案雙工況制冷機(jī)的性能曲線和方案1的雙工況制冷機(jī)相同)的耗電量要大于白天的耗電量。該方案的冷源側(cè)設(shè)備年耗電量見表10。3.3方案2:回水冷源系統(tǒng)采用3臺離心式冷水機(jī)組和1臺螺桿式冷水機(jī)組承擔(dān)空調(diào)(新風(fēng))機(jī)組和風(fēng)機(jī)盤管所需冷量,供回水溫度為7℃/12℃。冷源系統(tǒng)的主要設(shè)備如表11所示。在該方案中,3臺離心機(jī)和1臺螺桿機(jī)共同承擔(dān)整個空調(diào)系統(tǒng)的負(fù)荷,根據(jù)負(fù)荷的大小確定制冷機(jī)的運(yùn)行臺數(shù)。該方案離心機(jī)和螺桿機(jī)的性能系數(shù)如表12所示。該方案冷源側(cè)設(shè)備年耗電量見表13。4經(jīng)濟(jì)比較4.1方案1：雙冷源系統(tǒng)雙冷源系統(tǒng)的設(shè)備初投資如表14所示。雙冷源系統(tǒng)的投資總額如表15所示。雙冷源系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)如表16所示。北京市分時電價如表17所示。4.22：低溫冷源系統(tǒng)低溫冷源系統(tǒng)的設(shè)備初投資如表18所示。低溫冷源系統(tǒng)的投資總額如表19所示。低溫冷源系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)如表20所示。4.3方案3：傳統(tǒng)冷源系統(tǒng)常規(guī)冷源系統(tǒng)的設(shè)備初投資如表21所示。常規(guī)冷源系統(tǒng)的投資總額如表22所示。常規(guī)冷源系統(tǒng)的年運(yùn)行費(fèi)如表23所示。4.4冰蓄冷方案與常規(guī)系統(tǒng)投資回收期對比對各方案經(jīng)濟(jì)性進(jìn)行比較(見表24)可知,常規(guī)系統(tǒng)的初投資最省,但運(yùn)行費(fèi)最高;低溫冷源方案的初投資額最大,運(yùn)行費(fèi)居中;雙冷源方案的初投資居中,運(yùn)行費(fèi)最低。由此可知,盡管常規(guī)系統(tǒng)的運(yùn)行能耗最小,但由于其消耗的是尖峰、高峰和平段的電能,電價較高,而其他兩個冰蓄冷方案在蓄冰期間消耗的是低價的谷電。因此總的算來,常規(guī)系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)較冰蓄冷方案高。比較兩個冰蓄冷方案可知,雙冷源方案的初投資要少于低溫冷源方案,且運(yùn)行費(fèi)比低溫冷源方案低。因此,雙冷源方案要優(yōu)于低溫冷源方案。為了進(jìn)一步分析經(jīng)濟(jì)性,計(jì)算兩個冰蓄冷方案相對于常規(guī)系統(tǒng)的投資回收期,如表25所示。由表可知,雙冷源系統(tǒng)的投資回收期為4.9a,回收期較短,該方案是可行的。5冷源方案比常規(guī)空調(diào)的優(yōu)勢5.1從技術(shù)上來看,雙冷源系統(tǒng)和低溫冷源系統(tǒng)都為空調(diào)系統(tǒng)提供低溫和高溫冷水,實(shí)現(xiàn)了室內(nèi)環(huán)境的溫、濕度獨(dú)立控制,能夠有效地避免霉菌繁殖等問題。雙冷源系統(tǒng)的高溫冷水直接由制冷機(jī)提供,使得制冷機(jī)的COP得以提高,避免常規(guī)系統(tǒng)中熱、濕聯(lián)合處理所帶來的損失。雙冷源系統(tǒng)和低溫冷源系統(tǒng)均采用冰蓄冷,將電力高峰的負(fù)荷轉(zhuǎn)移到電力低谷。較常規(guī)空調(diào)來說,能夠減少裝機(jī)容量,均衡電網(wǎng)用電負(fù)荷,具有重大的社會效