天津滨海某项目能源方案对比分析

江崇旭/铁道第三勘察设计院集团有限公司

天津滨海某项目能源方案对比分析

江崇旭/铁道第三勘察设计院集团有限公司

建筑节能已成为我国国民经济发展中的一个重要方面，尤其是空调能耗支出达到建筑总运行费用支出的30％以上。本文在综合考虑了各方案的可靠性、环保性、经济性、适应性、节能性、示范性等方面的因素，对实际项目的几种可行方案进行综合比对分析，并利用权重赋值法对各方案进行综合评分。结果表明集中地源热泵系统在此项目中是十分适合的。研究方法及结论已经应用于该项目中，并对今后类似工程具有指导意义。

能源站；环保；多因素分析；权重赋值

1.引言

能源已经成为全球经济与社会发展的基本动力。能源的大量消耗，不仅大大加快了传统化石能源的耗竭速度，同时还排放出大量的SO2、CO2、NOx和烟尘，给生态环境造成极大破坏，导致地球变暖，自然灾害频繁，严重制约了全球经济的发展。为了推动全社会节约能源，提高能源利用效率，保护和改善环境，促进经济社会全面协调可持续发展，1997年我国颁布了《中华人民共和国节约能源法》，2005年颁布了《中华人民共和国可再生能源法》。建筑节能已成为我国国民经济发展中的一个重要方面，已有资料表明，空调能耗支出达到建筑总运行费用支出的30％以上[1]，因此对空调系统能源方案进行对比分析、优化选择意义重大。本文在综合考虑了各方案的可靠性、环保性、经济性、适应性、节能性、示范性等方面的因素，对s实际项目的几种可行方案进行综合比对分析，并利用权重赋值法对各方案进行综合评分。

2.基础数据

本文进行综合比对分析所采用的基础数据如下：室外设计参数[2]：夏季空调室外计算干球温度：33.4℃；夏季空调室外计算湿球温度：26.9℃；夏季空调日平均温度：29.2℃；冬季空调室外计算温度：-11℃；冬季通风室外计算温度：-4℃；夏季平均室外风速：2.6m/s；冬季平均室外风速：3.1m/s。室内设计参数：冬季：展厅及办公区域：t=20℃，ψ≮30％；车间：t≮10℃。夏季：展厅及办公区域：t=25℃，ψ=40-60％。经计算空调冷负荷为29304kW。综合考虑到车间空间较高，冷风渗透及冷风侵入耗热量较高及车间内设计采暖温度不必过高（采用10℃），空调热负荷为18755kW。因此，设计中以夏季制冷放热为准即可满足要求。

3.方案综合对比分析

3.1 初选方案

经过前期的论证分析，共得出六种可行的初选方案，记为方案1～方案6：分散机房+市政热网、分散机房+地源热泵、一个制冷站+市政热网、一个制冷站+地源热泵、两个制冷站+市政热网、两个制冷站+地源热泵。根据空调负荷计算结果，并综合考虑建筑的同时使用系数及制冷站长距离输配冷水过程中产生的管道温升（对于一个制冷站管道温升取0.3℃，对于两个制冷站管道温升取0.24℃），计算出各方案制冷集中数量如下：在方案1、方案2中选取198Ton螺杆机组60台；在方案3、方案4中选取10kVA，1800Ton离心式制冷机组5台；方案5、方案6选取10kVA，1800Ton离心式制冷机组9台。

3.2 技术比较

分散机房能源系统建在用户附近，大大减少水路管网压力损耗及管网温升，其运行灵活性高并可以参与电网调峰，保护电网安全运行，同时此技术相对简单但非常成熟，系统可靠性高风险小。但是采用分散机房的用户机房配置必须按照最大冷负荷再加上一定系数来配置，配电也增大很多，分散机房的占地远远超过集中机房，减少了很多可销售面积。集中制冷站占地面积小，充分利用了多用户的同时使用系数，总装机容量小，运行费用低于分散机房，制冷设备设在制冷机房内，便于维修。但是其输配能耗高，系统运行的灵活性不如分散机房。市政热网技术相对简单但非常成熟，系统可靠性高风险小，但城市热网有季节性，不能实现过渡季供热；热网一次侧能源利用率相对较低。地源热泵系统低碳节能环保，制冷时cop高技术较成熟；供热采用地源热泵方案后，不用再引入外网供热，可节省配套费用，地源热泵机组工况稳定，机组运行可靠，维护费用底，使用寿命长；运行时噪音低，又不排放废气和废弃物，对空气不造成热污染，能有效的控制军团菌的滋生，保障了人们的身心健康；同时整体美观、可节省占地面积，改善建筑物的外部形象。

3.3 节能环保性比较

能源站的节能环保性主要体现在不同制冷供热形式产生的能源消耗和污染物排放量，现对各方案进行一次能源消耗与碳排放计算。计算涉及的基础数据[3]：供热/供冷用电标准煤耗量——0.22/0.34(kg/kW•h电)，城市供热标准煤耗量——0.0986（kg/kWh热），CO2排放量：1kg标准煤——2.62kg。

表1 不同制冷与供热形式单位冷、热量的能源消耗和排放

根据表1数据可以计算空调冷、热源方案的一次能源消耗与碳排放，结果见表2。

表2 每年一次能源消耗与碳排放

3.4 项目适应性分析

定义冷、热源方案项目适应性指，①能否满足占地面积小并减少空调设施外露装置；②能否体现“节能、减排、低碳”的政府要求，利用可再生能源并最大限度减少因空调设施运行产生的排放特别是现场排放。

采用分散机房方案时，机房总占地面积为1800㎡；采用一个制冷站方案时，机房占地面积为459㎡；采用两个制冷站方案时，机房总占地面积为688㎡。采用地源热泵方案时，可以节省土地资源，产生附加经济效益，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，美观性较好；采用接市政热网方案时，设置较多的冷却塔，冷却塔体积庞大，外形不美观，工作时产生烟雾，严重影响了建筑的美观性。

3.5 经济性分析比较

项目空调冷、热源方案经济分析数据主要包括：

初投资：能源增容费用，制冷站主机初投资，站房其他附属设备及管道初投资，设备配电设施费等。

运行费用：电费，运行管理费等。

表3 冷、热源方案经济分析基础数据表

3.5.1 初投资计算。

表4 初投资比较数据表（单位：万元）

3.5.2 年运行费用计算。

年运行耗电费用计算公式如下：

式中F——年运行耗电费用，万元/年；M——系统负荷率；Pi——第i种设备装机功率，kW；Di——第i种设备年运行天数，天；Hi——第i种设备每天运行时间，取10h；Oi——电费，取1元/kwh。

表5 各方案年运行费用数据比较表（单位：万元）

3.5.3年经营成本估算:

表6 冷、热源方案经济分析结果数据比较表（单位：万元）

3.6 评价方法

本文将包括经济性、占地面积因素、景观适应性与节能减排要求在内的，对最终方案的合理性与优化有影响的诸多因素归纳为五项：可靠性、经济性、节能与低碳、项目适应性、先进性与示范性。并根据各分项因素的重要性赋予相应的权重值，总分为100。

表7 初选方案多因素评价结果

4.结语

在综合考虑了各方案的可靠性、环保性、经济性、适应性、节能性、示范性等方面的因素，对实际项目的几种可行方案进行综合比对分析，并利用权重赋值法对各方案进行综合评分。结果表明此项目集中制冷站联合地源热泵能源站系统最为适用。相对于结论本文的研究方法更为重要，所采用的多因素权重赋值方法科学合理，值得今后相似工程的借鉴。

[1]GB50019-2003．采暖通风与空气调节设计规范[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]王沣浩，王东洋，罗昔联.既有建筑围护结构能耗模拟及节能分析[J].建筑科学,2007,23(2):22～26.

江崇旭（1987.11），男，助理工程师，2013年毕业于天津大学，供热供燃气通风及空调工程专业工学硕士。