广州某地下商业人防工程平时冷源方案比选

谢艺强 刘承东 罗文海

广州市市政工程设计研究总院

1 工程概况

本项目位于广东省广州市，该项目地面为公园，地下为人防工程， 地下空间平时功能为地下商业街和车库， 共计两层， 其中地下一层为商业， 地下商业包括有商铺、 超市和餐饮， 负二层为地下车库， 负一层和负二层均设防。地下商业夏季供冷，其负荷估算如表 1所示， 需供冷建筑面积为15484m2， 夏季最大冷负荷约3954 kW。

表1 冷负荷估算指标及总负荷表

2 冷源方案技术比选

结合本项目的功能要求， 空调冷源主要考虑以下几方面因素：

1） 本项目地面为公园， 选用设备以不影响公园环境为宜， 包括对公园景观和噪声控制的影响。

2） 本项目为地下商业， 其与地铁车站接驳， 人流量大， 且设有餐饮， 空调耗能较大， 采用较高节能水平的设备及系统， 降低运营成本。

3） 运行远期人流更多， 本项目设计在满足近期和中期的负荷要求的基础上， 系统考虑远期负荷增大情况下系统改造扩建的方便性。

4） 本项目为人防工程， 应避免管线穿越人防的结构墙。

综述， 该项目拟采用蒸发冷却式冷水机组作为冷源。蒸发冷却式冷水机组利用蒸发式冷凝技术， 结构上将冷凝器和冷却塔合二为一， 不需要冷却塔和冷却水泵， 结合本项目特点， 相对传统的冷源系统 （式冷水机组， 冷却水泵， 冷却塔） 具有以下几方面的优势 [1-2] ：

1） 不需要冷却塔， 避免采用传统水冷式冷水机组系统中冷却水塔 “飞水” 、 “白雾”[3]等缺点对公园景观影响。 本工程覆土有3m， 蒸发冷却式冷水机组半埋地下安装， 其机组高度相对冷却塔低 1m， 对地面景观影响相对较小， 使得周围景观美好舒适。

2） 蒸发冷却式冷水机组相当于把冷水机组,冷却水泵和冷却塔三种设备一体化， 不需要对冷却水泵和冷却塔的系统控制， 系统的控制更便捷， 可更好预测和补偿空调负荷的变化， 调节更快更稳定。系统更简洁， 能效更高， 能到达国家一级能效标准。

3） 蒸发冷却式冷水机组可安装于室外， 地下不需要冷水机房， 节省土建投资以及相应的冷水机房的通风设备投资和运行费。远期冷源设备的扩建只需于地面完成， 不仅便于扩建， 且地下空间的利用率更高。同时避免冷却水管由地面穿越负一层人防板到负二层，冷冻水管由负二层穿越人防板至负一层， 提高了人防工程的可靠性。

然而， 蒸发冷却式冷水机组也存在缺陷：

1） 蒸发冷却式冷水机组由于是冷水机组、 冷却水泵和冷却塔三种设备一体化， 导致了其单台机组的制冷量不能太大。对于特大工程冷负荷较大， 需要设备台数较多。

2） 蒸发冷却式冷水机组， 相对传统的冷源系统的冷却塔， 存在压缩机噪声， 虽然少了冷却塔大功率风机和冷却水滴落声音， 但两者的噪声相差不大。冷冻水泵安装地面， 整体而言， 噪声比单独的设置冷却塔噪声大。根据到厂家考察， 在没有消声处理措施情况，其噪声达到83dB(A)。 根据项目功能的要求， 对机组压缩机和整体设备进行消声处理， 可使机组的噪声达到76 dB(A)左右。

针对上述噪声较大缺陷， 本工程处理如下： 冷水机组下沉安装，下沉四周种植高度不小于 1m 的绿篱， 同时蒸发冷却式冷水机组的压缩机要求设置密闭消声箱体降低噪声。除保证冷水机组蒸发降温需要的空间外， 其他冷冻水泵安装空间加盖， 减少噪声影响。

3 冷源方案经济比选

虽然蒸发冷却式冷水机组有很多的优势， 但不能回避的是造价问题， 其造价相对较高。因此， 不可仅从技术方面下结论， 需进行经济性比较。

3.1 方案选择

方案一：采用传统水冷式冷水机组+冷却水泵+冷却塔。选用3台相同冷量的水冷式冷水机组（以下简称冷水机组）， 每台机组的冷量为 1318 kW。机组性能 （COP） 为 5.6， 达到国家二级能耗标准。系统运行时根据负荷需求确定冷水机组运行台数。

方案二： 采用蒸发冷却式冷水机组。 选用3台相同冷量的蒸发冷却式冷水机组， 每台机组的冷量为1317 kW， 机组性能 （COP） 为4.88。

两个方案详细设备组成和参数如表2所示。

表2 方案详表

3.2 边界条件

地下商业从早上8:00运行，晚 上22:00关门，每 天运行时间为14 h，根 据文献[1]并考虑到广州地区的实际情况，空 调运行时间按8个月计，即Tp为3360 h。

根据文献[4]，当 量满负荷运行时间商业τE1=800 h，饮 食店τE2= 1000 h，以 上数据为日本数据。考虑到气候的差异，日 本的天气相当于我国的寒冷地区，我国寒冷地区冷机的运行时间为1337 h。广州的当量满负荷运行时间以日本的当量满负荷乘以3360/1337=2.51。分别算得广州地区的当量满负荷运行时间，其 中商铺τE1= 2008h，饮 食τE2= 2510 h。建筑的综合当量满负荷运行时间τE= (2008×2765+2510×1189)÷3954=2159 h。空调的年冷负荷Qa=2159×3954=8.54×106 kW· h/a，负 荷率ξR=2159÷3360=0.643。

普通式冷水机组造价2000元 /RT，蒸 发冷却式冷水机组造价2800元/RT，冷 却塔350元/吨。电 费1.02元/kWh，水 费3.46元/吨。

假定末端设备及其管道系统形式一致，故 经济比较不考虑此部分系统。

3.3 初投资对比

初投资主要包括土建投资和设备投资， 设备投资对比如表3所示， 方案二的设备投资比方案一多51万元， 高出 28%。

表3 设备投资对比

地下土建规模一样， 节省面积则作为车库折算成收入。

1） 地下土建规模两个方案对比

方案一： 需要布置专门的制冷机房， 大概的布局如图1， 占地面积为212m2。 按每个车位需要的空间为35m2/辆计算， 在规模不变的情况下， 少 6个车位。

图1 方案一制冷机房布置示意图

方案二： 不需要布置专用的制冷机房。

2） 地面占地对比见图2， 方案一占地面积201m2，方案二232m2， 地面占地面积接近。

图2 地面占地对比

3.4 运行费用对比

运行费用主要包括设备运行电费和耗水费用。设备运行电费对比如表4所示， 由表可知， 采用蒸发冷却式冷水机组方案每年可节约电费 14.66万元。设备运行用耗水费用对比如表5所示，采用蒸发冷却式冷水机组方案每年可节约水费9.12万元。总计方案二每年可节省运行费用23.78万元。

表4 运行电费对比

表5 运行水费对比

3.5 综合各项经济比对

年经常费（YTC）法以系统的年经常费为判断依据， 并认为经常费用最低的空调方案， 即为最优化的设计。年经常费可近似按下式计算：

式中： COF为为固定费用， 包括设备折旧费用和利息；COP为运行费。

设备折旧的补偿年限根据文献[4]选取为15年。

综合上述各项经济对比分析， 两个方案年经常费如表6所示， 采用方案二， 年经常费低21万元， 即为较优空调冷源方案。

表6 年经常费对比

4 总结

通过对两种方案的经济技术比较， 可以得出以下结论。

1） 相对传统冷源系统， 采用蒸发冷却式冷水机组初投资较高， 但系统运行较节能， 年经常费用可节约20万元。

2） 采用蒸发冷却式冷水机组运行耗电、 耗水较少，对节能减排具有重要的意义。

3）采用蒸发冷却式冷水机组对于地面公园环境影响较低， 可以杜绝 “飞水” 、 “白雾” 现象， 更有利于营造美好舒适周边环境。

4）采用蒸发冷却式冷水机组不需要专用的冷水机房， 更有利于远期空调系统的扩建。

参考文献

[1] 宋应乾,龙惟定,黄翔.低碳经济下的蒸发冷却节能空调技术[J].暖通空调,2010,(7):55-57

[2] 谢晓云,江亿,刘拴强,等.间接蒸发冷水机组设计开发及性能分析[J].暖通空调,2007,37(7):66-71

[3] 朱文杰.湿式冷却塔白烟现象分析与解决方案[J].制冷空调与电力机械,2010,31(4):20-23

[4] 陆耀庆.实用供热空调设计手册(第二版)[M]. 北京: 中国建筑工业出版社,2008