220kV变电站不同空调方案的全寿命周期费用比较
2018-10-20何侃
摘要：以220kV变电站中35kV配电装置室内空调选型方案为背景，比较分体空调方案与多联空调方案的全寿命周期费用。对于变电站内的空调房间，从全寿命周期费用角度考虑应尽量采用多联空调方案。随着室内冷负荷、空调运行时间的增加，多联空调方案的全寿命周期所节省的费用也逐渐增加。
关键词：220kV变电站;35kV配电装置室;空调选型;全寿命周期费用
中图分类号：TU271 文献标识码：A文章编号：1672-9129（2018）06-0071-02
The Comparison of Life Cycle Cost about Different Air-conditioning Scheme in 220kV Substation
HE Kan*
（Shanghai Electric Power Design Institute Co.， Ltd.， Shanghai， 200025）
Abstract：Taking the air conditioning scheme of 35kV distribution room in 220kV substation as the back ground， compare the LCC of split air conditioning scheme with variable refrigerant volume air conditioning scheme. For air conditioned rooms in substations， from the perspective of LCC，variable refrigerant volume air conditioning scheme should be used as far as possible. With the increase of indoor cooling load and operation time， the cost savings will increase accordingly.
Keywords：220kV Substation; 35kV distribution room; Scheme of air-conditioning; Life cycle cost
引用：何侃. 220kV变电站不同空调方案的全寿命周期费用比较[J]. 数码設计， 2018， 7（6）： 71-72.
Cite：HE Kan. The Comparison of Life Cycle Cost about Different Air-conditioning Scheme in 220kV Substation[J]. Peak Data Science， 2018， 7（6）： 71-72.
引言
目前国内220kV变电站多数为地上型变电站，其电气设备间散热采用了通风、空调两种方式。根据电气设备运行环境要求，二次设备室、35kV配电装置室内设备运行环境温度均不可超过30℃，否则会对设备的正常运行造成影响。35kV配电装置室室内面积较大，电气设备柜较多，相应的空调冷负荷也比较大，且在高温季节往往要求空调系统长时间持续运行。现以上海220kV团结变电站35kV配电装置室为例，从全寿命周期费用角度对35kV配电装置室内空调方案进行对比研究，分析不同空调方案在不同冷负荷、不同运行时长下的全寿命周期费用差值，为220kV变电站内的空调设计方案提供参考。
1 35kV配电装置室内空调冷负荷的计算
采用HDY软件对35kV配电装置室内逐时冷负荷计算。计算参数为[1]：
夏季室内空调设计温度：28℃
夏季室内空调设计相对湿度：70%
夏季通风室外设计干球温度：31.2℃
夏季空调室外设计干球温度：34.4℃
夏季空调室外设计湿球温度：27.9℃
经过计算，220kV团结变电站内35kV配电装置室内房间内冷负荷指标约为143W/m2，冷负荷逐时负荷数据详见下表1。
2 空调选型方案
由负荷计算结果可见，35kV最大逐时负荷发生在17：00时刻，约为80095W，即80kW。以大金空调产品为例，现可以选择如下两种方案：
2.1 分体柜式空调方案
经过计算，本方案将对35kV配电装置室内设置7台制冷量为12.5kW分体柜式空调。
2.2 多联空调方案
经过计算，本方案将对35kV配电装置室内设置7台多联空调室内机，单台制冷量为12.5kW，1台多联空调室外机，制冷量为89.5kW。
3 选型方案比选
产品全寿命周期费用（LCC）指的是产品在其寿命周期中所耗费的费用总和。概略的说，其应包含采购费用与使用费用。其中采购费用又可详细分为投资额、原始费用、购置费用、制造费用，使用费用又可详细分为人员工资、能源消耗费、保养维修费、运输费、事故停工费等。针对国家电网所管辖的变电站来说，业主方并不关心空调设备的制造能耗，而是更关心空调系统的购置费用（包含安装调试）以及运行维护费用。因此针对变电站内的空调系统，全寿命周期费用比较可简化为下式综合分析[2]：
LCC=IC+OC+DC
其中，IC——一次投资成本
OC——运行成本
DC——报废成本
由于在变电站内空调设备的能源消耗不计入成本，因此‘OC一项仅考虑运维、检修等费用，不考虑能源消耗费。考虑到上述简化后，可将全寿命周期成本简化为全寿命周期成本净年值 NAVLCC。
3.1 分体空调方案
根據大金空调产品样本以及《公共建筑节能设计标准》（DGJ08-107- 2012），分体空调的能效比EER按照3.2计算。空调系统的寿命取15年，每年夏季取120天，由此可以得到一个寿命周期内分体空调方案的费用如下：
由计算结果可见，在空调寿命为15年前提下，分体空调方案全寿命周期成本净年值达到11.528万元。
3.2 多联空调方案
根据大金空调产品样本以及相关文献[3]，多联空调的制冷综合性能系数按照3.7计算。空调系统的寿命取15年，每年夏季取120天，由此可以得到一个寿命周期内分体空调方案的费用如下：
由计算结果可见，在空调寿命为15年前提下，多联空调方案全寿命周期成本净年值达到11.080万元。由计算结果，采用多联空调方案的寿命周期成本要比分体空调方案低，差值达到0.362万元。
3.3 不同条件下的方案比较
（1）不同冷负荷下方案比较
35kV配电装置室内的冷指标约为143W/m2，在分体空调与多联空调方案的初投资中，两种方案具有不同的特点。分体空调方案为每增加一台空调便需要增加一台室外机，而多联空调都只需要一台室外机。因此两种方案的寿命周期费差值用必定会随着室内冷负荷的增加体现出一定的规律。为验证结论，现根据室内负荷（以折合单台制冷量12.5kW分体空调的制冷量为一个计算单位）计算两种方案空调全寿命周期费用，将计算得到的全寿命周期成本净年值差进行曲线表示，详见图1：
由图1，随着房间供冷量的增大，分体空调方案相较于多联空调方案的全寿命周期成本净年值增加更快。即随着房间内的冷负荷增大，从全寿命周期费用角度多联空调方案会更优于分体空调方案。
（2）不同运行时间方案比较
由于220kV团结变电站位于上海地区，根据全国热工设计区划，上海地区属于夏热冬冷地区，因此原方案计算条件将全年空调运行时间假定为120天。若在其他地区空调的年运行时间势必会有一定变化。现以35kV配电装置时冷负荷条件，以空调的年运行天数的不同模拟不同地域内的运行方案，即将空调年运行时间分别假定为30、60、90、120天对两种方案的全寿命周期费用进行对比。由于计算方法相同，在此仅列出计算结果，图2中的差值为分体空调方案的全寿命周期成本净年值超出多联空调方案的费用差。
由图2，随着全年空调运行时间的增加，与房间冷负荷变化时的规律相同，即分体空调方案相较于多联空调方案的全寿命周期成本净年值增加更快，但总体变化幅度不大。即全年空调的运行时间越长，从全寿命周期成本角度考虑多联空调方案会更优于分体空调方案。
4 结束语
（1）在变电站内，业主更关心空调系统的购置费用（包含安装调试）以及运行维护费用，对于设备本身的运行能耗费并不关心。因此空调设备的运行全寿命周期费用可简化为全寿命周期成本净年值 NAVLCC。
（2）从全寿命周期费用角度考虑，220kV变电站中的35kV配电装置室空调采用多联空调方案的费用要比分体式空调的费用要低。以空调寿命15年，每年按全夏季连续运行（120天）考虑，多联空调方案全寿命周期费用比分体空调方案约低0.362万元。
（3）随着冷负荷的增大，分体空调方案的全寿命周期费用增长比多联空调方案更快。当冷负荷达到87.5kW时，分体空调方案的全寿命周期费用将比多联空调方案高约0.460万元。以上海地区国家电网所管辖的约60座220kV变电站而言，选择多联空调方案可节省27.6万元，效益明显。
（4）由于国家电网附属管辖的变电站不记录空调系统本身的运行能耗费用，但对于一般用户变电站而言空调系统的能源消耗费用不可忽视。如何将空调系统的运行能耗费综合考虑入其全寿命周期成本还有待进一步研究，本文对变电站设计者有一定的参考意义。
参考文献：
[1] 民用建筑供暖通风与空气调节设计规范（GB 50736-2012）[Z].北京：中国建筑工业出版社，2012.
[2] 房华荣.基于寿命周期成本（LCC）的暖通空调方案选择的应用研究[D]，2008：18.
[3] 公共建筑节能设计标准（GB50189-2015）[Z]. 北京：中国建筑工业出版社，2015.
[4] 曹程杰.全寿命周期设计理念在智能变电站设计中的应用.《电力科学与工程》.2014
[5] 刘磊.装配式钢构架在220kV变电站建设中的特点及新技术应用.《低碳世界》.2014
