对某办公大楼供冷热方案的分析

(北京燃气能源发展有限公司，北京 100101)

0 引 言

在供能项目的建设过程中，供能方案选取的合适与否不仅关系到项目运行后末端用户的用能安全、可靠和舒适，同时也关系到投资方的运营成本、投资汇报以及节能减排等方面的要求，所以供暖方案的研究对于供能项目建设尤为重要。影响供能方案的因素很多，包括末端建筑面积、建筑业态、占地面积、业主要求、当地的政策环境等，所以在供能方案的研究过程中，需要综合考虑各方面的因素，力争从容量上，供能形式配比上、经济性上达到最优。

一般办公大楼都有冷热负荷需求，而且采用的供能系统也较多，有采用“常规电制冷机+燃气锅炉”形式的、有采用“内燃机三联供+电制冷机+燃气锅炉”形式的、有采用“直燃机”形式的，并根据末端规模，配以一定容量的调峰设备。这几种供能形式各有利弊，需要根据项目实际情况具体分析。

文中从负荷分析、设备选型、方案对比等方面对某办公大楼供冷热方案进行了详细分析。

1 项目背景

办公大楼位于市区，总建筑面积为62 175.34 m2，地上面积40 876 m2，其中商业面积25 566.7 m2，办公面积15 309.3 m2。由于项目周边没有合适的供冷、热源，所以办公大楼建设方决定委托专业能源服务公司在办公楼地下二层建设能源站以解决投运后的负荷需求。

2 负荷分析

在方案设计中，首先需要对用户端建筑的负荷进行分析，因为负荷大小和需求特点直接决定供能装机的容量和配置模式。末端建筑的负荷需求主要包括冷、热、电、热水、蒸汽等，办公大楼的负荷需求相对简单，只需要夏季制冷负荷、冬季采暖负荷。由于建筑物冷、热负荷的变化规律受诸多因素的影响，因此项目在负荷分析的过程中综合考虑了负荷随室外温度、建筑功能及使用者作息时间变化等各种因素的影响。

由于项目地处河北省南部，冬夏分明。根据当地气候特点，冬季采暖期为11月15日～次年3月15日，共120天，考虑到办公和商业，晚上采用保温供暖即可，每天正常供暖时间为7∶00～22∶00。夏季制冷期为5月15日～9月15日，共120天，考虑到办公和商业，晚上不供冷，每天正常供冷时间为7∶00～22∶00。

通过表2-1统计计算得出夏季设计冷负荷为3373 kW、冬季设计热负荷为2 555 kW，过渡季不需要供能。制冷供回水温度采用7/14 ℃； 采暖供回水温度∶60/50 ℃；冷却水供回水温度∶32/37 ℃。

表1建筑功能及负荷估算表

3 设备选型

设备选型需要结合项目负荷特点进行具体分析。办公大楼电负荷采用市政电网供电，所以不再配内燃机等发电设备；并且没有蒸汽负荷，所以不再配蒸汽锅炉以及蒸汽发生系统。结合本项目负荷特点，可以采用 “常规电制冷机+常规燃气热水锅炉”或者直燃机两种方式供能，现就这两张方式进行对比分析[1]。

(1)直燃机供能方案特点：

①制冷、采暖供应兼用，一机多功能。

②选用先进的燃烧设备，燃烧效率高，燃烧完全，污染物排放量相对较小，可以满足30 mg/m3的排放指标。

③对城市能源季节性的平衡起到一定的积极作用，调整燃气峰谷负荷。

④直燃机集成度高，结构紧凑，体积小，机房占用面积小，安装无特殊要求，使用操作方便。

(2)电制冷+锅炉供能方案特点：

①供冷供热系统各自独立，采用常规供能技术，较成熟。

②夏季制冷采用电能，未充分利用燃气资源，加剧天然气冬夏季用量峰谷差。

③单体设备体积小，吊装运输方便。

④所需机房面积相对较大，同时需要增加配电容量。

由于“常规电制冷机+燃气锅炉”供能方式占地面积较大，而且冷热系统一般单独建设，泵和补水系统的数量都比较多，而采用直燃机供能方式可以实现同一种设备既满足供暖需求又可以满足制冷需求，而且冷温水泵共用，节省了占地，也降低了投资。综上所述，结合项目实际情况，不适合建设“电制冷+燃气锅炉”常规供能方案，本工程推荐采用直燃机供能方案。

主机选择2台BZ150型直燃机，虽然调节灵活，单台机组可以长时间稳定运行，但系统占地大，且造价高。选择1台BZ300型直燃机，机组台数少、占地少，造价低，而且直燃机技术已经成熟，故障率非常低，国内有多个类似成功案例，所以本工程考虑采用1台BZ300型直燃机。

图1 直燃机系统流程

4 运行方式

在制冷工况下，输入热能，使发生器的溴化锂溶液至140 ℃产生水蒸汽，水蒸汽被冷却水冷凝成水，冷凝水进入蒸发器这个高真空环境，骤然蒸发，降温至5 ℃，喷洒到铜管上，使铜管内14 ℃的空调水降温至7 ℃，向中央空调用户提供冷冻水。冷凝水吸收了空调热量变为水蒸汽，被来自发生器的浓溶液吸收，并将热量传递给冷却水，释放到大气中，变稀的溶液被泵到发生器，再次被加热，再次产生水蒸汽，如此循环不已。

在制热工况下，输入热能，加热溴化锂溶液，产生水蒸汽将制热铜管内的水加热，凝结水流回溶液中再次被加热，如此循环不已，保证制热工况下的热水需求。

通过设备自带切换阀完成夏季制冷和冬季供热的切换。

5 方案运行指标

在气源、水源、电源等外部条件具备而且能正常运行的情况下，通过计算得出本项目年供冷量为1.26×104GJ，年供热水量为0.68×104GJ；天然气年耗量为51.38×104Nm3(按燃气热值35 169 kJ/Nm3计),年耗水量为1.26×104t,年耗电量为33.46×104kWh。参照分产系统，可以初步计算出本能源站年节约一次能源折合标煤约266 t，一次能源节能率约29.9%；本能源站CO2年减排量约544 t，减排率约34.96%[2]。

结合设计方案和投资范围，项目工程静态总投资为583.9万元，投资全部自筹。在售冷价格46.6元/m2,售热价格30元/ m2，天然气价格为2.9元/Nm3,自来水价格为5.81元/t，电价为0.678元/kWh的情况下，对其经济性进行测算和评价，得出税后项目投资财务内部收益率为9.64%，税后项目投资回收期为9.43年，所以本工程在财务上是可行的[3]。将建设投资、达产率、供能面积、供热价格及供冷价格作为不确定性因数进行敏感性分析，得到敏感性由强到弱的顺序依次为供冷价格变化、达产率变化、供热价格变化、建设投资变化，因此增强本项目经济性的有效途径为：争取较高的售冷和热价格来保证收益；后期施工过程中严格控制成本费用，降低洽商数量。

6 结束语

(1)结合系统的用能规模和特点，项目具有相对稳定的冷、热负荷需求，有利于系统长时间稳定运行，非常适合采用直燃机供能系统，不仅节约了投资，而且经济效益明显，符合可持续发展的要求。

(2)项目年供冷量约为1.05万GJ；年供热量0.76万GJ；项目年耗电量33.46万kWh，年耗水量1.26万t；年耗气量51.38万m3，供能和能耗水平处于一个比较合理的水平。

(3)本项目静态投资为563.9万元。在供冷价格为46.6元/m2，供热价格为30元/m2的情况下，反算税后项目投资财务内部收益率为9.64%，有着较好的经济效益。

(4)影响项目经济性的因素主要是能源销售价格，所以尽可能的争取较高的能源销售价格来保证收益。