北京某商场办公区冷热源改造分析

文／史向鹏 中国中轻国际工程有限公司 北京 100026

1、项目概况

某商场总建筑面积10.7 万平米，商场总高度24 米。其中，地上建筑面积53075 平米，商场区域建筑面积45145 平米，办公区域建筑面积7930 平米。

商场设置集中的制冷站和锅炉房，均位于地下一层。制冷站内设置2 台2800kw 离心机及1 台1200kw 螺杆机，锅炉房设置2 台2800kw 燃气热水锅炉。无论是冷源还是热源，均未针对办公区域进行独立设置。

项目采用2 管制水系统，冬季供热、夏季供冷。夏季设计供回水温度7/12℃，冬季设计供回水温度60/50℃。

2、现存问题

2.1 商场区、办公区运营时间不一致

目前，办公区域已大面积用于出租，承租方约20 家，涉及到传媒、设计、网络等行业，各公司规模较小且办公时间并不一致。办公区域对于空调的使用时间段约为早8：30 到晚10：00，传媒和互联网公司经常存在加班至凌晨的情况。而商场的运营时间相对固定，为早10 点到晚10点。商场区域与办公区域空调使用时段不一致，制冷机组和锅炉存在“大马拉小车”的情况。

2.2 商场区、办公区总冷热负荷值差别大

商场区及办公区面积相差大，其中，商场区域建筑面积45145 平米，办公区域建筑面积7930 平米。

商场区和办公区对环境的要求不同。商场区属人员短期逗留区域，办公区域属人员长期逗留区域。商场区人员多数处于流动状态，短期停留，对环境温度要求相对宽松。而办公区人员多数处于工作状态，需长期停留，对环境温度要求相对严苛。

参照原有设计说明，商场区总冷负荷为5962kw，总热负荷为4739kw。而办公区总冷负荷为828kw，总热负荷为581kw。商场区域总冷负荷约为办公区域的7.2倍，总热负荷约为办公区域的8.1 倍，冷热负荷相差悬殊。

2.3 商场区、办公区负荷变化情况不一致

以周为单位来分析，商场的负荷峰值主要出现在周末，而办公区的负荷峰值主要出现在周一到周五的上班时间。

以日为单位来分析，商场区人员不稳定，负荷峰值主要出现在11 点到14 点，18 点到21 点这两个区间。而办公区人员相对稳定，负荷峰值主要出现在14 点左右。

商场区、办公区的负荷变化情况无论是以日还是周为单位，均不一致。

2.4 商场区、办公区的独立运营管理部门不同

因运营管理需求，业主方将办公区域和商场区域进行独立运营管理,但在冷热源设置上这两个区域并未分开，故在费用结算上存在争议。现行管理模式，冷热源设备以保证商场的使用为主，并尽可能少的开启设备，降低商场区域的运行费用。故在冬、夏季节均存在办公区域供水温度达不到设计工况要求的情况，进而引起承租方的投诉。

针对以上现存问题，建议对办公区域进行改造，实现办公区与商场区冷热源完全独立。

3、冷热源改造方案

冷热源改造方案的制定需满足以下几个原则：（1）结合国家节能、环保要求，尽量选用绿色可再生能源。（2）能适应轻冷地区气候。（3）满足冬季供热、夏季供冷需求。（4）经济性合理，结合原有系统，尽量减少拆改和更换。

3.1 办公区域现状条件

办公区域共有4 层，其中，二层为业主办公使用，已设置独立的多联机系统，此次不改造；三～五层为本次冷热源负担范围，其主要作为办公空间进行租赁，三到五层建筑面积相同，各层均为2376.3m，共7128.9m。办公区域在二层设有室外设备平台。

办公区域同商场区域一致，也采用2 管制冷热水系统。由制冷站内分集水器单独分一路DN200 水管供应冷、热水，夏季设计供回水温度7/12℃，冬季设计供回水温度60/50℃。整个区域相对独立，办公区域采用风机盘管加新风系统。

在能源方面，本项目燃气基本无余量，变压器在夏季约有400kw 余量。在清洁能源方面，常用的清洁能源主要包含空气源、土壤源、水源，结合项目情况，项目红线范围内无可用于土壤源的埋管空地，附近也无直接满足使用的水源，故此次探讨主要集中在空气源设备上。

3.2 改造方案的确定

办公区域面积较小，尽量选取简单系统达到供冷、供热需求。原系统为水系统，此次改造需将冷热源更换的影响降到最小，保持换热介质不变，尽量做到原有室内末端设备不更换。

本次改造拟选用空气源热泵。空气源热泵是以空气作为冷热源，以水作为冷、热介质，进行供冷、供热。常规的空气源热泵制热能力是在室外干球温度7℃时测量的。对于北京而言，冬季空调室外计算温度-9.9℃，常规的空气源热泵机组在冬季并不适用，需选用低温工况风冷热泵机组。常用的适合小体量项目的风冷热泵机组主要为风冷热泵模块机组及风冷热泵螺杆机组。其主要优缺点详见表1。

表1 风冷模块机及螺杆机优缺点对比表

选取风冷热泵模块机组作为方案一，选取风冷热泵螺杆机组作为方案二。对方案一和方案二的初投资费用、配套费用及运行费用进行经济性对比。

3.2.1 设备初投资费用对比

方案一选用低温风冷热泵模块机组。办公区总冷负荷为828kw，总热负荷为581kw。按照总冷、热负荷进行设备选型，设备需既满足冷负荷要求，也需满足热负荷要求。其中，总热负荷是参照北京冬季空调室外计算温度-9.9℃来计算的，故对应风冷热泵应按照低温工况的制热量（低温制热量是在室外干球温度-12℃时测量的）来进行选取。所选择的热泵型号及相关参数如表2、表3所示。机组主要的参数COP 及IPLV 均满足《公共建筑节能设计标准》（GB50189-2015）中所规定的限值。

表2 低温风冷热泵模块机组选型参数表

表3 低温风冷热泵模块机组运行工况

方案一选取7 台低温风冷热泵模块机组。7 台机组的总制冷量910kw ＞828kw，满足冷负荷需求。因设备低温制热量已考虑带霜运行，且额定低温制热量为室外干球温度-12℃时制热量（冬季空调室外计算温度-9.9℃时制热量会更大），7 台机组的总制热量630kw ＞581kw，满足热负荷需求。

除模块机组外，系统还需设置对应的水泵及定压补水设备。其主要设备参数详见表4。

表4 主要设备参数表

方案二选用低温风冷热泵螺杆机组。与模块机组不同的是，风冷螺杆机组单台制冷、制热量大，单台即可满足办公区冷热负荷需求。但为了考虑冷热源部分的备用性。本项目选取2 台风冷热泵螺杆机组，2 台机组各负担65%的热负荷。其中，设备低温制热量为室外冬季空调室外计算温度-9.9℃时制热量。所选设备参数同样满足国标限值要求。所选择的热泵型号及相关参数如表5、表6所示。

表5 低温风冷热泵螺杆机组选型参数表

表6 低温风冷热泵螺杆机组运行工况

方案二2 台低温风冷热泵螺杆机组总制冷量1276kw＞828kw；单台设备低温制热量385kw ＞377.6kw（65%的热负荷），且总制热量770kw ＞581kw，满足热负荷需求。方案二对应的水泵及定压补水设备除水泵参数略有不同外，其余均相同。其主要设备参数详见表7。

表7 主要设备参数表

除了考虑到设备初投资费用，还应当考虑土建配套费用、供电配套设施费用及设备的拆改、安装等费用。经与造价专业咨询，方案一、方案二配套估算费用详见表8。

表8 配套费用估算表

3.2.2 运行费用对比

本项目运行费用的比较按照满负荷耗电量考虑。风冷热泵在运行中主要的消耗能源为电能，故运行费用高低取决于总耗电量。运行费用及年耗电量的常用简化计算公式为：

式中，F 为运行费用，万元/年；W 为年耗电量，万度/年；P 商业用电价格，北京市商业平时段电价约0.76元/kWh。

式中，N 为用电负荷，kW；d 为年系统运行天数，天/年；t 为日运行时长，小时/天；a1 为负荷年平均系数；a2 为负荷日平均系数；

参照北京市气象条件及本项目特点，对运行参数进行合理的设定。北京地区夏季制冷周期按150 天/年考虑，制热周期按照日平均温度低于5℃的天数考虑，共计123天/年；空调设备开机时间参照现有租户的平均办公时间，每日空调开机时间约12h/d；考虑年负荷波动及日负荷波动，年平均负荷系数取0.7，日平均负荷系数取0.8；按照公式（1）、（2）对本项目冬夏季耗电量及运行费用进行计算，如表9所示：

表9 耗电量及年运行费用统计表

3.2.3 方案比较结论

通过以上计算，在初投资方面，方案一明显占优，其总投资额为91.95 万元，较方案二低51.5 万元；配套费用中，两者相差不大，方案一比方案二相关配套费用高1.5万元；综合来看，方案一总投资费用为139.95 万元，比方案二总投资额低50 万元。

运行费用方面，方案一每年比方案二节省运行费用7.19 万元。可得出结论，无论从总投资费用还是年运行费用来说，方案一为较优方案。

结语：

（1）本文通过对项目调研，对商场及办公区域在运行时间、负荷变化、运行管理等方面进行分析，提出办公区设置独立冷热源的改造方案。（2）结合项目现状条件及能源情况，确定采用低温风冷热泵机组。并对风冷模块机组及风冷螺杆机组两种方案的初投资、配套费用、运行费用进行对比。针对本项目而言，风冷模块机组更为适合。（3）在确定采用风冷模块机组的方案后，改造中还存在一些问题需要校核或分析，如风冷热泵供热水温度较原系统不同，设备运行噪音对周围是否有影响等。下一步，针对这些问题进行分析，以期得到一个更为全面的方案。