經(jīng)驗介紹： 合肥萬達城內(nèi)區(qū)免費制冷的經(jīng)濟性分析
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作者：陳宏
本文研究了這兩種內(nèi)區(qū)供冷方式在滿足室內(nèi)設(shè)計要求的前提下，哪種方式更具有經(jīng)濟性。
1 工程概述
本項目位于安徽省合肥市，建筑面積約為19萬m2，地下一層為超市和車庫，地上一層為各主力店和步行街，地上二、三層為各娛樂設(shè)施如餐飲、電玩、KTV、影廳等。過渡季節(jié)和冬季室內(nèi)設(shè)計溫度為200C，夏季設(shè)計冷負荷為14000kW，過渡季節(jié)和冬季內(nèi)區(qū)冷負荷為1540kW。
2 采用冷卻塔免費制冷分析
2.1冷卻塔免費制冷形式選擇
采用冷卻塔免費供冷，即在室外氣象參數(shù)滿足特定條件時，通過增設(shè)的管路及設(shè)備，使冷卻水不經(jīng)過空調(diào)機組換熱，直接或間接向空調(diào)系統(tǒng)供冷[2]。
冷卻塔免費制冷主要分為開式冷卻塔直接供冷、開式冷卻塔間接供冷、閉式冷卻塔供冷和冷凍機制冷劑制冷循環(huán)=為了保障系統(tǒng)運行的可靠性和穩(wěn)定性，目前的空調(diào)系統(tǒng)多選擇間接式供冷系統(tǒng)[3]，故本工程擬選用該種開式冷卻塔間接供冷。
2.2冷卻塔切換溫度的確定
在系統(tǒng)運行時，冷卻塔冷卻水的出口水溫很大程度上是由室外空氣濕球溫度決定的。對于一種結(jié)構(gòu)已確定的冷卻塔而言，在一定的流量下，冷卻水理論上能降低到的極限溫度為當時室外空氣的濕球溫度。過渡季節(jié)和冬季室內(nèi)冷負荷減小時，冷凍水供水設(shè)計溫度可以適當提高至10～15℃不等；對于間接供冷系統(tǒng)，由于增加一個板式換熱器的換熱溫差，一般取1～30C；實際情況下冷卻塔出口冷卻水設(shè)計溫度一般比空氣濕球溫度高3～50C。
冷卻塔切換的臨界溫度計算公式如下：
式中：TEX為冷卻塔供冷的切換溫度，℃；
為末端冷凍水的供水溫度，冷卻塔供冷時可取10～15℃：△KEX為板式換熱器的換熱溫差，而對于間接冷卻塔供冷時取1～3℃；△
為冷卻塔的冷幅，取2～100C[4]。
2.3本項目具體設(shè)計
針對該項目，在原有的空調(diào)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增設(shè)了一個與制冷機組并聯(lián)的板式換熱器，在冬季和過渡季室外氣象參數(shù)滿足條件時，系統(tǒng)采用該模式運行，冷水機組停止工作，通過三通換向閥使冷卻水從冷卻塔進來后通過板式換熱器與循環(huán)的冷凍水進行熱交換，冷凍水與冷卻水不直接接觸，避免了冷凍水系統(tǒng)受冷卻水的水質(zhì)影響造成腐蝕和堵塞等現(xiàn)象。根據(jù)式(1)
中各值的取值范圍并查閱相關(guān)文獻得知，可以將濕球溫度7～100C作為切換溫度。
過渡季節(jié)非全空氣系統(tǒng)內(nèi)區(qū)冷負荷為1540kW；冷凍水設(shè)計供回水溫度為70C/120C，板式換熱器溫降為1℃，冷卻水側(cè)進出水設(shè)計溫度為80C/13 0C，冬季冷卻塔冷幅按3℃考慮，當室外濕球溫度到達100C或以下時，可以利用冷卻塔和板式換熱器間接供冷。根據(jù)負荷估算結(jié)果，過渡季節(jié)和冬季建筑內(nèi)區(qū)的冷負荷為夏季空調(diào)冷負荷的11%左右。室外濕球溫度9℃作為免費供冷臨界溫度，則干球溫度約為120C以下時，可以關(guān)閉冷水機組，采用冷卻塔免費供冷。假定空調(diào)運行時間為9:00～21:00，通過大致統(tǒng)計全年供冷運行時間為4745h，可以采用免費供冷時間為1681h，約占全年總供冷時間的35.4%。4月份和10月份可采用免費供冷時間很少，故可以近似認為這兩個月不適合采用免費供冷，則實際可采用免費供冷的月份為1月、2月、3月、1 1月和12月，共1636h，占全年供冷時間的34.5%。時間分布見表1。
2.4經(jīng)濟性分析
2.4.1新風預熱費用
采用冷卻塔免費制冷時室外空氣同樣需要預熱至120C送人，預熱時間約為1600h，室外空氣平均溫度為6.040C，焓值i3約為10.4 kJ/kg，6℃時空氣密度取p=1.263kg/m3，合肥商用燃氣價格3.66元／Nm3，則采用新風預熱所需燃氣費用按下式計算：
式中：i2、i3表示室內(nèi)外空氣焓值，kJ/kg;G表示新風量，m3／(h．p)；
表示空氣密度，k/m3；S表示區(qū)域面積，m2；t表示內(nèi)區(qū)供冷時間，h；表示燃氣鍋爐效率；n表示人
員密度，m2/p。
商鋪：Q =(18.6-10.4) x20 x1.263 x15231 x1600/0.94/4=1342479784kJ，耗氣量為37349Nm3，燃氣費13.67萬元；
電玩：Q=(18.6-10.4) x30 x1.263 x1468 x1600/0.94/3=258782788kJ，耗氣量為7199Nm3，燃氣費2.63萬元；
KTV:Q=(18.6-10.4) x20 x1.263 x2796 x1600/0.94/2.5=394308815kJ，耗氣量為10969Nm3，燃氣費4.01萬元：
餐飲：Q=(18.6 -10.4) x25 x1.263 x12 730 x1600/0.94/2.5=2244076902kJ，耗氣量為62426Nm3．燃氣費22.85萬元。
預熱所需燃氣費用共約43.17萬元／年。
2.4.2風機運行費用
風機盤管加新風的模式中新風機耗電量按以下方法計算[5]：風量G約為24000m3／h，風機的最大耗功率取0.48W/(m3/h)，則總耗電量=24000 x0.48 x1600/1000=18432kWh，電費為22.12萬元／年。
室內(nèi)總處理風量取10次換氣次數(shù)，則單位面積風量為3 2m3／h，而單位面積新風量為7.5m3/h，所以風機盤管單位面積處理風量為24.5m3/h，風機的最大耗功率取0.12W／(m3/h)，則風盤開啟耗電量為2.94W／m2，則免費制冷期間風機盤管運行耗電量：Q=32225x2.94x1600/1000=151586kWh，合肥電價為1.20元/kWh，則電費為18.2萬元／年。
2.4.3初投資費用
參考文獻[6]中實例投資對本工程項目簡單分析如下，新風部分與常規(guī)系統(tǒng)不存在差異，冷卻水通過板式換熱器與冷凍水進行換熱，參考該文獻中板式換熱器性能和價格，約為1200元/m2，換熱器兩側(cè)溫差按10C計算，傳熱系數(shù)按6000W／(m2.0C)，可換算得出每kW換熱量（即內(nèi)區(qū)供冷量）需增加的設(shè)備初投資約200元，板式換熱器所接管道閥門及自控等以設(shè)備投資50%估算，則系統(tǒng)增加的初投資約為300元/kW，風機盤管加新風系統(tǒng)中，考慮120C新風承擔的供冷能力，則風機盤管需負擔的內(nèi)區(qū)冷量為933kW，所增加的設(shè)備初投資約279776元（27.98萬元）。此時需考慮冷卻塔在室外溫度低于00C時（約62h）系統(tǒng)內(nèi)的水在結(jié)冰的可能，系統(tǒng)應當設(shè)置增加前文所述輔助加熱設(shè)施，此時設(shè)備初投資增加量將比27,98萬元略高，同時電加熱運行時增大一定耗電量，估計為29.4萬元。
3 采用常規(guī)方式內(nèi)區(qū)供冷
如采用冷水機組供冷，則在可采用前兩種方式的1600h中，系統(tǒng)總制冷量為2464000kWh，運行工況下COP約為5.1，耗電量為483137kWh，安徽省商業(yè)用電平均電價約為1.20元/kWh，需用電費579764.7元（約57.98萬元）。
新風需處理到室內(nèi)狀態(tài)點200C送入，焓值i4約為29.5kJ/kg，室外空氣平均溫度為6.040C，焓值i3約為10.4kJ/kg，6℃時空氣密度取
=1.263kg/m3，合肥商用燃氣價格3.66元/Nm3，則采用預熱新風所需燃氣費用計算參照式(2)。
商鋪：Q=(29.5-10.4) x20 x1.263 x15231x1600/0.94/4=3126995594kJ，耗氣量為86986Nm3，燃氣費31.84萬元；
電玩：Q=(29.5-10.4)x3 0x1.263 x1468x1600/0.94/3=602774543kJ，耗氣量為16768Nm3，需耗燃氣費6.14萬元；
KTV:Q=(29.5-10.4) x20 x1.263 x2796 x1600/0.94/2.5=918451020kJ，耗氣量為25549Nm3，需耗燃氣費9.35萬元；
餐飲：Q=(29.5-10.4) x25 x1.263 x12730 x1600/0.94/2.5=5227057174kJ，耗氣量為145405Nm3，需耗燃氣費53.22萬元；
共計預熱所需燃氣費用約100.54萬元／年。
4 兩種方式綜合比較
由表2可知，采用冷卻塔免費制冷的方式，在室外溫度達到運行要求時，可以滿足內(nèi)區(qū)供冷的要求，除增加板式換熱器和部分管道外，其余設(shè)備與常規(guī)系統(tǒng)相同。內(nèi)區(qū)供冷時冷水機組不運行，僅靠運行冷卻塔實現(xiàn)制冷要求。
根據(jù)表2可知，采用免費制冷方式比常規(guī)方式節(jié)省能源費115.35萬元／年，增加初投資費用約29.4萬元，0.5年內(nèi)可回收初投資增加成本，回收期短，節(jié)能性很好。
5 總結(jié)
采用開式冷卻塔間接式免費供冷需要在原有的空調(diào)系統(tǒng)上增設(shè)部分設(shè)備和控制系統(tǒng)，并且需要注意防止循環(huán)水結(jié)冰來保證系統(tǒng)運行的可靠性，這些將會增加系統(tǒng)的初投資費用及控制管理難度，但該內(nèi)區(qū)供冷方式能夠在保證內(nèi)區(qū)設(shè)計溫度的同時，體現(xiàn)較好的經(jīng)濟性，大幅降低能耗，值得推廣采用。
6摘 要：
針對合肥地區(qū)的萬達實際項目，比較免費制冷和常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)兩種方式的內(nèi)區(qū)冷系統(tǒng)初投資，并根據(jù)當?shù)氐哪茉磧r格，比較兩種方式的全年運行費用，得出了該項目免費制冷的回收期。結(jié)果表明，采用免費制冷的方式進行內(nèi)區(qū)供冷雖然造成初投資略有增加，但使能耗降低較多，具有較好的經(jīng)濟性。
