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1、五棵松文化體育中心冷熱源項目設(shè)計工程概況(一級)五棵松文化體育中心總建筑面積約35萬平方米，主要由奧林匹克籃球館、商業(yè)、餐飲、展覽廳、辦公、影院等組成，空調(diào)的冷、熱源消耗量非常大，選擇何種能源形式，不僅關(guān)系到工程建設(shè)的初期投資規(guī)模，還會對今后的運營成本產(chǎn)生很大影響。為滿足奧運設(shè)計大綱對節(jié)能與環(huán)保的要求，并充分考慮業(yè)主的經(jīng)濟利益，我們在工程設(shè)計初期對冷熱源形式進行了一些分析研究。由于很多客觀條件的限制，分析的結(jié)果并沒有完全在工程中實現(xiàn)。但其分析研究方法，可為一般大型復(fù)雜工程冷熱源的選擇提供一些有益的經(jīng)驗。整個體育中心建筑類型多樣，不同功能建筑的最大負荷出現(xiàn)在不同時間，具有一定的互補條件，而且建筑2、較為集中，能源供應(yīng)比較適合于集中能源站的方式。另外，籃球館在賽時賽后存在負荷不穩(wěn)定的問題，如果對其單獨考慮能源供應(yīng)系統(tǒng)，容易造成設(shè)備投資的浪費，而將體育館的能源供應(yīng)統(tǒng)一納入商業(yè)建筑中，不同建筑類型負荷的互補作用，可以彌補場館建筑負荷的不穩(wěn)定性，提高能源設(shè)備的利用率和整個能源系統(tǒng)運營的經(jīng)濟性。五棵松體育中心作為北京08年奧運會規(guī)劃安排的一處主要比賽場地，其能源供應(yīng)首先應(yīng)保證安全可靠，充分體現(xiàn)“綠色奧運、科技奧運”的理念，還應(yīng)考慮到實際運營的經(jīng)濟性。根據(jù)體育中心周邊現(xiàn)有或規(guī)劃的市政條件及建筑特點，其能源系統(tǒng)的供應(yīng)方式主要有以下幾種可能的方案：l 城市熱網(wǎng)供熱+電制冷+市政供電l 燃氣鍋爐供熱+電制3、冷+市政供電l 內(nèi)燃機熱電冷聯(lián)產(chǎn)+電制冷補充+市政供電補充其他的冷熱源方案也曾被考慮過，本工程所處位置的地質(zhì)條件很適合做水源熱泵，體育館周圍雖有很大的打井場地，但冷熱負荷需求大的商業(yè)設(shè)施周圍用地卻比較緊張，難以打足夠數(shù)量的井來滿足冷熱負荷要求，同時設(shè)備初投資價格也偏高，建設(shè)單位難以接受，此方案首先被排除。而電制冷加冰蓄冷的方案也是由于回收期限長、運行管理復(fù)雜被業(yè)主否定。負荷預(yù)測(一級)負荷的預(yù)測是進行冷熱源方案比較和分析的基礎(chǔ)。在建筑的規(guī)劃階段，一般只能確定該建筑最基本的信息，如建筑的使用功能和相應(yīng)面積等。因而，我們只能在大量的調(diào)研分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)該建筑類型的基本特征，對典型建筑類型的負荷進4、行逐時模擬計算，其原理如圖1和圖2所示。冷熱負荷的模擬計算是基于建筑能耗模擬軟件DeST進行的，電負荷的計算模擬軟件則是在大量實地調(diào)研的基礎(chǔ)上而進行研究開發(fā)的。圖3圖8為各項負荷預(yù)測和計算結(jié)果。表1對各項負荷的最大值和全年累計值進行了統(tǒng)計和匯總，表中電負荷均不包含冷源耗電;生活熱水配套商業(yè)和籃球館最大值分別為1600kW和2300kW，表中為考慮同時使用率的數(shù)值。需要說明的是，由于空調(diào)方式特別是冷源的類型，對電負荷會產(chǎn)生較大影響，而冷源耗電與方案的冷源選擇有關(guān)，因而，在冷熱源方案沒有確定之前，在對電負荷進行模擬時，先只對不包含冷源耗電的電負荷進行模擬，而最終的電負荷大小只有在冷源確定之后，才能5、最終確定。方案1(城市熱網(wǎng)供熱+電制冷+市政供電)(一級)方案1采用城市熱網(wǎng)供熱，并提供利用生活熱水;夏季利用電制冷機為空調(diào)供冷，全部使用市政供電，此方案的主要技術(shù)經(jīng)濟指標如表2表4所示，其中生活熱水供應(yīng)設(shè)備含在熱力站投資內(nèi)。方案2(燃氣鍋爐+電制冷)(一級)方案2中采暖及生活熱水的供應(yīng)采用燃氣鍋爐，制冷利用電壓縮制冷機，主要技術(shù)經(jīng)濟指標如表5表7所示。內(nèi)燃機熱電冷聯(lián)產(chǎn)方案(一級)熱電冷聯(lián)產(chǎn)方案的聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)部分主要包括燃氣內(nèi)燃機、余熱型吸收機，輔助的常規(guī)能源系統(tǒng)部分包括電制冷機、吸收機、鍋爐等。熱電冷聯(lián)產(chǎn)的工作原理是：采用燃氣內(nèi)燃機發(fā)電，承擔體育中心峰平電期間的基本負荷，不足電量由市電補充;在發(fā)6、電同時，回收其排放廢熱及冷卻水熱量，用于供熱和制冷。發(fā)電動力系統(tǒng)采用多臺高效燃氣內(nèi)燃機組合形式，實現(xiàn)系統(tǒng)部分負荷下的高效運行，同時提高系統(tǒng)的可靠性;制冷系統(tǒng)采用吸收機利用內(nèi)燃機排放的中高溫廢熱制冷，不足冷量由常規(guī)制冷方式來補充(圖9所示)。供熱系統(tǒng)采用回收機組冷卻水熱量及煙氣廢熱，不足熱量由燃氣鍋爐或直燃機補足。整個方案的突出技術(shù)特點是：實現(xiàn)能源的梯級、高效利用，保證聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的可靠、經(jīng)濟運行(圖10所示)。聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的運行策略總原則是：峰平電期間發(fā)電機發(fā)電運行，不足電量由市電補充，谷電期間發(fā)電機停機買電;過渡季節(jié)，采取以熱定電的原則。本方案選用2臺單機電功率在2200kW左右的燃氣內(nèi)燃機，其單臺7、發(fā)動機額定性能參數(shù)如下表8：制冷系統(tǒng)除了聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)中的余熱吸收機外，輔助設(shè)備可選用電壓縮冷機與直燃機的組合形式;供熱系統(tǒng)除了煙氣和缸套水供熱外，還可選用直燃機和鍋爐作為輔助供熱設(shè)備，主要的設(shè)備參數(shù)和全年能源系統(tǒng)運行指標如表9和表10所示，技術(shù)經(jīng)濟指標如表1113。總結(jié)(一級)經(jīng)濟性能評價(二級)按照北京市的分時電價和目前如采用常規(guī)電制冷實行的單一電價計算出的運行費用和回收年限見表14、15。盡管不同電價的計算方案造成運行成本有顯著變化，但燃氣鍋爐方案要略優(yōu)于城市熱網(wǎng)方案，這主要是由以下兩方面原因造成的：由于體育中心周圍原無城市熱網(wǎng)管線，引入管線增加了市政外網(wǎng)的投資，使得此方案投資偏高;由于體育中8、心建筑以商業(yè)建筑為主，熱負荷較小，如果采用按面積收費的城市熱網(wǎng)供熱方式，運行費用也偏高。方案3的選擇充分考慮了發(fā)電機組與市電連接的困難因素，只向內(nèi)部供電，不向電網(wǎng)輸送電力，所以采用了最小規(guī)模的發(fā)電裝機容量，只要滿足最小電負荷要求即可，冷熱量不足部分由鍋爐和電制冷機負擔，這在一定程度上增加了初投資和購電成本，減少了收益。技術(shù)性能評價(二級)三個方案的供冷方式區(qū)別很小，技術(shù)評價應(yīng)主要集中在供熱方面。方案1(城市熱網(wǎng)+電制冷)是常規(guī)的冷熱源方案，在北京城市熱網(wǎng)能夠覆蓋的地區(qū)，大多采用此方案，其主要優(yōu)點是：市政熱力供熱可靠;熱電廠的熱量是發(fā)電余熱，能源利用率高;熱交換站建設(shè)位置及規(guī)模基本不受限制，可以9、盡可能靠近負荷中心建站，熱量輸送能耗小;用戶側(cè)設(shè)備簡單，運行管理方便，還可委托專業(yè)公司代管。此方案的缺點是：供暖按面積收費，高大空間(高度超過4米)按雙倍收費，這對于自由熱較大的商業(yè)建筑來說很不合理;外網(wǎng)建設(shè)成本高，部分市政管線的建設(shè)投資要由用戶分攤，本工程用地周圍只有規(guī)劃熱力管線，如果用熱需要較高的室外熱網(wǎng)投資，這也是初投資成本高的主要原因;冬季開始供暖和結(jié)束供暖的時間有規(guī)定，不能完全按照實際需求運行;夏季市政熱網(wǎng)有檢修期，生活熱水供應(yīng)不能間斷的用戶需要設(shè)置備用熱源，也增加了初投資費用。方案2(燃氣鍋爐+電制冷)是較為經(jīng)濟的方案，用戶完全可以按照需要決定供熱運行時間;所負擔的燃料費用清楚，可10、以根據(jù)消耗控制運行成本;運行管理比較簡單、方便，很多鍋爐都能實現(xiàn)無人值守自動運行模式。缺點是：鍋爐房的建設(shè)位置受到限制，承壓鍋爐需要單建鍋爐房;煙囪的設(shè)置對景觀有影響，實際工程中常常很難找到地方;雖然燃氣鍋爐的燃燒效率較高，但對清潔能源的利用率仍低于其他2個方案。方案3熱電冷聯(lián)產(chǎn)方案對清潔能源可實現(xiàn)梯級、高效的利用，符合奧運“三大理念”的要求，直接利用清潔能源供冷、供熱和供電，真正實現(xiàn)了節(jié)能減排;用戶自己發(fā)電，在增加供電可靠性的同時減少了購電成本，在大規(guī)模電網(wǎng)不斷受到挑戰(zhàn)的今天，分布式能源方式逐漸顯現(xiàn)出其優(yōu)勢;利用發(fā)電余熱供冷、供熱減少了購買電力和熱力的成本;用戶也可以按照需要決定供熱系統(tǒng)的啟11、停;所負擔的燃料費用清楚，可以根據(jù)消耗控制運行成本。此方案的缺點是：由于現(xiàn)行政策的限制，發(fā)電設(shè)備與市政電網(wǎng)的連接受到嚴格限制，還處在“一事一議”階段，難以大量推廣;初投資成本較高，系統(tǒng)運行管理復(fù)雜，在目前整個行業(yè)運行管理水平很低的情況下，只能委托專業(yè)公司代管;機房及煙囪設(shè)置位置受到限制，還不能隨意選擇廠址;燃氣消耗量大，運行成本受其價格控制。結(jié)論(一級)在五棵松文化體育中心工程的實際建設(shè)中，由于建設(shè)方資金不足、建設(shè)周期緊和缺少供電部門的政策支持等原因，最終還是選擇了體育館與商業(yè)分期建設(shè)，分別設(shè)冷熱源機房，采用電制冷+城市熱網(wǎng)供熱的方案。從本工程冷熱源確定的方式可以看出，節(jié)能還不是唯一的判定標準。隨著能源價格的不斷提高，在確定冷熱源方案時，節(jié)能的作用會逐漸顯現(xiàn)出來。