(北京燃氣能源發(fā)展有限公司，北京 100101)

0 引 言

在供能項目的建設過程中，供能方案選取的合適與否不僅關系到項目運行后末端用戶的用能安全、可靠和舒適，同時也關系到投資方的運營成本、投資匯報以及節(jié)能減排等方面的要求，所以供暖方案的研究對于供能項目建設尤為重要。影響供能方案的因素很多，包括末端建筑面積、建筑業(yè)態(tài)、占地面積、業(yè)主要求、當?shù)氐恼攮h(huán)境等，所以在供能方案的研究過程中，需要綜合考慮各方面的因素，力爭從容量上，供能形式配比上、經(jīng)濟性上達到最優(yōu)。

一般辦公大樓都有冷熱負荷需求，而且采用的供能系統(tǒng)也較多，有采用“常規(guī)電制冷機+燃氣鍋爐”形式的、有采用“內(nèi)燃機三聯(lián)供+電制冷機+燃氣鍋爐”形式的、有采用“直燃機”形式的，并根據(jù)末端規(guī)模，配以一定容量的調(diào)峰設備。這幾種供能形式各有利弊，需要根據(jù)項目實際情況具體分析。

文中從負荷分析、設備選型、方案對比等方面對某辦公大樓供冷熱方案進行了詳細分析。

1 項目背景

辦公大樓位于市區(qū)，總建筑面積為62 175.34 m2，地上面積40 876 m2，其中商業(yè)面積25 566.7 m2，辦公面積15 309.3 m2。由于項目周邊沒有合適的供冷、熱源，所以辦公大樓建設方?jīng)Q定委托專業(yè)能源服務公司在辦公樓地下二層建設能源站以解決投運后的負荷需求。

2 負荷分析

在方案設計中，首先需要對用戶端建筑的負荷進行分析，因為負荷大小和需求特點直接決定供能裝機的容量和配置模式。末端建筑的負荷需求主要包括冷、熱、電、熱水、蒸汽等，辦公大樓的負荷需求相對簡單，只需要夏季制冷負荷、冬季采暖負荷。由于建筑物冷、熱負荷的變化規(guī)律受諸多因素的影響，因此項目在負荷分析的過程中綜合考慮了負荷隨室外溫度、建筑功能及使用者作息時間變化等各種因素的影響。

由于項目地處河北省南部，冬夏分明。根據(jù)當?shù)貧夂蛱攸c，冬季采暖期為11月15日～次年3月15日，共120天，考慮到辦公和商業(yè)，晚上采用保溫供暖即可，每天正常供暖時間為7∶00～22∶00。夏季制冷期為5月15日～9月15日，共120天，考慮到辦公和商業(yè)，晚上不供冷，每天正常供冷時間為7∶00～22∶00。

通過表2-1統(tǒng)計計算得出夏季設計冷負荷為3373 kW、冬季設計熱負荷為2 555 kW，過渡季不需要供能。制冷供回水溫度采用7/14 ℃； 采暖供回水溫度∶60/50 ℃；冷卻水供回水溫度∶32/37 ℃。

表1建筑功能及負荷估算表

3 設備選型

設備選型需要結合項目負荷特點進行具體分析。辦公大樓電負荷采用市政電網(wǎng)供電，所以不再配內(nèi)燃機等發(fā)電設備；并且沒有蒸汽負荷，所以不再配蒸汽鍋爐以及蒸汽發(fā)生系統(tǒng)。結合本項目負荷特點，可以采用 “常規(guī)電制冷機+常規(guī)燃氣熱水鍋爐”或者直燃機兩種方式供能，現(xiàn)就這兩張方式進行對比分析[1]。

(1)直燃機供能方案特點：

①制冷、采暖供應兼用，一機多功能。

②選用先進的燃燒設備，燃燒效率高，燃燒完全，污染物排放量相對較小，可以滿足30 mg/m3的排放指標。

③對城市能源季節(jié)性的平衡起到一定的積極作用，調(diào)整燃氣峰谷負荷。

④直燃機集成度高，結構緊湊，體積小，機房占用面積小，安裝無特殊要求，使用操作方便。

(2)電制冷+鍋爐供能方案特點：

①供冷供熱系統(tǒng)各自獨立，采用常規(guī)供能技術，較成熟。

②夏季制冷采用電能，未充分利用燃氣資源，加劇天然氣冬夏季用量峰谷差。

③單體設備體積小，吊裝運輸方便。

④所需機房面積相對較大，同時需要增加配電容量。

由于“常規(guī)電制冷機+燃氣鍋爐”供能方式占地面積較大，而且冷熱系統(tǒng)一般單獨建設，泵和補水系統(tǒng)的數(shù)量都比較多，而采用直燃機供能方式可以實現(xiàn)同一種設備既滿足供暖需求又可以滿足制冷需求，而且冷溫水泵共用，節(jié)省了占地，也降低了投資。綜上所述，結合項目實際情況，不適合建設“電制冷+燃氣鍋爐”常規(guī)供能方案，本工程推薦采用直燃機供能方案。

主機選擇2臺BZ150型直燃機，雖然調(diào)節(jié)靈活，單臺機組可以長時間穩(wěn)定運行，但系統(tǒng)占地大，且造價高。選擇1臺BZ300型直燃機，機組臺數(shù)少、占地少，造價低，而且直燃機技術已經(jīng)成熟，故障率非常低，國內(nèi)有多個類似成功案例，所以本工程考慮采用1臺BZ300型直燃機。

圖1 直燃機系統(tǒng)流程

4 運行方式

在制冷工況下，輸入熱能，使發(fā)生器的溴化鋰溶液至140 ℃產(chǎn)生水蒸汽，水蒸汽被冷卻水冷凝成水，冷凝水進入蒸發(fā)器這個高真空環(huán)境，驟然蒸發(fā)，降溫至5 ℃，噴灑到銅管上，使銅管內(nèi)14 ℃的空調(diào)水降溫至7 ℃，向中央空調(diào)用戶提供冷凍水。冷凝水吸收了空調(diào)熱量變?yōu)樗羝?，被來自發(fā)生器的濃溶液吸收，并將熱量傳遞給冷卻水，釋放到大氣中，變稀的溶液被泵到發(fā)生器，再次被加熱，再次產(chǎn)生水蒸汽，如此循環(huán)不已。

在制熱工況下，輸入熱能，加熱溴化鋰溶液，產(chǎn)生水蒸汽將制熱銅管內(nèi)的水加熱，凝結水流回溶液中再次被加熱，如此循環(huán)不已，保證制熱工況下的熱水需求。

通過設備自帶切換閥完成夏季制冷和冬季供熱的切換。

5 方案運行指標

在氣源、水源、電源等外部條件具備而且能正常運行的情況下，通過計算得出本項目年供冷量為1.26×104GJ，年供熱水量為0.68×104GJ；天然氣年耗量為51.38×104Nm3(按燃氣熱值35 169 kJ/Nm3計),年耗水量為1.26×104t,年耗電量為33.46×104kWh。參照分產(chǎn)系統(tǒng)，可以初步計算出本能源站年節(jié)約一次能源折合標煤約266 t，一次能源節(jié)能率約29.9%；本能源站CO2年減排量約544 t，減排率約34.96%[2]。

結合設計方案和投資范圍，項目工程靜態(tài)總投資為583.9萬元，投資全部自籌。在售冷價格46.6元/m2,售熱價格30元/ m2，天然氣價格為2.9元/Nm3,自來水價格為5.81元/t，電價為0.678元/kWh的情況下，對其經(jīng)濟性進行測算和評價，得出稅后項目投資財務內(nèi)部收益率為9.64%，稅后項目投資回收期為9.43年，所以本工程在財務上是可行的[3]。將建設投資、達產(chǎn)率、供能面積、供熱價格及供冷價格作為不確定性因數(shù)進行敏感性分析，得到敏感性由強到弱的順序依次為供冷價格變化、達產(chǎn)率變化、供熱價格變化、建設投資變化，因此增強本項目經(jīng)濟性的有效途徑為：爭取較高的售冷和熱價格來保證收益；后期施工過程中嚴格控制成本費用，降低洽商數(shù)量。

6 結束語

(1)結合系統(tǒng)的用能規(guī)模和特點，項目具有相對穩(wěn)定的冷、熱負荷需求，有利于系統(tǒng)長時間穩(wěn)定運行，非常適合采用直燃機供能系統(tǒng)，不僅節(jié)約了投資，而且經(jīng)濟效益明顯，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。

(2)項目年供冷量約為1.05萬GJ；年供熱量0.76萬GJ；項目年耗電量33.46萬kWh，年耗水量1.26萬t；年耗氣量51.38萬m3，供能和能耗水平處于一個比較合理的水平。

(3)本項目靜態(tài)投資為563.9萬元。在供冷價格為46.6元/m2，供熱價格為30元/m2的情況下，反算稅后項目投資財務內(nèi)部收益率為9.64%，有著較好的經(jīng)濟效益。

(4)影響項目經(jīng)濟性的因素主要是能源銷售價格，所以盡可能的爭取較高的能源銷售價格來保證收益。