北京市建築設計研究院範瓏諸群飛
清華大學建築技術系李輝
摘要：本文對五顆松文化體育中心的三種集中冷熱源方案（城市熱網+電製冷，燃氣鍋爐+電製冷、以及熱電冷聯產）進行了經濟效能和技術效能的分析比較，並根據工程實際情況選擇了實施方案。
關鍵詞：冷熱源負荷**熱電冷聯產經濟性方案比較
0.引言
五棵松文化體育中心總建築面積約35萬平方公尺，主要由奧林匹克籃球館、商業、餐飲、展覽廳、辦公、影院等組成，空調的冷、熱源消耗量非常大，選擇何種能源形式，不僅關係到工程建設的初期投資規模，還會對今後的運營成本產生很大影響。為滿足奧運設計大綱對節能與環保的要求，並充分考慮業主的經濟利益，我們在工程設計初期對冷熱源形式進行了一些分析研究。由於很多客觀條件的限制，分析的結果並沒有完全在工程中實現。
但其分析研究方法，可為一般大型複雜工程冷熱源的選擇提供一些有益的經驗。
整個體育中心建築型別多樣，不同功能建築的最大負荷出現在不同時間，具有一定的互補條件，而且建築較為集中，能源**比較適合於集中能源站的方式。另外，籃球館在賽時賽後存在負荷不穩定的問題，如果對其單獨考慮能源**系統，容易造成裝置投資的浪費，而將體育館的能源**統一納入商業建築中，不同建築型別負荷的互補作用，可以彌補場館建築負荷的不穩定性，提高能源裝置的利用率和整個能源系統運營的經濟性。
五棵松體育中心作為北京08年奧運會規劃安排的一處主要比賽場地，其能源**首先應保證安全可靠，充分體現「綠色奧運、科技奧運」的理念，還應考慮到實際運營的經濟性。
根據體育中心周邊現有或規劃的市政條件及建築特點，其能源系統的**方式主要有以下幾種可能的方案：
● 城市熱網供熱＋電製冷＋市政供電
● 燃氣鍋爐供熱＋電製冷＋市政供電
● 內燃機熱電冷聯產＋電製冷補充＋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條件很適合做水源熱幫浦，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設施周圍用地卻比較緊張，難以打足夠數量的井來滿足冷熱負荷要求，同時裝置初投資**也偏高，建設單位難以接受，此方案首先被排除。而電製冷加冰蓄冷的方案也是由於**期限長、執行管理複雜被業主否定。
1.負荷**
負荷的**是進行冷熱源方案比較和分析的基礎。在建築的規劃階段，一般只能確定該建築最基本的資訊，如建築的使用功能和相應面積等。因而，我們只能在大量的調研分析的基礎上，根據該建築型別的基本特徵，對典型建築型別的負荷進行逐時模擬計算，其原理如圖1和圖2所示。
冷熱負荷的模擬計算是基於建築能耗模擬軟體dest進行的，電負荷的計算模擬軟體則是在大量實地調研的基礎上而進行研究開發的。
圖3～圖8為各項負荷**和計算結果。表1對各項負荷的最大值和全年累計值進行了統計和彙總，表中電負荷均不包含冷源耗電；生活熱水配套商業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值。
需要說明的是，由於空調方式特別是冷源的型別，對電負荷會產生較大影響，而冷源耗電與方案的冷源選擇有關，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後，才能最終確定。
表1 負荷彙總表
2.方案1（城市熱網供熱＋電製冷＋市政供電）
方案1採用城市熱網供熱，並提供利用生活熱水；夏季利用電製冷機為空調供冷，全部使用市政供電，此方案的主要技術經濟指標如表2～表4所示，其中生活熱水**裝置含在熱力站投資內。
表2 城市熱網+電製冷方案的裝置投資估算
表3 城市熱網+電製冷方案的建設投資估算
表4 城市熱網+電製冷方案的年執行管理費用估算
3.方案2（燃氣鍋爐＋電製冷）
方案2中採暖及生活熱水的**採用燃氣鍋爐，製冷利用電壓縮製冷機，主要技術經濟指標如表5～表7所示。
表5燃氣鍋爐+電製冷方案的裝置投資估算
表6 燃氣鍋爐+電製冷方案的建設投資估算
表7燃氣鍋爐+電製冷方案的年執行管理費用估算
4.內燃機熱電冷聯產方案
熱電冷聯產方案的聯產系統部分主要包括燃氣內燃機、餘熱型吸收機，輔助的常規能源系統部分包括電製冷機、吸收機、鍋爐等。
熱電冷聯產的工作原理是：採用燃氣內燃機發電，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；在發電同時，**其排放廢熱及冷卻水熱量，用於供熱和製冷。發電動力系統採用多台高效燃氣內燃機組合形式，實現系統部分負荷下的高效執行，同時提高系統的可靠性；製冷系統採用吸收機利用內燃機排放的中高溫廢熱製冷，不足冷量由常規製冷方式來補充（圖9所示）。
供熱系統採用**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特點是：實現能源的梯級、高效利用，保證聯產系統的可靠、經濟執行（圖10所示）。
聯產系統的執行策略總原則是：峰平電期間發電機發電執行，不足電量由市電補充，谷電期間發電機停機買電；過渡季節，採取以熱定電的原則。
本方案選用2臺單機電功率在2200kw左右的燃氣內燃機，其單台發動機額定效能引數如下表8：
表8 燃氣內燃機額定效能引數表
製冷系統除了聯產系統中的餘熱吸收機外，輔助裝置可選用電壓縮冷機與直燃機的組合形式；供熱系統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裝置，主要的裝置引數和全年能源系統執行指標如表9和表10所示，技術經濟指標如表11～13。
表9 主要裝置參數列
表10 全年能源系統執行指標
表11聯產方案的裝置投資估算
表12聯產方案建設投資估算表
表13聯產方案的年執行管理費用估算
5.總結
5.1 經濟效能評價
按照北京市的分時電價和目前如採用常規電製冷實行的單一電價計算出的執行費用和**年限見表14、15。
表14 投資及執行費用一覽表
表15 增量投資**年限一覽表
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