五棵松文化體育中心冷熱源項(xiàng)目設(shè)計(jì)講解

1、五棵松文化體育中心冷熱源項(xiàng)目設(shè)計(jì)工程概況 (一級(jí) )五棵松文化體育中心總建筑面積約 35 萬(wàn)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(huì)對(duì)今后的運(yùn)營(yíng)成本產(chǎn)生很大影響。為滿足奧運(yùn)設(shè)計(jì)大綱對(duì)節(jié)能與環(huán)保的要求，并充分考慮業(yè)主的經(jīng)濟(jì)利益，我們?cè)诠こ淘O(shè)計(jì)初期對(duì)冷熱源形式進(jìn)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(méi)有完全在工程中實(shí)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(yàn)。整個(gè)體育中心建筑類型多樣，不同功能建筑的最大負(fù)荷出現(xiàn)在不同時(shí)間，具有一定的互補(bǔ)條件，

2、而且建筑較為集中，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(shí)賽后存在負(fù)荷不穩(wěn)定的問(wèn)題，如果對(duì)其單獨(dú)考慮能源供應(yīng)系統(tǒng)，容易造成設(shè)備投資的浪費(fèi)，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(fù)荷的互補(bǔ)作用，可以彌補(bǔ)場(chǎng)館建筑負(fù)荷的不穩(wěn)定性，提高能源設(shè)備的利用率和整個(gè)能源系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)性。五棵松體育中心作為北京 08 年奧運(yùn)會(huì)規(guī)劃安排的一處主要比賽場(chǎng)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(yùn)、科技 奧運(yùn) ”的理念，還應(yīng)考慮到實(shí)際運(yùn)營(yíng)的經(jīng)濟(jì)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(diǎn)，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

3、 燃?xì)忮仩t供熱 +電制冷 +市政供電l 內(nèi)燃機(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn) +電制冷補(bǔ)充 +市政供電補(bǔ)充其他的冷熱源方案也曾被考慮過(guò)，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(chǎng)地，但冷熱負(fù)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(lái)滿足冷熱負(fù)荷要求，同時(shí)設(shè)備初投資價(jià)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(zhǎng)、運(yùn)行管理復(fù)雜被業(yè)主否定。負(fù)荷預(yù)測(cè) (一級(jí) )負(fù)荷的預(yù)測(cè)是進(jìn)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

4、基本特征，對(duì)典型建筑類型的負(fù)荷進(jìn)行逐時(shí)模擬計(jì)算，其原理如圖 1 和圖 2 所示。 冷熱負(fù)荷的模擬計(jì)算是基于建筑能耗模擬軟件 DeST 進(jìn)行的，電 負(fù)荷的計(jì)算模擬軟件則是在大量實(shí)地調(diào)研的基礎(chǔ)上而進(jìn)行研究開(kāi)發(fā)的。圖 3圖 8 為各項(xiàng)負(fù)荷預(yù)測(cè)和計(jì)算結(jié)果。表1 對(duì)各項(xiàng)負(fù)荷的最大值 和全年累計(jì)值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)和匯總，表中電負(fù)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(shí)使用率的數(shù)值。需要說(shuō)明的是，由于空調(diào)方式特別是冷源的類型，對(duì)電負(fù)荷會(huì)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(méi)有確定之前，在對(duì)電負(fù)荷進(jìn)行模擬時(shí)，先只對(duì)不包含冷源

5、耗電的電負(fù)荷進(jìn)行模擬，而最終的電負(fù)荷大小只有在冷源確定之后，才能最終確定。方案 1(城市熱網(wǎng)供熱+電制冷 +市政供 電)( 一級(jí) )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(jī)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(jì)指標(biāo)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?xì)忮仩t+電制冷 )( 一級(jí) )方案 2 中采暖及生活 熱水的供應(yīng)采用燃?xì)忮仩t，制冷利用電壓標(biāo)如表 5表 7 所示?？s制冷機(jī)，主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指內(nèi)燃機(jī)熱電冷聯(lián)產(chǎn)方案(一級(jí) )熱電冷聯(lián)產(chǎn)方案的聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)部分主要包括燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)、余熱型吸收機(jī)，輔助的常規(guī)能源系統(tǒng)部分包括電制冷機(jī)、吸收機(jī)、鍋爐等。

6、熱電冷聯(lián)產(chǎn)的工作原理是：采用燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)發(fā)電，承擔(dān)體育中心峰平電期間的基本負(fù)荷，不足電量由市電補(bǔ)充;在發(fā)電同時(shí)，回收其排放廢熱及冷卻水熱量，用于供熱和制冷。發(fā)電動(dòng)力系統(tǒng)采用多臺(tái)高效燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)組合形式，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)部分負(fù)荷下的高效運(yùn)行，同時(shí)提高系統(tǒng)的可靠性 ;制冷系統(tǒng)采用吸收機(jī)利用內(nèi)燃機(jī)排放的中高溫廢熱制冷，不足冷量由常規(guī)制冷方式來(lái)補(bǔ)充 (圖 9所示 )。供熱系統(tǒng)采用回收機(jī)組冷卻水熱量及煙氣廢熱，不足熱量由燃?xì)忮仩t或直燃機(jī)補(bǔ)足。整個(gè)方案的突出技術(shù)特點(diǎn)是：實(shí)現(xiàn)能源的梯級(jí)、高效利用，保證聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的可靠、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 (圖 10 所示 )。聯(lián)產(chǎn)系統(tǒng)的運(yùn)行策略總原則是：峰平電期間發(fā)電機(jī)發(fā)電運(yùn)行，不足電量由市電補(bǔ)充

7、，谷電期間發(fā)電機(jī)停機(jī)買電;過(guò)渡季節(jié)，采取以熱 定電的原則。本方案選用 2 臺(tái)單機(jī) 電功率在 2200kW 左右的燃?xì)鈨?nèi)燃機(jī)，其單臺(tái) 發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)外，輔助設(shè)備可選用電 壓縮冷機(jī)與直燃機(jī)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(jī)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(yùn)行指標(biāo)如表 9 和表 10 所示，技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)如表 11 13?？偨Y(jié) (一級(jí) )經(jīng)濟(jì)性能評(píng)價(jià) (二級(jí) )按照北京市的分時(shí)電 價(jià)和目前如采用常規(guī)電制冷實(shí)行的單一電 價(jià)計(jì)算出的運(yùn)行費(fèi)用和回收年限見(jiàn)表 14、 15。盡管不同電價(jià)的計(jì)算方案造成運(yùn)行成本

8、有顯著變化，但燃?xì)忮仩t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(wú)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 ;由于體育中心建筑以商 業(yè)建筑為主，熱負(fù)荷較小，如果采用按面積收費(fèi)的城市熱網(wǎng)供熱方式，運(yùn)行費(fèi)用也偏高。方案 3 的選擇充分考慮了發(fā)電機(jī)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(jī)容量，只要滿足最小電負(fù)荷要求即可，冷熱量不足部分由鍋爐和電制冷機(jī)負(fù)擔(dān)，這在一定程度上增加了初投資和購(gòu)電成本，減少了收益。技術(shù)性能評(píng)價(jià) (二級(jí) )三個(gè)方案的供冷方式區(qū)別很小，技術(shù)評(píng)價(jià)應(yīng)主要集中在供熱方面。方案 1( 城市

9、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(diǎn)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)?；静皇芟拗疲梢员M可能靠近負(fù)荷中心建站，熱量輸送能耗小 ;用戶側(cè)設(shè)備簡(jiǎn)單，運(yùn)行管理方便，還可委托專業(yè)公司代管。此方案的缺點(diǎn)是：供暖按面積收費(fèi)，高大空間 (高度 超過(guò) 4 米 )按雙倍收費(fèi)，這對(duì)于自由熱較大的商業(yè)建筑來(lái)說(shuō)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?jǐn)偅竟こ逃玫刂車挥幸?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(kāi)始供暖和結(jié)束供暖的時(shí)間有規(guī)定，不

10、能完全按照實(shí)際需求運(yùn)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(fèi)用。方案 2(燃?xì)忮仩t +電制冷 )是較為經(jīng)濟(jì)的方案，用戶完全可以按照需要決定供熱運(yùn)行時(shí)間; 所負(fù)擔(dān)的燃料費(fèi)用清楚，可以根據(jù)消耗控制運(yùn)行成本;運(yùn)行管理比較簡(jiǎn)單、方便，很多鍋爐都能實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守自動(dòng)運(yùn)行模式。缺點(diǎn)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(duì)景觀有影響，實(shí)際 工程中常常很難找到地方;雖然燃?xì)忮仩t的燃燒效率較高，但對(duì)清潔能源的利用率仍低于其他 2 個(gè)方案。方案 3 熱電冷聯(lián)產(chǎn)方 案對(duì)清潔能源可實(shí)現(xiàn)梯級(jí)、高效的利用，符合奧運(yùn) “三大理 念”的要求，直接利用清

11、潔能源供冷、供熱和供電，真正實(shí)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(shí)減少了購(gòu)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(shì) ; 利用 發(fā)電余熱供冷、供熱減少了購(gòu)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)的啟停;所負(fù)擔(dān)的燃料費(fèi)用清 楚，可以根據(jù)消耗控制運(yùn)行成本。此方案的缺點(diǎn)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(yán) 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(yùn)行管理復(fù)雜，在目前整個(gè)行 業(yè)運(yùn)行管理水平很低的情況下，只能 委托專業(yè)公司代管 ;機(jī)房及煙囪設(shè)置位置受到限制，還不能隨 意選擇廠址; 燃?xì)庀牧看?，運(yùn)行成本受其