南京地鐵冷水機(jī)組選擇與全壽命周期費(fèi)用分析論文
摘要： 本文結(jié)合南京地鐵南北線一期工程冷水機(jī)組的選擇辦法，進(jìn)行冷水機(jī)組的全壽命周期費(fèi)用分析。重點(diǎn)就冷水機(jī)組在經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)的能耗費(fèi)用與其初投資進(jìn)行了比較，闡述了重視冷水機(jī)組COP值、IPLV值的必要性。力求做到合理的功能配置、經(jīng)濟(jì)的全壽命周期費(fèi)用下價(jià)值的提升，同時(shí)也為選用和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)類(lèi)似設(shè)備提供了一點(diǎn)借鑒和參考。 關(guān)鍵詞：冷水機(jī)組，全壽命周期費(fèi)用，功能，成本，能耗費(fèi)用，COP值，IPLV值
一、 項(xiàng)目背景
南京地鐵南北線一期工程項(xiàng)目南起小行，北至邁皋橋，是南京市快速軌道交通路網(wǎng)的骨干線路。線路全長(zhǎng)16.90公里，設(shè)有13座車(chē)站，其中地下車(chē)站8座、高架及地面車(chē)站5座。
本工程8座地下車(chē)站均設(shè)有空調(diào)通風(fēng)系統(tǒng)。車(chē)站冷凍機(jī)房一般布置在車(chē)站地下一層或地下二層。冷凍機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)有水冷螺桿式冷水機(jī)組、清水泵等設(shè)備，為車(chē)站公共區(qū)及設(shè)備管理用房提供空調(diào)冷源。
本工程每座地下車(chē)站設(shè)一至兩個(gè)冷凍機(jī)房，每個(gè)冷凍機(jī)房?jī)?nèi)設(shè)有兩至三臺(tái)水冷螺桿式冷水機(jī)組。按照有關(guān)規(guī)定，對(duì)8座地下車(chē)站內(nèi)的34臺(tái)水冷螺桿式冷水機(jī)組采用國(guó)內(nèi)公開(kāi)招標(biāo)的方式進(jìn)行采購(gòu)。
從地鐵工程運(yùn)營(yíng)角度考慮，在冷水機(jī)組選型參數(shù)基本確定的情況下，進(jìn)行設(shè)備全壽命周期費(fèi)用分析是選擇冷水機(jī)組的關(guān)鍵所在。
二、 全壽命周期費(fèi)用分析
設(shè)備的壽命周期包含物理壽命、折舊壽命、技術(shù)壽命、經(jīng)濟(jì)壽命等，本文討論的全壽命周期，更多地是考慮設(shè)備的經(jīng)濟(jì)壽命，即指設(shè)備從開(kāi)始使用到再繼續(xù)使用在經(jīng)濟(jì)上已不合理為止的全部時(shí)間。
冷水機(jī)組的全壽命周期費(fèi)用由冷水機(jī)組設(shè)備投資及其使用費(fèi)用組成。設(shè)備投資包括冷水機(jī)組供貨價(jià)格、安裝費(fèi)等；設(shè)備使用費(fèi)包括冷水機(jī)組能耗費(fèi)、維修保養(yǎng)費(fèi)、人員工資等。
我們用價(jià)值工程為主的方法研究冷水機(jī)組選擇與全壽命周期費(fèi)用的關(guān)系。價(jià)值工程是著重功能分析，力求以最低的全壽命周期費(fèi)用，可靠地實(shí)現(xiàn)對(duì)象的必要功能的有組織的創(chuàng)造性活動(dòng)。
價(jià)值工程的基本表達(dá)式為V=F/C，其中V代表價(jià)值，F(xiàn)代表功能，C代表成本，即全壽命周期費(fèi)用。冷水機(jī)組選擇的價(jià)值取向應(yīng)是合理的功能配置、經(jīng)濟(jì)的全壽命周期費(fèi)用下價(jià)值的提升。考慮到設(shè)備投資是通過(guò)市場(chǎng)公平競(jìng)爭(zhēng)確定，冷水機(jī)組選擇的價(jià)值工程分析的主要思路放在確定合理功能，追求冷水機(jī)組使用費(fèi)的降低上，特別是其能耗費(fèi)用。
三、 冷水機(jī)組能耗費(fèi)用分析
1． 根據(jù)南京地鐵南北線一期工程空調(diào)通風(fēng)初步設(shè)計(jì)文件可知：
（1）、遠(yuǎn)期高峰全線總設(shè)計(jì)計(jì)算冷量為20478kW；
（2）、空調(diào)最小新風(fēng)工況的室外空氣焓：h≥70kJ/kg；空調(diào)全新風(fēng)工況的室外空氣焓：54kJ/kg≤h≤70kJ/kg；
（3）、遠(yuǎn)期、中期、近期最小新風(fēng)工況全線日平均單位小時(shí)冷負(fù)荷分別為：12287kW、8191Kw、6143Kw;
（4）、遠(yuǎn)期、中期、近期全新風(fēng)工況全線日平均單位小時(shí)冷負(fù)荷分別為：5369kW、3580kW、2685 kW；
（5）、冷水機(jī)組遠(yuǎn)期、中期、近期運(yùn)行工況分別為：7年、10年、8年。
2、冷水機(jī)組的電耗及電費(fèi)
查閱《南京氣象統(tǒng)計(jì)資料》可知：在每日5：00-23：00（列車(chē)通行時(shí)間）內(nèi)，全年最小新風(fēng)工況為997小時(shí)、全新風(fēng)工況為1209小時(shí)，則冷水機(jī)組年運(yùn)行時(shí)間為2206小時(shí)且大部分時(shí)間冷水機(jī)組在部分負(fù)荷工況下運(yùn)行。若參照ARI550-98關(guān)于"冷水機(jī)組在部分負(fù)荷工況條件下的制冷性能系數(shù)綜合指標(biāo)IPLV值（kW/kW）"即IPLV=0.01A+0.42B+0.45C+0.12D，其中A、B、C、D分別為冷水機(jī)組在100%、75%、50%、25%負(fù)荷運(yùn)行時(shí)的COP值（kW/kW)，并假設(shè)冷水機(jī)組的IPLV值為5.844（本項(xiàng)目投標(biāo)文件所提供的IPLV值的算術(shù)平均值）、經(jīng)濟(jì)壽命為25年、電價(jià)為0.6元/kW.h，則冷水機(jī)組在經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)的電耗為：
[（12287×997+5369×1209）×7+（8191×997+3580×1209）×10+（6143×997+2685×1209）×8]÷5.844=331101178÷5.844=56656601(Kw.h)
冷水機(jī)組在經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)的運(yùn)行電費(fèi)為：56656601×0.6=33993960(元)。
3、蒸發(fā)器、冷凝器水阻電耗及電費(fèi)
蒸發(fā)器、冷凝器水阻電耗N=（L1×H1+L1×H2）÷(3600×ηs)(kW)。其中L1、L2分別為蒸發(fā)器、冷凝器的水流量，單位為m3/h；H1、H2分別為蒸發(fā)器、冷凝器的水阻力，單位為Kpa；ηs為水泵機(jī)組的效率。經(jīng)計(jì)算，本項(xiàng)目投標(biāo)文件所提供的蒸發(fā)器、冷凝器水阻電耗的綜合算術(shù)平均值約為175kW。因本工程空調(diào)冷凍水、冷卻水系統(tǒng)均為定流量，則蒸發(fā)器、冷凝器水阻在冷水機(jī)組經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)的電耗為：175×2206×25=9651250(kW.h) 運(yùn)行電費(fèi)為：9651250×0.6=5790750（元）。
4、冷水機(jī)組能耗費(fèi)用與其初投資比較
通過(guò)上述計(jì)算，冷水機(jī)組在其經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)的能耗費(fèi)用為：33993960+5790750=39784710（元）。本項(xiàng)目冷水機(jī)組的投標(biāo)報(bào)價(jià)算術(shù)平均值為1658萬(wàn)元，則冷水機(jī)組在經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)的運(yùn)行電費(fèi)約為其初投資的2.4倍（39784710÷16580000=2.4）。
由此可見(jiàn)，冷水機(jī)組選擇應(yīng)充分重視冷水機(jī)組在其經(jīng)濟(jì)壽命期內(nèi)的能耗費(fèi)用，尤其是與能耗費(fèi)用緊密相關(guān)的機(jī)組IPLV值。若機(jī)組IPLV數(shù)值提高0.1，則其節(jié)約的能耗費(fèi)用約為其初投資的3.45%[（33993960-33993960×5.844/5.944）÷16580000=0.0345]。
四、 南京地鐵冷水機(jī)組的選擇辦法
南京地鐵南北線一期工程冷水機(jī)組的選擇兼顧了功能與成本相關(guān)的諸多因素，遵循"公平、公正、科學(xué)、擇優(yōu)"的原則，采用綜合評(píng)估法，選擇能夠最大限度滿(mǎn)足招標(biāo)要求、并能圓滿(mǎn)地履行合同、對(duì)買(mǎi)方最為有利的投標(biāo)人。力求做到合理的功能配置、經(jīng)濟(jì)的全壽命周期費(fèi)用下價(jià)值的提升。
在冷水機(jī)組的功能方面，評(píng)價(jià)的主要因素有：
1、 設(shè)計(jì)合理、機(jī)組可靠性高。"安全可靠、功能合理、技術(shù)先進(jìn)、經(jīng)濟(jì)實(shí)用"是南京城市快速軌道交通干線的總體目標(biāo)，作為地鐵環(huán)控系統(tǒng)的主要設(shè)備--冷水機(jī)組的選擇必須服從這一總體目標(biāo)。
2、 合格的制冷量。本項(xiàng)目招標(biāo)文件要求：機(jī)組在名義工況的實(shí)測(cè)制冷量不小于投標(biāo)人提供的機(jī)組在名義工況制冷量，并對(duì)機(jī)組制冷量測(cè)試辦法及測(cè)試不合格所采取的措施作了詳細(xì)規(guī)定。
3、 配置優(yōu)良、結(jié)構(gòu)緊湊。性能可靠的冷水機(jī)組必須有優(yōu)良的配置保障，本項(xiàng)目招標(biāo)文件對(duì)冷水機(jī)組主要零部件配置，尤其對(duì)冷水機(jī)組的核心部件--壓縮機(jī)總成配置均有比較明確的要求。由于冷水機(jī)組均設(shè)于車(chē)站地下一層或地下二層，空間小，搬運(yùn)困難，故要求所選冷水機(jī)組必須結(jié)構(gòu)緊湊、可維護(hù)性好。
4、 良好的部分負(fù)荷調(diào)節(jié)性能。鑒于地鐵車(chē)站客流量不斷變化，冷水機(jī)組大多數(shù)時(shí)間為部分負(fù)荷運(yùn)行，要求冷水機(jī)組具有較寬廣的冷量調(diào)節(jié)范圍，且應(yīng)采取一定的技術(shù)措施，以有利于部分負(fù)荷運(yùn)行COP值的提高和有利于壓縮機(jī)之間的互為備用。
5、 先進(jìn)的控制系統(tǒng)。從地鐵工程運(yùn)營(yíng)業(yè)員管理的角度出發(fā)，控制系統(tǒng)除保障冷水機(jī)組自身安全、高效運(yùn)行外，還必須操作簡(jiǎn)便并能與智能化管理系統(tǒng)兼容，以便對(duì)機(jī)組進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)視和控制。
6、 機(jī)組噪聲低、使用壽命長(zhǎng)。
在冷水機(jī)組的成本方面，評(píng)價(jià)的主要因素有：
1、 投標(biāo)報(bào)價(jià)及其合理性分析。最適合的報(bào)價(jià)應(yīng)符合"價(jià)格=成本+合理偏低利潤(rùn)"的原則。
2、 較高的機(jī)組COP值、IPLV值。通過(guò)冷水機(jī)組的能耗費(fèi)用分析與比較，對(duì)機(jī)組COP值、IPLV值引起足夠重視是非常必要的。
3、 較小的蒸發(fā)器、冷凝器水阻。過(guò)大的蒸發(fā)器、冷凝器水阻不僅會(huì)增加環(huán)控系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用，也會(huì)使與冷水機(jī)組配套的清水泵選型參數(shù)增大，導(dǎo)致清水泵投資增加。
4、 較低的設(shè)備維修保養(yǎng)費(fèi)用。這就要求冷水機(jī)組特別是其主要零部件，如壓縮機(jī)等必須性能穩(wěn)定、可靠性高、使用壽命長(zhǎng)、維修方便且費(fèi)用低。
在本項(xiàng)目整個(gè)招標(biāo)過(guò)程中，值得研究和探討的問(wèn)題如下：
1、 由于國(guó)內(nèi)尚無(wú)權(quán)威機(jī)構(gòu)對(duì)地鐵環(huán)境中冷水機(jī)組制冷性能系數(shù)綜合指標(biāo)IPLV值的計(jì)算方法作出規(guī)定，本項(xiàng)目冷水機(jī)組能耗分析采用了美國(guó)ARI550-98標(biāo)準(zhǔn)中IPLV值的計(jì)算方法，其中機(jī)組在部分負(fù)荷的運(yùn)行時(shí)間占機(jī)組全年運(yùn)行時(shí)間的百分比數(shù)值還有待進(jìn)一步調(diào)研和驗(yàn)證。
2、 由于本項(xiàng)目投標(biāo)人的心態(tài)不同，在其投標(biāo)文件中提供的重要參數(shù)，如機(jī)組COP值、IPLV值、蒸發(fā)器、冷凝器水阻等數(shù)據(jù)的真實(shí)性、權(quán)威性均需進(jìn)一步研究確診。
五、 結(jié)語(yǔ)
上述分析是本人的工作心得，但愿能對(duì)現(xiàn)在或?qū)?lái)選用類(lèi)似設(shè)備的業(yè)主提供一點(diǎn)借鑒和參考，也提請(qǐng)廣大空調(diào)制冷設(shè)備商能加強(qiáng)技術(shù)投入，在設(shè)備性能、可靠性上多下功夫，開(kāi)發(fā)出更多、更好的功能配置合理、全壽命周期費(fèi)用經(jīng)濟(jì)的空調(diào)制冷設(shè)備。
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