地源熱泵區(qū)域集中供冷研究綜述

譚 敏

（湖南城建職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 湘潭 411101）

1 前言

區(qū)域供冷系統(tǒng)是利用集中設(shè)置的大型冷凍站向一定范圍內(nèi)的建筑提供冷量的供冷方式，由于在節(jié)能、環(huán)保和運行管理等方面的優(yōu)勢，在歐、美、日等發(fā)達(dá)國家得到了較廣泛的應(yīng)用，廣州地鐵二號線、廣州大學(xué)城、中國香港地鐵車站、埃及開羅地鐵車站成功采用區(qū)域集中供冷系統(tǒng)。

2 研究現(xiàn)狀

目前，國內(nèi)外對區(qū)域集中供冷的研究多停留在工程應(yīng)用摸索階段，有很大的盲目性。鐵一院張鯤分析了廣州地鐵三站集中式系統(tǒng)采用分站供冷和集中供冷的經(jīng)濟(jì)性，研究發(fā)現(xiàn)，集中冷凍系統(tǒng)初投資最小，分站供冷運行費最小，與分站供冷相比，集中供冷在車站無需冷卻塔裝置，可避免冷卻塔對市政規(guī)劃和周邊環(huán)境的影響；集中冷卻系統(tǒng)的總裝機(jī)容量和滿負(fù)荷電機(jī)功率均小于集中冷凍系統(tǒng)，每年可節(jié)省大量的運行費。

合理確定區(qū)域供冷半徑是該項技術(shù)成敗的關(guān)鍵，廣州市設(shè)計院的朱紀(jì)軍、劉謹(jǐn)從運行能耗出發(fā)，通過與分體空調(diào)器的運行效率的比較發(fā)現(xiàn)：系統(tǒng)滿負(fù)荷能效比比分體空調(diào)器高45.5％，全年運行能耗節(jié)省14.3％，但難以利用同時使用系數(shù)減少裝機(jī)容量，區(qū)域供冷規(guī)模效應(yīng)無法體現(xiàn)；供冷距離為500m時，系統(tǒng)滿負(fù)荷能效比比分體空調(diào)器高28.4％，全年運行效率略高于分體空調(diào)器，區(qū)域供冷系統(tǒng)優(yōu)勢明顯；供冷距離為1 000 時，系統(tǒng)滿負(fù)荷能效比優(yōu)于分體空調(diào)器，全年運行交率與之相當(dāng)，通過加大供回水溫差、合理確定同時使用系數(shù)降低裝機(jī)容量減少初投資、合理劃分系統(tǒng)范圍和提高滿負(fù)荷運行率節(jié)省運行費。

上海交大的候志堅結(jié)合廣州地鐵二號線集中供冷系統(tǒng)，分析了管網(wǎng)承壓等集供冷面臨的問題，湖南大學(xué)張國強(qiáng)等對某住宅區(qū)集中供冷系統(tǒng)在采用不同水系統(tǒng)形式時的全年能耗進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，變頻二次泵分散設(shè)置的變流量系統(tǒng)效果最好。香港城市大學(xué)的Chow Tin-Tai闡述了在以香港為代表的亞熱帶城市地區(qū)采用區(qū)域集中供冷的冷卻方案和技術(shù)需求，提出了預(yù)測熱需求和能耗的方法。

華南理工大學(xué)劉金平等以系統(tǒng)的年度費用為目標(biāo)函數(shù)，建立了確定區(qū)域供冷系統(tǒng)冷凍水輸送管線最優(yōu)水流速度和保溫層最優(yōu)厚度的優(yōu)化模型，得到以下結(jié)論：對于區(qū)域供冷系統(tǒng)，存在最優(yōu)的水流速度和保溫層厚度；冷水輸送距離對最優(yōu)水流速度和保溫層最優(yōu)厚度沒有影響；最優(yōu)水流速度隨電價升高而降低，隨設(shè)計冷負(fù)荷增大而升高；保溫層最優(yōu)厚度隨電價升高而增加，隨設(shè)計冷負(fù)荷的增大而稍有增加。

湖南大學(xué)張國強(qiáng)等探討了負(fù)荷變化時制冷機(jī)系統(tǒng)最優(yōu)運行方案的確定方法，模擬了不同制冷機(jī)配置方案的全年運行能耗，并結(jié)合初投資、水泵及冷卻塔能耗對一個住宅小區(qū)集中供冷系統(tǒng)的不同制冷機(jī)配置方案進(jìn)行了優(yōu)化選擇；清華大學(xué)江億等提出根據(jù)集中供冷區(qū)域空調(diào)負(fù)荷的特點，利用總能耗最小的原則，確定區(qū)域供冷系統(tǒng)最佳供冷面積。華南理工大學(xué)朱冬生等針對區(qū)域集中供冷系統(tǒng)低溫供水帶來的主機(jī)效率不高、系統(tǒng)運行成本增加的問題，提出了一種新的區(qū)域集中供冷系統(tǒng)冷量調(diào)節(jié)方法，即用冷建筑末端空調(diào)設(shè)備的恒流量、變溫差調(diào)節(jié)方法。

系統(tǒng)服務(wù)于多樣化負(fù)荷特性的建筑群時，在眾多的設(shè)計因素和解決方案中，建筑類型組合是否合理是一個很重要的決定因素，香港城市大學(xué)的Chow Tin-Tai采用遺傳算法建立了一種優(yōu)化組合建筑類型的方法，導(dǎo)出了優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)和負(fù)荷模型，實例研究表明該方法可以得到最優(yōu)方案，通過建筑設(shè)計負(fù)荷模擬、動態(tài)仿真、制冷站能耗分析建立了能耗分析模型，并在九龍東南地區(qū)發(fā)展項目的集中供冷方案中予以驗證。

3 需解決的關(guān)鍵問題

目前關(guān)于區(qū)域集中供冷技術(shù)方面的研究還比較零亂，多是針對某一具體工程應(yīng)用項目，可移植性差，很多項目由于系統(tǒng)配置不合理導(dǎo)致單位冷量成本過高，迫切需要建立區(qū)域集中供冷關(guān)鍵控制參數(shù)優(yōu)化配置體系，有很多問題需要解決：

（1）系統(tǒng)最佳組合權(quán)重。不同的建筑類型有不同的負(fù)荷特性，不同的使用時間和不同的建筑功能，導(dǎo)致不同的系統(tǒng)配置，需優(yōu)化組合不同類型建筑的系統(tǒng)最佳組合權(quán)重。

（2）負(fù)荷密度與供冷半徑。有研究表明，負(fù)荷密度不小于14kW/m時，區(qū)域集中供冷才能體現(xiàn)其優(yōu)勢，相應(yīng)的供冷半徑不超過1500m，范圍太過空泛，不同的系統(tǒng)組合權(quán)重對應(yīng)的最佳負(fù)荷密度和最佳供冷半徑尚需深入研究。

（3）經(jīng)濟(jì)流速與經(jīng)濟(jì)保溫厚度。經(jīng)濟(jì)流速直接決定輸配系統(tǒng)運行成本，經(jīng)濟(jì)保溫厚度影響系統(tǒng)冷損耗，直接影響系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性，需解決不同供冷組合系統(tǒng)、不同冷凍水溫差和管網(wǎng)組合的經(jīng)濟(jì)流速和經(jīng)濟(jì)保溫厚度。

（4）管網(wǎng)優(yōu)化組合。區(qū)域集中供冷管網(wǎng)布置方式有3種：放射狀、環(huán)狀和樹狀三種管網(wǎng)，管網(wǎng)優(yōu)化組合是決定區(qū)域集中供冷技術(shù)成敗的關(guān)鍵，需重點研究不同的系統(tǒng)組合權(quán)重、不同的供冷半徑，研究相應(yīng)的管網(wǎng)優(yōu)化組合。

（5）冷凍水溫差。冷凍水溫差是管網(wǎng)冷損耗的決定因素，需解決冷凍水溫差、管網(wǎng)組合、經(jīng)濟(jì)流速和經(jīng)濟(jì)保溫厚度對供冷系統(tǒng)的冷損耗和系統(tǒng)年成本的影響。

［1］張鯤.地鐵車站集中供冷與分散供冷比較［J］.工業(yè)科技，2007，（1）：36-37.

［2］朱紀(jì)軍，劉謹(jǐn).區(qū)域供冷系統(tǒng)及其供冷半徑探討［J］.制冷，2004，（1）：69-72.

［3］許慧華，候志堅.地鐵集中供冷的幾個問題［J］.制冷與空調(diào)，2004，（1）：33-37.

［4］陳曉，張國強(qiáng)，周軍莉.幾種集中供冷水系統(tǒng)形式的能耗分析與比較［J］.制冷與空調(diào)，2003，（1）：32-36.

［5］劉金平，杜艷國，陳志勤.區(qū)域供冷系統(tǒng)中冷凍水輸送管線優(yōu)化設(shè)計［J］.華南理工大學(xué)學(xué)報，2004，（10）：28-31.

［6］陳曉，張國強(qiáng)，龍舜心.集中供冷系統(tǒng)中制冷機(jī)系統(tǒng)運行與配置方案的優(yōu)化［J］.制冷空調(diào)與電力機(jī)械，2003，（1）：15-18.

［7］杜敬三，付林，江億.區(qū)域供冷系統(tǒng)最佳供冷面積探討［J］.暖通空調(diào)，2003，（6）：111-113.

［8］閆軍威，劉飛龍，朱冬生.廣州大學(xué)城區(qū)域集中供冷系統(tǒng)質(zhì)調(diào)節(jié)的節(jié)能分析［J］.建筑科學(xué)，2007，（12）：27-34.