基于低碳能源的區(qū)域供冷系統(tǒng)應(yīng)用

【摘 要】區(qū)域供冷系統(tǒng)（District Cooling System，“DCS”）是指為了滿足某一特定區(qū)域內(nèi)多個(gè)建筑物的集中空調(diào)冷源需求，由專門的空調(diào)制冷站集中制造冷水溫水等，通過區(qū)域管道進(jìn)行供給的一個(gè)或多個(gè)大規(guī)模中央空調(diào)冷熱源系統(tǒng)。區(qū)域供冷系統(tǒng)是一種在區(qū)域?qū)用嬲吓c管理能量需求的技術(shù)，能有效的節(jié)省資金成本并起到節(jié)能減排的作用。本文將結(jié)合規(guī)劃案例分析DCS適宜建設(shè)條件和關(guān)鍵要素：整體規(guī)劃、規(guī)章制度、技術(shù)設(shè)計(jì)、能源管理和開發(fā)模式，重點(diǎn)分析整體規(guī)劃和開發(fā)模式在促進(jìn)DCS實(shí)施中的關(guān)鍵要點(diǎn)，推廣有利低碳社會創(chuàng)建一個(gè)先進(jìn)的能源供應(yīng)系統(tǒng)。

【關(guān)鍵詞】區(qū)域供冷系統(tǒng)（DCS）；低碳能源規(guī)劃；建設(shè)條件；關(guān)鍵要素

1.引言

區(qū)域供冷系統(tǒng)（District Cooling System，“DCS”）是指為了滿足某一特定區(qū)域內(nèi)多個(gè)建筑物的集中空調(diào)冷源需求，由專門的空調(diào)制冷站集中制造冷水溫水等，通過區(qū)域管道進(jìn)行供給的一個(gè)或多個(gè)大規(guī)模中央空調(diào)冷熱源系統(tǒng)。一般來說區(qū)域供冷系統(tǒng)具有的優(yōu)點(diǎn)有：集中冷源效率比分散冷源如風(fēng)冷機(jī)、分體機(jī)的效率高；占地少，減少設(shè)備的冗余；冷熱源易于集中優(yōu)化控制；便于采用天然冷源蓄冷技術(shù)；減低污染排放等。近年來，區(qū)域供冷系統(tǒng)被作為節(jié)能、先進(jìn)的空調(diào)解決方案在許多城市推廣，但是相對于區(qū)域供熱系統(tǒng)，區(qū)域供冷系統(tǒng)存在諸多建設(shè)前提條件，盲目應(yīng)用不但不節(jié)能反而會造成投資成本高、浪費(fèi)能源等后果。本文結(jié)合已經(jīng)實(shí)施的案例，研究低碳城市規(guī)劃中區(qū)域供冷系統(tǒng)的建設(shè)條件、關(guān)鍵控制要素，從規(guī)劃源頭分析確定項(xiàng)目實(shí)施的條件，以提高項(xiàng)目實(shí)施的可行性和可操作性。

2.建設(shè)條件分析

2.1適宜在密度集中的公共建筑區(qū)域設(shè)置，不宜在居住區(qū)應(yīng)用

商業(yè)化運(yùn)營區(qū)域供冷系統(tǒng)DCS （ district cooling system） 的經(jīng)濟(jì)性是國內(nèi)的一個(gè)研究熱點(diǎn)，雖然不少研究結(jié)論是DCS在適宜條件下可以實(shí)現(xiàn)節(jié)能運(yùn)行，但用戶調(diào)研結(jié)果則顯示DCS的收費(fèi)往往高于常規(guī)空調(diào)系統(tǒng)CCS （conventional cooling system），導(dǎo)致DCS這種新出現(xiàn)的商品的服務(wù)價(jià)格成為供需雙方的矛盾焦點(diǎn)。

居住建筑空調(diào)系統(tǒng)單位裝機(jī)容量的年度累計(jì)負(fù)荷小于辦公建筑，因而采用分體空調(diào)、VRF或區(qū)域供冷時(shí)，其單位冷量的固定成本與分?jǐn)偟絾挝焕淞康目偝杀咀兓?guī)律相同，均高于辦公建筑。居住建筑采用DCS的綜合成本高于采用VRF和分體空調(diào)的綜合成本，主要原因是由于居住建筑制冷設(shè)備的年度平均利用時(shí)間較少，造成的單位冷量固定成本分?jǐn)傔^高，以及住宅區(qū)域供冷系統(tǒng)的部分負(fù)荷時(shí)段較多，輸配管網(wǎng)損耗較多。因此在居住建筑負(fù)荷特性和使用條件下，單獨(dú)居住建筑空調(diào)系統(tǒng)更適宜采用分體空調(diào)，而不適宜采用高度集中的區(qū)域供冷。

公共建筑中DCS 初投資高，但運(yùn)行維護(hù)費(fèi)用低，固定成本分?jǐn)偟絾挝焕淞亢笤谌N供冷形式中是最低的。而集中供冷的初投資雖然最低，但是由于維護(hù)成本較高而導(dǎo)致其單位冷量的固定成本反而最高，這說明區(qū)域供冷系統(tǒng)在公共建筑中存在應(yīng)用的可能性。VRF 的單位冷量固定成本稍低于集中供冷，但計(jì)量收費(fèi)方便，同時(shí)運(yùn)行管理簡便，維護(hù)量少，這也是近年來部分出租型辦公樓的建設(shè)方偏愛VRF系統(tǒng)的緣由。在高密度的公共建筑中，供冷總成本與其單位面積的年度累計(jì)負(fù)荷有較大關(guān)系，隨著系統(tǒng)服務(wù)建筑中單位面積的年度能耗增加，三種系統(tǒng)形式的單位冷量成本均下降，但是采用VRF系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性最差，集中供冷系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性適中，采用區(qū)域能源系統(tǒng)的經(jīng)濟(jì)性最好。

香港啟德機(jī)場改造項(xiàng)目的區(qū)域供冷系統(tǒng)已經(jīng)處于項(xiàng)目的建設(shè)階段，整個(gè)項(xiàng)目的總建設(shè)面積達(dá)380萬平方米，其中商業(yè)建筑約173萬平方米，整個(gè)方案設(shè)計(jì)主要考慮對商業(yè)建設(shè)集中供冷，對居住建筑不考慮。根據(jù)負(fù)荷計(jì)算的結(jié)果，在南北兩個(gè)區(qū)域分別設(shè)置了1座區(qū)域供冷站，近期獨(dú)立運(yùn)營，遠(yuǎn)期逐步聯(lián)網(wǎng)。北部供冷站負(fù)荷約162MW，南部供冷站負(fù)荷約122MW。

2.2區(qū)域供冷站管網(wǎng)應(yīng)該控制在經(jīng)濟(jì)的供冷半徑內(nèi)

根據(jù)目前的集中供冷技術(shù)水平，集中供冷站經(jīng)濟(jì)供冷半徑為500-650米。超出經(jīng)濟(jì)供冷半徑時(shí)，將造成供冷管道長度增加，冷量損失增大；且管道輸送沿程阻力加大、水泵能耗上升，日常運(yùn)營成本升高。因此，供冷站應(yīng)布置在靠近負(fù)荷中心區(qū)域。

蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖科教創(chuàng)新區(qū)集中供冷基礎(chǔ)設(shè)施項(xiàng)目位于蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖邊，星湖街西、創(chuàng)苑路南側(cè)地塊。項(xiàng)目于2010年8月進(jìn)行系統(tǒng)聯(lián)動(dòng)調(diào)試并開始投運(yùn)，集中供冷站配備大型非電式溴化鋰制冷機(jī)組，總裝機(jī)容量3萬冷噸，是江蘇省首例大型非電空調(diào)及區(qū)域供冷項(xiàng)目，裝機(jī)容量位列全國第三。服務(wù)范圍為獨(dú)墅湖月亮灣核心區(qū)內(nèi)新建的各類建筑物以及核心區(qū)東側(cè)的科技園數(shù)據(jù)中心，服務(wù)面積為約110萬平方米。

圖3 蘇州工業(yè)園區(qū)獨(dú)墅湖科教創(chuàng)新區(qū)集中供冷項(xiàng)目

設(shè)置的集中供冷站距離負(fù)荷中心最遠(yuǎn)距離不超過600米，根據(jù)區(qū)域內(nèi)的各建筑物空調(diào)負(fù)荷規(guī)模需求，通過公共管道將6℃低溫冷凍水輸送到不同的公共建筑，以滿足各個(gè)建筑物的空調(diào)負(fù)荷需要，升溫后（13℃）的冷凍水回到機(jī)房后經(jīng)過制冷再循環(huán)送至各用戶。

2.3盡量利用周邊天然冷源來提高區(qū)域供冷站的經(jīng)濟(jì)性

分析國內(nèi)外諸多采用區(qū)域供冷系統(tǒng)項(xiàng)目發(fā)現(xiàn)，成功的案例必須具備以下兩個(gè)條件：

（1）冷負(fù)荷附近有大量的天然冷源可以利用；

（2）冷負(fù)荷密度非常高且負(fù)荷穩(wěn)定。

上表案例均具備冷負(fù)荷用戶附近有大量的廉價(jià)的天然冷源和冷負(fù)荷密度高且穩(wěn)定的特點(diǎn)，最大限度發(fā)揮冷源集中的優(yōu)勢，減少其長距離輸配冷水所帶來的問題。

3.關(guān)鍵要素分析

3.1整體規(guī)劃

把握時(shí)機(jī)對于DCS介入?yún)^(qū)域總體規(guī)劃尤為關(guān)鍵。在區(qū)域開發(fā)的流程中DCS必需在立項(xiàng)階段介入，總規(guī)階段認(rèn)可，詳規(guī)階段細(xì)化，從“生地”到“熟地”的“七通一平”階段與一級開發(fā)商協(xié)調(diào)落實(shí)。如果錯(cuò)失時(shí)機(jī)，將對DCS項(xiàng)目實(shí)施的可行性、經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生重大影響。

以筆者承擔(dān)的一個(gè)生態(tài)城的控制詳細(xì)規(guī)劃為例，為落實(shí)低碳生態(tài)的要求，在詳細(xì)規(guī)劃階段對區(qū)域能源系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)籌考慮，并結(jié)合區(qū)域條件考慮采用水源熱泵分布式能源系統(tǒng)。業(yè)主對于規(guī)劃方案非常感興趣，但同時(shí)對項(xiàng)目的可行性提出質(zhì)疑。在這種狀況下，筆者聯(lián)系了國際知名能源運(yùn)營商和設(shè)計(jì)專家，從項(xiàng)目的運(yùn)作、管理、設(shè)計(jì)、融資、建設(shè)維護(hù)等關(guān)鍵要素提出詳細(xì)方案，增強(qiáng)了業(yè)主的信心，并最終推動(dòng)了該項(xiàng)目的實(shí)施。

3.2開發(fā)模式

一個(gè)穩(wěn)固的開發(fā)模式是吸引私企參與投資，開發(fā)和管理DCS的關(guān)鍵。以下是DCS的三種開發(fā)模式：BOT（建設(shè)·經(jīng)營·轉(zhuǎn)讓） 、BTO （建設(shè)·轉(zhuǎn)讓·經(jīng)營）、B+O （建設(shè)和經(jīng)營）。

在BOT模式下，DCS開發(fā)商出資設(shè)計(jì)和構(gòu)建DCS，保留DCS的所有權(quán)作為抵押。在合同期內(nèi)經(jīng)營系統(tǒng)以回收投資，在合同到期后，轉(zhuǎn)讓所有權(quán)和經(jīng)營權(quán)給政府。BOT模式的顯著特征是資本投資和經(jīng)營費(fèi)用都通過從用戶方收取能源費(fèi)得到回收。

在BTO模式下，DCS開發(fā)商出資設(shè)計(jì)和構(gòu)建DCS，保留DCS的所有權(quán)作為抵押，工程完畢后從政府或開發(fā)商處回收其資金成本，此后在協(xié)定的合同期內(nèi)保留DCS的經(jīng)營權(quán)。在此期間，經(jīng)營成本通過向終端用戶收取能源費(fèi)回收。BTO模式的顯著特點(diǎn)是DCS的資金成本從政府或開發(fā)商處獲得回收，而經(jīng)營成本從終端用戶處回收。

在B+O模式下，DCS開發(fā)商不出資，只為開發(fā)商提供DCS的設(shè)計(jì)、構(gòu)建和經(jīng)營。DCS相關(guān)的投資全由開發(fā)商出資，其資金成本和經(jīng)營費(fèi)用都從用戶方得到回收。

采用合適的商業(yè)模式?jīng)Q定了DCS能否更廣泛的成功應(yīng)用。在合理規(guī)劃和規(guī)章制度的配合下，選用構(gòu)架良好的商業(yè)模式會讓所有利益相關(guān)者獲益，促進(jìn)項(xiàng)目的實(shí)施。

4.結(jié)論

區(qū)域供冷系統(tǒng)是一種空調(diào)冷源的解決方案，與區(qū)域供熱相比，它的成功需要特殊的適用條件和許多技術(shù)保障。例如需要高密度的冷負(fù)荷用戶、足夠量的廉價(jià)天然冷源、盡可能短的供冷半徑、各種能源回收技術(shù)等。只有滿足以上條件，區(qū)域供冷系統(tǒng)才能做到節(jié)能高效。因此，在城市規(guī)劃中如果考慮設(shè)置區(qū)域供冷系統(tǒng)，必須綜合考慮規(guī)劃范圍內(nèi)的用地性質(zhì)、功能布局、負(fù)荷特性、周邊自然條件等諸多因素，否則盲目推廣會造成更大浪費(fèi)。

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作者簡介：華海榮（1978.5-），男，碩士，江蘇省城市規(guī)劃設(shè)計(jì)研究院，高級工程師。