區(qū)域供冷技術(shù)國內(nèi)外應用現(xiàn)狀概述

張朝偉，郄艷敏

(天津海運職業(yè)學院，天津 300457)

區(qū)域供冷技術(shù)國內(nèi)外應用現(xiàn)狀概述

張朝偉，郄艷敏

(天津海運職業(yè)學院，天津 300457)

隨著我國國民經(jīng)濟的飛速發(fā)展，城市化建設(shè)不斷加速，工業(yè)化發(fā)展不斷深入，能源與資源消耗量逐步提升。同時，建筑物使用者對建筑物內(nèi)舒適性要求不斷提升，建筑能耗持持續(xù)迅速增長趨勢。而在建筑能耗中，空調(diào)能耗又占有主要比例，約為2/3左右。在此背景下，區(qū)域供冷技術(shù)逐漸引起人們的重視,區(qū)域供冷技術(shù)不僅可以為企業(yè)節(jié)約資金，設(shè)計得當更能節(jié)約能源,目前已成為發(fā)達地區(qū)的重要標志。

區(qū)域供冷；空調(diào)能耗；節(jié)能；經(jīng)濟發(fā)展

0 引 言

環(huán)境和能源問題一直以來是全世界備受關(guān)注的兩個問題，也是我國重大戰(zhàn)略重點。如何控制傳統(tǒng)能源消費對環(huán)境的影響將成為我國社會和經(jīng)濟發(fā)展的重要問題。根據(jù)我國前瞻產(chǎn)業(yè)研究院《2013-2017年中國智能建筑行業(yè)市場前景與投資戰(zhàn)略規(guī)劃分析報告》數(shù)據(jù)顯示，我國建筑能耗約占社會總能耗的33%，而且隨著城市化進程的加快和人民生活質(zhì)量的改善，我國建筑耗能比例最終還將上升至35%左右，建筑能耗成為社會總能耗的耗能大戶。而中央空調(diào)能耗目前占到建筑能耗的40%以上，被建筑行業(yè)稱作耗能大戶。所以對中央空調(diào)系統(tǒng)得當選型、合理配置，采取合理節(jié)能措施，對于降低建筑能耗意義重大，有專家指出每降低10%的空調(diào)能耗，就至少能節(jié)省5%以上的建筑成本。

一種新的供冷方式——區(qū)域供冷，逐漸引起人們的重視。在我國一些城市如廣州、珠海等地率先采用區(qū)域供冷技術(shù)，天津市濱海新區(qū)于家堡金融商務區(qū)將建設(shè)8座供冷中心，服務面積約為690萬m2，將采用冰蓄冷的方式進行區(qū)域供冷，不僅可以為企業(yè)節(jié)約資金，更能節(jié)能30%～35%。區(qū)域供冷已經(jīng)成為發(fā)達地區(qū)的重要標志。

1 區(qū)域供冷系統(tǒng)簡介

區(qū)域供冷系統(tǒng)(District Cooling System)指為滿足規(guī)劃區(qū)域內(nèi)建筑的冷負荷需求，在一個建筑群設(shè)置一個或多個大規(guī)模的制冷能源站集中生產(chǎn)冷凍水，通過管網(wǎng)將冷凍水輸送到各用冷末端，末端裝置以風機盤管最為常見，向每座建筑物提供空調(diào)冷量。這樣各座建筑物內(nèi)不必單獨設(shè)置空調(diào)冷源，從而避免到處設(shè)置冷卻塔。由于各座建筑的空調(diào)負荷不可能同時出現(xiàn)峰值，因此制冷機的裝機容量會小于分散設(shè)置冷機時總的裝機容量，從而有可能減少冷機設(shè)備的初投資。

2 區(qū)域供冷技術(shù)國外發(fā)展及應用

2.1 美國區(qū)域供冷技術(shù)的發(fā)展及應用

在20世紀70年代，美國紐約世界貿(mào)易中心采用雙效吸收式制冷技術(shù)區(qū)域供冷系統(tǒng)供冷量達到172 MW，是當時世界上最大規(guī)模的區(qū)域供冷系統(tǒng)，之后在芝加哥等美國大城市又出現(xiàn)了電力壓縮式制冷區(qū)域供冷項目。在美國區(qū)域供冷技術(shù)在統(tǒng)一規(guī)劃的單一業(yè)主單位應用最為廣泛，截止1980年，美國已經(jīng)有超過2 000所大學采用區(qū)域供冷技術(shù)，輸配管網(wǎng)總長度接近3 500 km。90年代后冷熱電聯(lián)產(chǎn)的區(qū)域供熱供冷技術(shù)(District Heating and Cooling，DHC)逐漸成熟，成為當時區(qū)域供冷技術(shù)的主要技術(shù)，從而在美國區(qū)域能源普及的大城市形成了一批專門從事區(qū)域供熱供冷投資建設(shè)和運營管理的公司。而后美國又出現(xiàn)了區(qū)域供冷與冰蓄冷技術(shù)相結(jié)合的項目，1993年，邁阿密大學使用冰蓄冷系統(tǒng)替代原有的傳統(tǒng)的冷水系統(tǒng)區(qū)域供冷站，大大降低了運行成本，取得良好效果。

2.2 歐洲國家區(qū)域供冷技術(shù)的發(fā)展及應用

歐洲北部與南部氣候氣候不同，南歐氣候?qū)儆诘湫偷牡刂泻Ｐ停緶睾投嘤辏?夏季炎熱干燥，北歐地處北溫帶向北寒帶交界處，大部分地方終年氣溫較低。南歐的供冷負荷約比北歐的供冷負荷增加20%。在這種氣候條件下，歐洲的區(qū)域供冷系大多是在已有的區(qū)域供熱管網(wǎng)基礎(chǔ)上增加制冷設(shè)備而形成。

在南歐，區(qū)域供冷技術(shù)應用最為成熟的是法國，在20世紀60年代法國的巴黎就出現(xiàn)了區(qū)域供冷系統(tǒng)，截止到2009年底，法國已有8個大型區(qū)域供冷站提供650 MW的制冷量，由于法國在核電技術(shù)的領(lǐng)先，因此在法國大多數(shù)區(qū)域供冷系統(tǒng)采用電力壓縮式制冷形式。在德國的柏林和漢諾威的區(qū)域供冷系統(tǒng)的供冷容量也都超過30 MW。

在北歐，瑞典、挪威、丹麥等國家由于得天獨厚的地理優(yōu)勢，這些國家的區(qū)域供冷系統(tǒng)大多采用海水、湖水、地下水等廉價的天然冷源。例如，瑞典首都斯德哥爾摩位于遼闊的波羅的海西岸，坐落在梅拉倫湖入海處，市區(qū)分布在14座島嶼和一個半島上，在市區(qū)高密度冷負荷用戶附近恰好有廉價的天然冷源，采用海水源區(qū)域供冷系統(tǒng)，系統(tǒng)制冷的能量大部分來自于波羅的海20 m以下的海水，只有在海水溫度不能足夠滿足供冷量時，進入熱交換器的海水首先通過熱泵機組被冷卻到一個合適的溫度，再通過運輸管線進入冷戰(zhàn)進入城市。這種充分利用天然冷源的方式在經(jīng)濟性方面具有很大的優(yōu)勢，同時斯德哥爾摩市具有集中高密度的冷負荷用戶，使其區(qū)域供冷項目成為在經(jīng)濟性和使用效果完美結(jié)合的成功案例。同時也為我國沿海地區(qū)開發(fā)區(qū)域供冷技術(shù)提供了先進經(jīng)驗。

2.3 亞洲國家區(qū)域供冷技術(shù)的發(fā)展及應用

在東亞，區(qū)域供冷技術(shù)比較發(fā)達的國家是日本，日本的區(qū)域供冷技術(shù)最早應用在1970年的大阪世博會，之后日本東京晴海Triton廣場和新宿新都心的區(qū)域供冷供熱項目都是比較成功的區(qū)域能源系統(tǒng)工程。截止到2005年，日本的區(qū)域供冷供熱項目(DHC)共有154個。目前的日本已經(jīng)把區(qū)域供冷供熱技術(shù)和自來水和電力同樣當做公用事業(yè)看待。

西亞的阿聯(lián)酋是在亞洲另一個區(qū)域供冷技術(shù)發(fā)展迅速的國家，西亞的炎熱氣候和阿聯(lián)酋雄厚的經(jīng)濟實力成為該國發(fā)展區(qū)域供冷系統(tǒng)的主要因素，現(xiàn)在該國已經(jīng)區(qū)域供冷技術(shù)作為基礎(chǔ)設(shè)施進行建設(shè)。

3 我國區(qū)域供冷技術(shù)的發(fā)展及應用

隨著我國經(jīng)濟不斷發(fā)展，城市化進程不斷加速，大型中心商務區(qū)、大學城、各類高新產(chǎn)業(yè)園、物流中心、機場等設(shè)施不斷建設(shè)，這些建筑物或建筑群對于能源方面的要求都較原先建設(shè)項目相比有了大幅度提高，區(qū)域供冷技術(shù)逐漸受到城市規(guī)劃和建設(shè)者的高度關(guān)注。目前，我國各地已有大批區(qū)域供冷項目已經(jīng)成功建設(shè)或者即將上馬。

在我國區(qū)域供冷項目中最具代表性的項目是廣州大學城區(qū)域供冷項目，廣州大學城位于廣州市番禺區(qū)小谷圍島，總體規(guī)劃面積近17.9 km2，可容納18～20萬學生，規(guī)劃總?cè)丝?5萬人。大學城總體規(guī)劃建設(shè)于2003年1月正式啟動，2004年9月1日一期工程正式完工。大學城內(nèi)包括中山大學、華南理工大學、華南師范大學、廣州大學、廣東外語外貿(mào)大學、廣州中醫(yī)藥大學、廣東藥學院、廣東工業(yè)大學、廣州美術(shù)學院、星海音樂學院等十所高校。

目前已建成十所大學使用區(qū)域供冷的單體建筑約280棟，總建筑面積近352萬m2，占規(guī)劃總裝機冷量的約65%。該項目由華南理工大學建筑設(shè)計研究院進行規(guī)劃設(shè)計，通過對外部條件(電力、熱源、天然氣等燃料、水源條件)、冷站規(guī)模、初投資與運行費用、維護費用和能源規(guī)劃等因素綜合考慮，廣州大學城區(qū)域供冷項目共設(shè)有4個區(qū)域冷凍站(如圖1所示)。1號冷站位于南岸能源站內(nèi)，采用溴化鋰和常規(guī)電制冷機組，小谷圍島上2號、3號、4號冷站分別位于華南理工大學、商業(yè)中心北區(qū)及廣州美術(shù)學院旁，采用冰蓄冷系統(tǒng)，冷水管網(wǎng)總長度將近120 km。

圖1 廣州大學城區(qū)域供冷系統(tǒng)冷凍站布置

廣州大學城區(qū)域供冷項目國內(nèi)較早的、規(guī)模較大的區(qū)域供冷項目，為我國區(qū)域供冷項目的實施提供了寶貴的經(jīng)驗。截至2012年底，廣州大學城區(qū)域供冷系統(tǒng)已投入使用7個供冷季。實踐表

明，該系統(tǒng)從技術(shù)角度分析是成功的，它不僅實現(xiàn)了最大半徑3 000 m的區(qū)域供冷，而且系統(tǒng)綜合能效比達到3.5以上。但業(yè)界專家指出廣州大學城設(shè)計冷負荷過大，導致冷源系統(tǒng)低負荷下運行，出現(xiàn)冷價過高的情況，存在進一步優(yōu)化的空間。

北京的中關(guān)村西區(qū)區(qū)域供冷項目是我國北方一個具有代表性的區(qū)域供冷工程。中關(guān)村西區(qū)區(qū)域供冷項目位于北京海淀區(qū)海淀鎮(zhèn)，占地總面積514 400 m2，規(guī)劃地上建筑面積100萬m2，地下建筑總面積50萬m2。主體功能以金融資訊、科技貿(mào)易、行政辦公、科技會展為主，并配有商業(yè)、酒店、文化、康體、娛樂、大型公共綠地等配套公共服務功能。中關(guān)村西區(qū)建設(shè)中采用了冰蓄冷的區(qū)域供冷技術(shù)，冷凍站設(shè)計供冷能力達到40 000 kW，滿足地上地下150萬m2建筑的用冷負荷。通過幾年供冷季數(shù)據(jù)顯示，基本實現(xiàn)了采用冰蓄冷區(qū)域供冷技術(shù)的削峰填谷的設(shè)計目的。

4 結(jié)束語

在我國區(qū)域供冷技術(shù)相對于區(qū)域供熱技術(shù)屬于比較新的概念，但不能將區(qū)域供冷與區(qū)域供熱等同看待，因為冷熱負荷特征有著本質(zhì)區(qū)別，熱負荷相對穩(wěn)定，需要連續(xù)供暖，而冷負荷是有變化的，一般不需要連續(xù)供冷。另外供冷區(qū)域中建筑物的冷量需要可能是不同步的，會造成用冷不均衡。因此，不能簡單地將區(qū)域供冷技術(shù)等同于區(qū)域供熱技術(shù)一樣進行推廣，區(qū)域供冷技術(shù)需要特種的適用場合和技術(shù)保障。對于區(qū)域供冷技術(shù)的推廣要深入研究其特點和適用范圍，研究不同建筑群的用能特點，構(gòu)建評價體系，并根據(jù)各地能源情況選擇區(qū)域供冷方法，才能真正實現(xiàn)區(qū)域供冷技術(shù)在環(huán)保、經(jīng)濟和節(jié)能方面的優(yōu)勢，創(chuàng)造良好的社會效益。

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An Overview of the Application Status of the Regional Cooling Technology in China and Abroad

ZHANG Chao-wei, QIE Yan-hong

(Tianjin maritime Career Academy, Tianjin 300457, China)

With the rapid development of China's national economy, the construction of urbanization continues to accelerate, the industrialization development has been deepened, and the consumption of energy and resources has been gradually improved. At the same time, the building users of the building comfort requirements continue to improve; building energy consumption continues to grow rapidly. In the building energy consumption, air conditioning energy consumption and the main proportion, about 2/3. In this context, the regional cooling technology has gradually attracted people's attention, the regional cooling technology can not only save money for the enterprise, but also can save energy, and it has become an important symbol of the developed area.

Regional cooling; Air conditioning energy consumption; Energy saving; Economic development

10.3969/j.issn.1009-3230.2015.12.015

2015-10-27

2015-11-09

天津市津南區(qū)科技計劃項目

張朝偉(1985-)，男，天津市，本科，講師，工程師，研究方向為通風與空調(diào)工程、建筑節(jié)能、項目管理教學與研究。

TU831.6

B

1009-3230(2015)12-0045-03