地源熱泵區域集中供冷研究綜述

譚 敏

（湖南城建職業技術學院，湖南 湘潭 411101）

1 前言

區域供冷系統是利用集中設置的大型冷凍站向一定范圍內的建筑提供冷量的供冷方式，由于在節能、環保和運行管理等方面的優勢，在歐、美、日等發達國家得到了較廣泛的應用，廣州地鐵二號線、廣州大學城、中國香港地鐵車站、埃及開羅地鐵車站成功采用區域集中供冷系統。

2 研究現狀

目前，國內外對區域集中供冷的研究多停留在工程應用摸索階段，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采用分站供冷和集中供冷的經濟性，研究發現，集中冷凍系統初投資最小，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劃和周邊環境的影響；集中冷卻系統的總裝機容量和滿負荷電機功率均小于集中冷凍系統，每年可節省大量的運行費。

合理確定區域供冷半徑是該項技術成敗的關鍵，廣州市設計院的朱紀軍、劉謹從運行能耗出發，通過與分體空調器的運行效率的比較發現：系統滿負荷能效比比分體空調器高45.5％，全年運行能耗節省14.3％，但難以利用同時使用系數減少裝機容量，區域供冷規模效應無法體現；供冷距離為500m時，系統滿負荷能效比比分體空調器高28.4％，全年運行效率略高于分體空調器，區域供冷系統優勢明顯；供冷距離為1 000 時，系統滿負荷能效比優于分體空調器，全年運行交率與之相當，通過加大供回水溫差、合理確定同時使用系數降低裝機容量減少初投資、合理劃分系統范圍和提高滿負荷運行率節省運行費。

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

華南理工大學劉金平等以系統的年度費用為目標函數，建立了確定區域供冷系統冷凍水輸送管線最優水流速度和保溫層最優厚度的優化模型，得到以下結論：對于區域供冷系統，存在最優的水流速度和保溫層厚度；冷水輸送距離對最優水流速度和保溫層最優厚度沒有影響；最優水流速度隨電價升高而降低，隨設計冷負荷增大而升高；保溫層最優厚度隨電價升高而增加，隨設計冷負荷的增大而稍有增加。

湖南大學張國強等探討了負荷變化時制冷機系統最優運行方案的確定方法，模擬了不同制冷機配置方案的全年運行能耗，并結合初投資、水泵及冷卻塔能耗對一個住宅小區集中供冷系統的不同制冷機配置方案進行了優化選擇；清華大學江億等提出根據集中供冷區域空調負荷的特點，利用總能耗最小的原則，確定區域供冷系統最佳供冷面積。華南理工大學朱冬生等針對區域集中供冷系統低溫供水帶來的主機效率不高、系統運行成本增加的問題，提出了一種新的區域集中供冷系統冷量調節方法，即用冷建筑末端空調設備的恒流量、變溫差調節方法。

系統服務于多樣化負荷特性的建筑群時，在眾多的設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，香港城市大學的Chow Tin-Tai采用遺傳算法建立了一種優化組合建筑類型的方法，導出了優化目標函數和負荷模型，實例研究表明該方法可以得到最優方案，通過建筑設計負荷模擬、動態仿真、制冷站能耗分析建立了能耗分析模型，并在九龍東南地區發展項目的集中供冷方案中予以驗證。

3 需解決的關鍵問題

目前關于區域集中供冷技術方面的研究還比較零亂，多是針對某一具體工程應用項目，可移植性差，很多項目由于系統配置不合理導致單位冷量成本過高，迫切需要建立區域集中供冷關鍵控制參數優化配置體系，有很多問題需要解決：

（1）系統最佳組合權重。不同的建筑類型有不同的負荷特性，不同的使用時間和不同的建筑功能，導致不同的系統配置，需優化組合不同類型建筑的系統最佳組合權重。

（2）負荷密度與供冷半徑。有研究表明，負荷密度不小于14kW/m時，區域集中供冷才能體現其優勢，相應的供冷半徑不超過1500m，范圍太過空泛，不同的系統組合權重對應的最佳負荷密度和最佳供冷半徑尚需深入研究。

（3）經濟流速與經濟保溫厚度。經濟流速直接決定輸配系統運行成本，經濟保溫厚度影響系統冷損耗，直接影響系統運行的穩定性，需解決不同供冷組合系統、不同冷凍水溫差和管網組合的經濟流速和經濟保溫厚度。

（4）管網優化組合。區域集中供冷管網布置方式有3種：放射狀、環狀和樹狀三種管網，管網優化組合是決定區域集中供冷技術成敗的關鍵，需重點研究不同的系統組合權重、不同的供冷半徑，研究相應的管網優化組合。

（5）冷凍水溫差。冷凍水溫差是管網冷損耗的決定因素，需解決冷凍水溫差、管網組合、經濟流速和經濟保溫厚度對供冷系統的冷損耗和系統年成本的影響。

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

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

［5］劉金平，杜艷國，陳志勤.區域供冷系統中冷凍水輸送管線優化設計［J］.華南理工大學學報，2004，（10）：28-31.

［6］陳曉，張國強，龍舜心.集中供冷系統中制冷機系統運行與配置方案的優化［J］.制冷空調與電力機械，2003，（1）：15-18.

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