社區集中供熱供冷相關問題研究

近年來，能源、特別是電能緊缺己經成為阻礙我國經濟發展的一個重要因素。電力緊缺狀況在神州大地頻頻出現，其中以經濟發達的長江三角洲和珠江三角洲情況較為嚴重，部分內陸工業欠發達地區也出現了意想不到的電力供應緊張狀況，引起了對節電問題的新關注，而社區集中供熱供冷是一種節約能源的新方式。

一、節約能源的一種新方式-集中供冷供熱

在供電緊張的困擾下，城市“集中供冷”無疑是環保節能的新方式，在有條件的社區和城市，統一規劃、統一設計、統一管理、集約化經營的集中供冷、集中供熱事業前景看好。在一個供熱季過去，眾多供熱企業面臨著人員設備閑置等新問題，如何提高供熱設備利用率，使其創造更多的價值?探索“集中制冷”是一條供熱企業發展之路，也是產業發展之機遇。我國早在建國初期，學習蘇聯經驗，重視發展熱電聯產建設。在供熱機組占全部火電設備總容量中，從1952年的2%增加到1957年的17%，僅低于蘇聯，居世界第二位。在經歷了七十年代的發展低潮后，隨著改革開放和經濟的發展，我國熱電聯產又取得了很大進步。到1999年底，我國單機容量6000kw以上的熱電機組裝機容量達2815.9萬kw，占同期同容量火電機組的13.30%。這些機組主要以煤為燃料，即熱電廠是由燃煤鍋爐和抽凝(或背壓)汽輪機組構成。

現在，社區集中供冷沒有社區集中供熱應用廣泛，但由于其在經濟上的吸引力也正在世界范圍內慢慢被提倡和應用。1962年美國在Harfordeity，Conneetieut建成世界上最早的社區集中供冷系統，并可同時供應蒸汽。日本的社區集中供冷發展最快而歐洲也己有多個熱電冷聯產系統投入運行。熱電冷聯產形式的社區集中供冷在我國剛剛起步，但發展迅速。全國多個城市擁有在燃煤熱電廠基礎上建立的熱電冷聯產系統，如濟南熱電冷聯產系統的供冷總容量近幾年己從無發展到49.6Mw，杭州兩個正在建設的熱電冷聯產系統供冷總容量將超過120MW。

集中供冷系統，除節約投資及節能效果明顯外，還有以下優點:有利于優化城市整體規劃，提升城市形象;由于噪聲源相對集中，制冷社區會降低噪音1至2個分貝;室外大量冷水管網，使制冷社區平均環境溫度降低2至3度，廢氣集中排放，制冷社區室外空氣品質得到提升，擴展性強，哪里需要新增大樓或居民小區，管道接過去即可完成。因此，不管從節能環保的角度，還是從經濟利益的角度，集中供冷供熱己成為解決能源問題的一條可行的新途徑了。

二、社區集中供冷供熱系統

社區集中供冷供熱是指對一定社區內的建筑物群，由一個或多個能源站制得熱水，冷水等冷熱媒，通過社區管網提供給最終用戶，實現用戶制冷或制熱要求的系統。通常包括五個基本組成部分:能源站(ThermaIproduction plant)，能源儲存站(Thermalenergy storage)，輸送管道(Transmissionline and Distribution line)和末端設備(Consumer building containing in-buildingequipment)，以及計算機管理軟件。

其中能源站為產生冷量和熱量設備的統稱，包括熱電廠，社區鍋爐房，各種制冷機組等。在進行社區供冷供熱系統設計的時候，可以根據所在地的條件，對冷熱源進行自由的選擇，如當地有熱電廠，則可以直接利用熱電廠的蒸汽，用來進行制冷和制熱。

能源儲存站是重要的削峰填谷的手段，雖然它的存在往往被視為可有可無，但其實它對整個系統的穩定可靠性有著重要的貢獻。

供熱供冷管網是將冷量和熱量送至用戶的通路，它如同連接各個建筑的道路，其控制的范圍，平衡性和合理性直接決定了社區集中供冷供熱系統的成功與否，也關系到它在濟性上縣蕃可行。

用戶端的連接是一個大型社區集中供冷工程中至關重要的部分，這不僅僅是因為這一部分是整個社區集中供冷系統中實現為用戶端供冷這一終極目標的最后一步，更是因為正是系統連接的這些客戶的采取何種供冷方式供冷將最終決定該社區集中供冷系統整體的節能性和經濟性，如果在這部分發生問題，潛在的社區集中供冷用戶們出于供冷安全的考慮將采用其他的供冷方案，而社區集中供冷的最大優點在于其規模效應引起的其他諸如節能、高靈活性等超出傳統技術的優點，一旦用戶端冷負荷不夠穩定或過小，社區集中供冷將完全沒有任何優勢可言，甚至不如傳統的、獨立的分散式的供冷技術。

最后，計算機控制系統管理控制著冷量和熱量的流動，作為整個系統的大腦在發生情況時馬上作出反應，處理問題。

三、社區集中供冷供熱系統的優點

1、運行的高能效

一個大型的中心制冷工廠與許多分散的小制冷機組相比可以得到更多、更細致的分析和更好的設計，而且由于連接用冷用戶數量巨大，各用戶冷負荷的同時利用系數小于1，這將在一定程度上降低系統的整體供冷能力的需求，同時可以使得系統的工作曲線維持一個比較平緩的模式，從而使得系統可以實現一個較高的運行能效或COP值。

大型制冷工廠幾乎可以采取各種能源制冷，尤其是廉價的能源，比如工業廢熱，海水或湖水的自然冷量。

蓄冷技術可以實現削峰填谷技術，從而減輕電力系統在夏天冷需求達到高峰時對其他用電企業、單位和發電廠的壓力，同時，利用低谷電可以使得社區集中供冷系統的經濟性更好。而且采取蓄冷技術可以降低系統的總制冷能力，利用夜間冷負荷低的時候使大型制冷機組連續高效的工作并將產出的冷量以冰或冷凍水的形式儲存起來以備白天使用，從而降低了整個系統的供冷機組的裝機能力要求。

2、環境的保護

對于同等制冷能力的幾部大型制冷機組和分散的許多的小制冷機組來說，大型機組不僅需要少得多的制冷劑，而且可以更好地處理制冷劑在工作及回收時的泄漏問題。一旦特殊的或更嚴格的行業標準出臺，比如CFC和HCFC的淘汰，大型的制冷工廠可以更快的和更經濟的采取技術措施來達到新標準的要求。由于大的制冷機的高能效的不間斷的運行，制取同樣冷量的電耗的大大減少將大大降低溫室氣體的排放，尤其對像中國這樣的以煤電為主的、自然化石能源資源按人口分配又極其稀缺的國家來說，節能還將意味著發電廠本地的酸雨問題將不至于更加嚴重。

3、建筑空間利用率和建筑美觀性的提高

采用社區集中供冷后，建筑的業主就可以大大減少在建筑內安裝設備室所需的空間，因為不需要再在樓宇里安裝自己獨立的制冷機了，而這些節省下來的空間可以被用來出售或租賃以賺取更多的收入。而且，取消了設備間還意味著消除了制冷機在樓內工作或起停時所產生的噪音，而原來設置干房頂或室外的冷卻塔也不復存在了，節省下來的空間可以用于安裝衛星接受天線等通訊設備，也可以考慮建立一個大的溫室植物暖房以加強建筑的美觀和欣賞價值，同時還能充分利用空間并賺取更多的收益。

取消難看的冷卻塔的好處不僅釋放了有限的、昂貴的空間，實現了提高美觀和收益的目的，而且還消除了采用冷卻塔所帶來的釋放羽狀水蒸氣和產生軍團菌的問題。在有的地方冷卻塔甚至是不能安裝的，比如像巴黎這樣的古都，為了和城市眾多的歷史性的建筑進行協調。在美麗的凱旋門面對的香謝麗舍大街上的商業樓宇外安裝冒著水蒸汽的難看的冷卻塔是絕對不可容忍的，因此巴黎采取了社區集中供冷，將冷卻塔挪到了不存在影響古建筑的美觀的地方，而且制冷機組采取埋地的安裝，從而將制冷系統的視覺污染減到最小。

4、維護的高質量

采用社區集中供冷后用戶就不再需要去自己維護制冷系統了，所有在中心制冷工廠的技術維護管理人員都受過嚴格、過硬的培訓，輔助以先進的計算機控制系統，供冷的質量、可靠性和系統的安壘性都可以得到很大的提高。由于采用了先進的技術，工作量大大降低了。工作人員大大減少了，這樣維護的費用也大大降低了。

5、系統的高可靠性

社區集中供冷系統的可靠性是分散小系統所無法比擬的。根據歐洲的經驗，社區集中供冷保證供冷的可靠性在99.70%以上，正是因為如此高的可靠性，連一般的醫院和食品冷凍廠都取消了備用供冷設備，從而降低了開銷。

四、社區集中供冷供熱系統的潛在問題

1、巨大的初投資

在這個現實世界中沒有任何一種工程解決方案是完美無缺的，這句話同樣也適用于社區集中供冷。巨大的初投資使得仿佛可以引領供冷革命的社區集中供冷技術蒙上了經濟是否可行的巨大的疑惑陰影，這一缺陷尤其在一個已經建立好供冷解決方案的地區想進行供冷技術升級、改進的情況下顯露無疑。而如果是在一個新建的集中商業區(cBD)的供冷設計時就考慮這種方案，這種缺點可以降到最低。

2、復雜的商業管理

除了每一個成功的社區集中供冷工程都要考慮當地各種外部情況和條件等復雜性，最難掌握的還是采取最適當的管理方式。其中包括在不同的地區對不同的客戶簽訂不同的冷量價格的合同，步步為營的模塊式的設計戰略以避免系統的制冷能力和傳輸能力設計過大，準確的長期預測和適當的短期建設的成功結合以避免出現短期內初投資無法產生效益而帶來的投資風險，等等。由于多種因素的共同影響，一個成功的、賺錢的社區集中供冷的商業管理模式是非常的難得的，它不能在其他地方照抄的，成功的技術設計但是失敗的管理導致的賠錢的社區集中供冷工程并非在少數。

3、環境問題

雖然節能和制冷劑的減排帶來了可觀的環境效應，但是當采用利用低溫海水或湖水，抑或是采用蓄水層中的冷水進行廉價冷卻的時候，所帶來的環境污染和水溫升高后的潛在的生態污染還應該經過謹慎的論證后才能確定最終的供冷方案，畢竟我們要遵守“科技以人為本”的設計方針。

4、美觀和娛樂問題

同樣，如果采用海水或湖水的廉價冷量進行社區集中供冷，巨大的冷水管道會造成視覺污染，而且浮在水面的輸水管道還會迫使以娛樂目的的行船被迫改變航向。

五、結 論

社區集中供冷供熱是一種既傳統又新興的供冷供熱方式，較之常規的空調系統來說存在著很多明顯的優點，但同時也存在著許多需要解決的問題。在我國社區集中供冷供熱的發展還處在起步階段，這使我們可借鑒的經驗較少，但同時也給了我們發展新思路的空間從國外的經驗來看一個社區集中供冷供熱系統是否成功有以下因素決定:冬冷夏熱，人口稠密的地區或使用率高的建筑，周邊有較為便宜的能量來源，熱電冷聯產技術的成熟及實施環境，有效率的管理，合理的資金投入及政策引導等。

總之，如何在社區集中供冷供熱的實施中，體現人與自然的協調發展，能源的合理利用和經濟利益的最大化是社區集中供冷供熱是否能快速地，良性的發展的關鍵。