基于低碳能源的區域供冷系統應用

【摘 要】區域供冷系統（District Cooling System，“DCS”）是指為了滿足某一特定區域內多個建筑物的集中空調冷源需求，由專門的空調制冷站集中制造冷水溫水等，通過區域管道進行供給的一個或多個大規模中央空調冷熱源系統。區域供冷系統是一種在區域層面整合與管理能量需求的技術，能有效的節省資金成本并起到節能減排的作用。本文將結合規劃案例分析DCS適宜建設條件和關鍵要素：整體規劃、規章制度、技術設計、能源管理和開發模式，重點分析整體規劃和開發模式在促進DCS實施中的關鍵要點，推廣有利低碳社會創建一個先進的能源供應系統。

【關鍵詞】區域供冷系統（DCS）；低碳能源規劃；建設條件；關鍵要素

1.引言

區域供冷系統（District Cooling System，“DCS”）是指為了滿足某一特定區域內多個建筑物的集中空調冷源需求，由專門的空調制冷站集中制造冷水溫水等，通過區域管道進行供給的一個或多個大規模中央空調冷熱源系統。一般來說區域供冷系統具有的優點有：集中冷源效率比分散冷源如風冷機、分體機的效率高；占地少，減少設備的冗余；冷熱源易于集中優化控制；便于采用天然冷源蓄冷技術；減低污染排放等。近年來，區域供冷系統被作為節能、先進的空調解決方案在許多城市推廣，但是相對于區域供熱系統，區域供冷系統存在諸多建設前提條件，盲目應用不但不節能反而會造成投資成本高、浪費能源等后果。本文結合已經實施的案例，研究低碳城市規劃中區域供冷系統的建設條件、關鍵控制要素，從規劃源頭分析確定項目實施的條件，以提高項目實施的可行性和可操作性。

2.建設條件分析

2.1適宜在密度集中的公共建筑區域設置，不宜在居住區應用

商業化運營區域供冷系統DCS （ district cooling system） 的經濟性是國內的一個研究熱點，雖然不少研究結論是DCS在適宜條件下可以實現節能運行，但用戶調研結果則顯示DCS的收費往往高于常規空調系統CCS （conventional cooling system），導致DCS這種新出現的商品的服務價格成為供需雙方的矛盾焦點。

居住建筑空調系統單位裝機容量的年度累計負荷小于辦公建筑，因而采用分體空調、VRF或區域供冷時，其單位冷量的固定成本與分攤到單位冷量的總成本變化規律相同，均高于辦公建筑。居住建筑采用DCS的綜合成本高于采用VRF和分體空調的綜合成本，主要原因是由于居住建筑制冷設備的年度平均利用時間較少，造成的單位冷量固定成本分攤過高，以及住宅區域供冷系統的部分負荷時段較多，輸配管網損耗較多。因此在居住建筑負荷特性和使用條件下，單獨居住建筑空調系統更適宜采用分體空調，而不適宜采用高度集中的區域供冷。

公共建筑中DCS 初投資高，但運行維護費用低，固定成本分攤到單位冷量后在三種供冷形式中是最低的。而集中供冷的初投資雖然最低，但是由于維護成本較高而導致其單位冷量的固定成本反而最高，這說明區域供冷系統在公共建筑中存在應用的可能性。VRF 的單位冷量固定成本稍低于集中供冷，但計量收費方便，同時運行管理簡便，維護量少，這也是近年來部分出租型辦公樓的建設方偏愛VRF系統的緣由。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負荷有較大關系，隨著系統服務建筑中單位面積的年度能耗增加，三種系統形式的單位冷量成本均下降，但是采用VRF系統的經濟性最差，集中供冷系統的經濟性適中，采用區域能源系統的經濟性最好。

香港啟德機場改造項目的區域供冷系統已經處于項目的建設階段，整個項目的總建設面積達380萬平方米，其中商業建筑約173萬平方米，整個方案設計主要考慮對商業建設集中供冷，對居住建筑不考慮。根據負荷計算的結果，在南北兩個區域分別設置了1座區域供冷站，近期獨立運營，遠期逐步聯網。北部供冷站負荷約162MW，南部供冷站負荷約122MW。

2.2區域供冷站管網應該控制在經濟的供冷半徑內

根據目前的集中供冷技術水平，集中供冷站經濟供冷半徑為500-650米。超出經濟供冷半徑時，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，日常運營成本升高。因此，供冷站應布置在靠近負荷中心區域。

蘇州工業園區獨墅湖科教創新區集中供冷基礎設施項目位于蘇州工業園區獨墅湖邊，星湖街西、創苑路南側地塊。項目于2010年8月進行系統聯動調試并開始投運，集中供冷站配備大型非電式溴化鋰制冷機組，總裝機容量3萬冷噸，是江蘇省首例大型非電空調及區域供冷項目，裝機容量位列全國第三。服務范圍為獨墅湖月亮灣核心區內新建的各類建筑物以及核心區東側的科技園數據中心，服務面積為約110萬平方米。

圖3 蘇州工業園區獨墅湖科教創新區集中供冷項目

設置的集中供冷站距離負荷中心最遠距離不超過600米，根據區域內的各建筑物空調負荷規模需求，通過公共管道將6℃低溫冷凍水輸送到不同的公共建筑，以滿足各個建筑物的空調負荷需要，升溫后（13℃）的冷凍水回到機房后經過制冷再循環送至各用戶。

2.3盡量利用周邊天然冷源來提高區域供冷站的經濟性

分析國內外諸多采用區域供冷系統項目發現，成功的案例必須具備以下兩個條件：

（1）冷負荷附近有大量的天然冷源可以利用；

（2）冷負荷密度非常高且負荷穩定。

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

3.關鍵要素分析

3.1整體規劃

把握時機對于DCS介入區域總體規劃尤為關鍵。在區域開發的流程中DCS必需在立項階段介入，總規階段認可，詳規階段細化，從“生地”到“熟地”的“七通一平”階段與一級開發商協調落實。如果錯失時機，將對DCS項目實施的可行性、經濟性產生重大影響。

以筆者承擔的一個生態城的控制詳細規劃為例，為落實低碳生態的要求，在詳細規劃階段對區域能源系統進行統籌考慮，并結合區域條件考慮采用水源熱泵分布式能源系統。業主對于規劃方案非常感興趣，但同時對項目的可行性提出質疑。在這種狀況下，筆者聯系了國際知名能源運營商和設計專家，從項目的運作、管理、設計、融資、建設維護等關鍵要素提出詳細方案，增強了業主的信心，并最終推動了該項目的實施。

3.2開發模式

一個穩固的開發模式是吸引私企參與投資，開發和管理DCS的關鍵。以下是DCS的三種開發模式：BOT（建設·經營·轉讓） 、BTO （建設·轉讓·經營）、B+O （建設和經營）。

在BOT模式下，DCS開發商出資設計和構建DCS，保留DCS的所有權作為抵押。在合同期內經營系統以回收投資，在合同到期后，轉讓所有權和經營權給政府。BOT模式的顯著特征是資本投資和經營費用都通過從用戶方收取能源費得到回收。

在BTO模式下，DCS開發商出資設計和構建DCS，保留DCS的所有權作為抵押，工程完畢后從政府或開發商處回收其資金成本，此后在協定的合同期內保留DCS的經營權。在此期間，經營成本通過向終端用戶收取能源費回收。BTO模式的顯著特點是DCS的資金成本從政府或開發商處獲得回收，而經營成本從終端用戶處回收。

在B+O模式下，DCS開發商不出資，只為開發商提供DCS的設計、構建和經營。DCS相關的投資全由開發商出資，其資金成本和經營費用都從用戶方得到回收。

采用合適的商業模式決定了DCS能否更廣泛的成功應用。在合理規劃和規章制度的配合下，選用構架良好的商業模式會讓所有利益相關者獲益，促進項目的實施。

4.結論

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

參考文獻：

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作者簡介：華海榮（1978.5-），男，碩士，江蘇省城市規劃設計研究院，高級工程師。