北京某園區供冷方案對比分析

文_印長友 陳曉雨 王根軍 北京燃氣能源發展有限公司

1 項目概況

1.1 建筑規模及業態形式

園區位于北京市南部，供冷建筑面積為182.69萬m2，整個園區分成13個地塊(見圖1)。園區包含冷鏈物流公司、生物醫藥加工企業、高分子材料科研制造基地、現代化寫字樓、商業中心等業態。

圖1 園區規劃圖

1.2 負荷分析

冷鏈物流用能穩定，區域面積大，建筑容積率低，用能密度較低，周邊建設用地較多；生物醫藥等高新企業一般辦公區域需要用冷，試驗生產區域需要專用精密空調或者通風解決冷負荷；寫字樓等，建筑容積率相對較高，用能密度相對較高。

按照傳統的區域供能規劃思路，一般會在區域靠近中心位置設置中心制冷站，作為整個區域唯一的冷源，為全區域提供冷負荷，中心制冷站通過熱力管網和區域內的用戶相連，實現“大市政”集中供冷。

依據《城鎮供熱管網設計規范》（CJJ34-2010）、暖通空調技術措施中規定，并結合項目實際情況，熱負荷情況見表1。

表1 負荷計算一覽表

2 方案思路和經濟數據

2.1 經濟經濟數據

供冷價格為53元/m2，項目的計算期定為21a，其中建設期1a，生產運營期20a。測算時項目估算達產率按照其投產第一年30%，第二年50%，第三年70%，第四年90%，第五年及以后每年100%；項目經濟測算設定收費率100%。

2.2 方案基本要求

在有綠地的園區，根據地理優勢配置地源熱泵，運行時優先使用地源熱泵承擔供能范圍內的基礎冷負荷，設置電制冷機調峰。在用地面積充足的園區，耦合蓄冷裝置，利用蓄能裝置在夜間低谷電時段蓄冷蓄熱，在高峰電價時段釋放。

2.3 方案對比

整個園區在解決同樣冷負荷需求的基礎上，將整體區域中心站+大規模管網模式和分散制冷站+小范圍管網的方案進行對比，在相同輸配參數、財務政策、成本費率的基礎上進行分析，最終對比兩方案收益率情況。

2.3.1 “中心站”集中供冷方案

(1)技術路線和設備選型

將園區按照供能性質不同將所有地塊的冷負荷劃分為3個區，新建3座區域型制冷中心站，每個區域分別設置1座制冷站。

新建供冷配套管網，建設從園區制冷站到各個地塊的市政供冷管網，每個地塊內部有建設支狀內部管網和用戶末端制冷設備相連。

1#制冷站內安裝2臺500RT的雙工況電制冷機、350m3的蓄冰槽及配套設施。2#制冷站內安裝3地源熱泵（供熱量1507kW，供冷量1456kW）、2臺1000RT的雙工況主機、750m3的蓄冰槽及配套輔機設施。3#制冷站內安裝3地源熱泵（供熱量3296kW，供冷量3216kW）、2臺2600RT的雙工況主機、1900m3的蓄冰槽及配套輔機設施，主要設備選型表見表2。

表2 制冷站主要設備表

（2）財務評價

經計算，項目總的建設投資24673.08萬元，年總成本費用4235.35萬元，年凈利潤總額1079.80萬元，項目投資財務內部收益率8.55%。

項目收益低因為投資較高，較低的供能密度，導致在“中心站”集中供冷方案中管網投資占用比例大，再加上無法更好的利用蓄冷和地緣熱泵，即無法在一個中心區域大規模建設蓄冷系統，部分空閑的綠地資源無法建設地緣熱泵，導致系統效率無法達到最大，同時系統運行經濟性也無法達到最佳，這也是“中心站”集中供冷方案的無奈之選，能源站輻射范圍大，在用能密度較低的區域發揮不出大市政管網低成本運行的優勢。

2.3.2 “衛星站”分散供冷方案

（1）技術路線和設備選型

在每個地塊都新建一座小型制冷“衛星站”，站內設置電制冷機，每個“衛星站”直接連接地塊內的末端設備，末端制冷設備和制冷“衛星站”通過用戶內部管網連接。

“衛星站”內根據不同的地域的特點設置地源熱泵或者蓄冷用來承擔基礎冷負荷，為衛星站覆蓋范圍提供集中供冷，主要設備表見表3。

表3 制冷站主要設備表

蓄能水槽 V=4400m3 1地源熱泵 制熱量1795kW，制冷量1732kW 2電制冷機 173RT 制冷量607kW 1蓄能水槽 V=5100m3 1電制冷機 550RT 制冷量1934kW 2蓄能水槽 V=4850m3 1電制冷機 273RT 制冷量961kW 2蓄能水槽 V=2400m3 1地源熱泵 制熱量1795kW，制冷量1732kW 3電制冷機 297RT 制冷量1046kW 1蓄能水槽 V=7800m3 1地源熱泵 制熱量1795kW，制冷量1732kW 5蓄能水槽 V=6700m3 1

（2）財務評價

經計算，項目總的建設投資20490.43萬元，年總成本費用4621.98萬元，年凈利潤總額1070.97萬元，項目投資財務內部收益率9.91%。

項目收益比較好的原因是投資較低，較低的供能密度，導致在“衛星站”分散供冷方案中管網投資占用比適中，再加上更好的利用每個“衛星站”周邊的資源，提升蓄冷設備的裝機規模，合理的利用周邊綠地建設地緣熱泵，規避了一個中心區域無法大規模建設蓄冷系統的弊病，發揮了蓄冷的高效率、高經濟性，能源站輻射范圍較小，調節能力強，在用能密度較低的區域發揮出運行成本低的優勢。

3 對比分析

本項目因為所有用戶都有冷需求，初期規劃時完全符合大管網集中供冷的規劃特點，此類思路看似技術成熟、運行成本低，但是隨后經過兩種方案從前期投資、后期運行管理成本等方面對比分析可知，并不是所有的區域型供冷都適用“中心站”集中供冷的方案。

從投資和收益情況來看，“衛星站”分散供冷方案要優于“中心站”園區供冷方案，其主要原因在于“衛星站”方案降低了市政管網的投資，園區型能源規劃中集中大市政管網的投資較大，投資的差異導致最終收益率的差異。

從運行成本來分析，“中心站”園區供冷方案理應要優于“衛星站”分散供冷方案，其主要原因在于“衛星站”方案站點多覆蓋范圍廣，需要的運行人員較多，增加運行成本。但是因為“衛星站”分散供冷方案加大了蓄冷的裝機規模，同時耦合了地緣熱泵等可再生能源的形式，提高了效率，降低了能耗成本。

和供熱不同，區域供冷因為涉及到溫差較低，負責輸送能量的外管網投資很大，結合上述特點，供冷規劃思路和供熱不同，供熱可以做成統一高溫源再大半徑輸送的方式，而供冷則會很大程度上加大初投資，同時也會影響制冷效率。

4 結語

在制定大型的園區制冷方案時，技術上優選用“衛星站”分散供冷方案去解決用戶冷負荷，此類方案因為小范圍的管網會降低管網冷損失，適當提高回水溫度，機組效率提高，同時“衛星站”分散供冷方案可以更靈活的耦合附近地熱等可再生能源，降低運行費用，降低碳排放。

在商務實施方面上，對于分期實施或者未來招商不確定性較高的園區，“衛星站”分散供冷方案的優點尤為明顯，可根據地塊建設進度，逐步投產，提高方案可行性。

在運行成本方面，因為“衛星站”分散供冷方案采用的是小半徑管網，調節能力好，循環阻力小，供量輸送效率高。外加可以更靈活、更大程度地使用蓄冷，節省了電力消耗費用，同時也為電網提供了削峰填谷的支持，新型的規劃理念也是踐行低碳理念。

在建設投資方面，低密度供能區域的大市政管網供能方案中管網投資占比較高，導致最后總投資未必比“衛星站”分散供冷方案在投資上有優勢，類似于本案例中，“中心站”集中供冷方案初投資已經超過“衛星站”分散供冷方案，所以優化設計方案是節省投資的重要手段。