2023年区域供冷在世界的发展趋势.doc

区域供冷在世界的开展状况 简 介： 本文首先简介了区域供冷的概念、优缺点以及目前世界上采用比较流行的各种区域供冷技术, 然后概括了当前世界上这种供冷技术的开展现状并展望了这种技术在中国开展的潜力。 关键字：区域供冷 世界 中国 1、引言 　　随着近年来我国经济的快速开展，人民生活水平得到了不断提高，城市化建设不断加速, 工业化开展趋势不断深入, 能源与资源消耗屡创新高。特别是以建筑业为代表的行业及其相关行业的高速开展 (如供热通风与空调行业) 在很大程度上反响了我国的高经济开展速度的现状和趋势。 　　根据中国建筑科学研究所的权威统计, 建筑内耗能占了我国每年能耗非常可观的一局部。基于本文作者近两年来在瑞典皇家工学院能源技术系的学习体会以及为瑞典资金供冷公司在国内的半年市场调查的经历，本文简要的介绍了近年来在全世界兴起的区域供冷技术的概念、 优缺点、根本技术、当前的开展现状并且结合国内的实际情况展望了该技术在中国的开展前景。 2、区域供冷的概念 　　区域供冷技术是指集中生产并输配冷量。冷量以冷冻水为载体被中心制冷工厂生产出来并通过埋入地下的管道输往办公写字楼、 工业建筑和住宅建筑中去带走室内空气的热量, 实现空调的舒适要求或生产的工艺要求。 3、区域供冷系统的组成 　　一个独立的区域供冷系统一般由以下五个根本局部组成: 1〕中心冷冻水制造工厂 2〕蓄冷设备 3〕冷冻水输配系统 4〕用户端和主干网的连接 5〕计算机模拟软件 图一: 一个独立区域供冷系统的组成 (文献1) 3.1中心冷冻水制造工厂 在中心制冷厂中冷冻水通常由电驱动的压缩式制冷机或吸收式制冷机生产出来, 如果技术条件和经济条件允许的话, 天然的低温水体可以被作为廉价的冷源来提供局部冷量。在某些外部条件下一套独立的区域供冷系统方案在经济上不可行, 这时我们可以考虑采用把区域供冷系统结合到一套热电冷三联供的CCHP系统中, 从而把眼前的经济障碍通过灵活的技术应用转化为新的节能和赚取最大的经济效益的契机。 3.2蓄冷设备 　　蓄冷是优化一套区域供冷系统中非常关键的一局部。通常它可以减小系统的初投资和运行费用, 同时又可以为中心制冷厂中的制冷机创造一个更加平稳的负荷从而提高系统的能效。 3.3冷冻水输配系统 　　主干网的冷冻水输配系统实现了将在中心制冷工厂中生产出的、携带着冷量的冷冻水输送到用户端的任务。 3.4用户端和主干网的连接 用户端的连接是一个大型区域供冷工程中至关重要的局部, 这不仅仅是因为这一局部是整个区域供冷系统中实现为用户端供冷这一终极目标的最后一步, 更是因为正是系统连接的这些客户的采取何种供冷方式供冷的决定将最终决定该区域供冷系统整体的节能性和经济性, 如果在这局部发生问题, 潜在的区域供冷用户们出于供冷安全的考虑将采用其他的供冷方案, 而区域供冷的最大优点在于其规模效应引起的其他诸如节能、高灵活性等超出传统技术的优点, 一旦用户端冷负荷不够稳定或过小, 区域供冷将完全没有任何优势可言, 甚至不如传统的、独立的分散式的供冷技术。 3.5计算机模拟软件 　　计算机模拟软件近来被越来越多的采用到区域供冷系统的设计和运行中。这些模拟软件能够处理复杂的系统和建筑的负荷计算、不断变化的气候影响和多种技术经济选择。由于大量参数的存在, 有些软件是专门进行初步可行性研究的, 有的是进行特殊计算的, 比方一个互联系统的平衡或确定管道的尺寸。 　　通常, 计算机模拟软件被用于三种条件下: 一套新系统的设计、现有系统的扩展和系统的运行中。 4、区域供冷的优点 1〕运行的高能效 2〕环境的保护 3〕建筑空间利用率和建筑美观性的提高 4〕维护的高质量 5〕系统的高可靠性 4.1运行的高能效 　　一个大型的中心制冷工厂与许多分散的小制冷机组相比可以得到更多、更细致的分析和更好的设计, 而且由于连接用冷用户数量巨大, 各用户冷负荷的同时利用系数小于1, 这将在一定程度上降低系统的整体供冷能力的需求, 同时可以使得系统的工作曲线维持一个比较平缓的模式, 从而使得系统可以实现一个较高的运行能效或COP。 　　大型制冷工厂几乎可以采取各种能源制冷, 尤其是廉价的能源, 比方工业费热, 海水或湖水的自然冷量。 　　蓄冷技术可以实现削峰填谷技术, 从而减轻电力系统在夏天冷需求到达顶峰时对其他用电企业、单位和发电厂的压力, 同时, 利用低谷电可以使得区域供冷系统的经济性更好。而且采取蓄冷技术可以降低系统的总制冷能力, 利用夜间冷负荷低的时候使大型制冷机组连续高效的工作并将产出的冷量以冰或冷冻水的形式储存起来以备白天使用, 从而降低了整个系统的供冷机组的装机能力要求。 4.2环境的保护 　　对于同等制冷能力的几部大型制冷机组和分散的许多的小制冷机组来说, 大型机组不仅需要少的多的制冷剂, 而且可以更好的处理制冷剂在工作及回收时的泄漏问题。一旦特殊的或更严格的行业标准出台, 比方CFC和HCFC的淘汰, 大型的制冷工厂可以更快的和更经济的采取技术措施来到达新标准的要求。 　　由于大的制冷机的高能效的不间断的运行, 制取同样冷量的电耗的大大减少将大大降低温室气体的排放, 尤其对像中国这样的以煤电为主的、自然化石能源资源按人口分配又极其稀缺的国家来说, 节能还将意味着发电厂本地的酸雨问题将不至于更加严重。 4.3建筑空间利用率和建筑美观性的提高 　　采用区域供冷后, 建筑的业主就可以大大减少在建筑内安装设备室所需的空间, 因为不需要再在楼宇里安装自己独立的制冷机了, 而这些节省下来的空间可以被用来出售或租赁以赚取更多的收入。而且, 取消了设备间还意味着消除了制冷机在楼内工作或起停时所产生的噪音, 而原来设置于房顶或室外的冷却塔也不复存在了, 节省下来的空间可以用于安装卫星接受天线等通讯设备, 也可以考虑建立一个大的温室植物暖房以加强建筑的美观和欣赏价值, 同时还能充分利用空间并赚取更多的收益。 　　取消难看的冷却塔的好处不仅释放了有限的、昂贵的空间, 实现了提高美观和收益的目的, 而且还消除了采用冷却塔所带来的释放羽状水蒸气和产生军团菌的问题。在有的地方冷却塔甚至是不能安装的, 比方像巴黎这样的古都, 为了和城市众多的历史性的建筑进行协调, 在美丽的凯旋门面对的香谢丽舍大街上的商业楼宇外安装冒着水蒸汽的难看的冷却塔是绝对不可容忍的, 因此巴黎采取了区域供冷, 将冷却塔挪到了不存在影响古建筑的美观的地方, 而且制冷机组采取埋地的安装, 从而将制冷系统的视觉污染减到最小。 图表二: 建筑空间利用率和建筑美观性的提高 (网站1) 变成 或 4.4维护的高质量 　　采用区域供冷后用户就不再需要去自己维护制冷系统了, 所有在中心制冷工厂的技术维护管理人员都受过严格、过硬的培训, 辅助以先进的计算机控制系统, 供冷的质量、可靠性和系统的安全性都可以得到很大的提高。由于采用了先进的技术, 工作量大大的降低了, 工作人员大大的减少了, 这样维护的费用也大大降低了。 图表三: 高质量的维护 (网站1) 4.5系统的高可靠性 　　区域供冷系统的可靠性是分散小系统所无法比较的, 根据欧洲的经验, 区域供冷保证供冷的可靠性在99.7% 以上, 正是因为如此高的可靠性, 连一般的医院和食品冷冻厂都取消了备用供冷设备, 从而降低了开销。 5、区域供冷潜在的问题 1〕巨大的初投资 2〕复杂的商业管理 3〕潜在的环境问题 4〕潜在的美观和娱乐问题 5.1巨大的初投资 　　在这个现实世界中没有任何一种工程解决方案是完美无缺的, 这句话同样也适用于区域供冷。巨大的初投资使得仿佛可以引领供冷革命的区域供冷技术蒙上了经济是否可行的巨大的疑惑阴影, 这一缺陷尤其在一个已经建立好供冷解决方案的地区想进行供冷技术升级、改良的情况下显露无疑。而如果是在一个新建的集中商业区(CBD)的供冷设计时就考虑这种方案, 这种缺点可以降到最低。 5.2复杂的商业管理 　　除了每一个成功的区域供冷工程都要考虑当地各种外部情况和条件等复杂性, 最难掌握的还是采取最适当的管理方式, 其中包括在不同的地区对不同的客户签订不同的冷量价格的合同, 步步为营的模块式的设计战略以防止系统的制冷能力和传输能力设计过大, 准确的长期预测和适当的短期建设的成功结合以防止出现短期内初投资无法产生效益而带来的投资风险, 等等。由于多种因素的共同影响, 一个成功的、赚钱的区域供冷的商业管理模式是非常的难得的和不能在其他地方按部就班照抄的, 成功的技术设计但是失败的管理导致的赔钱的区域供冷工程并非在少数。 5.3潜在的环境问题 　　虽然节能和制冷剂的减排带来了可观的环境效应, 但是当采用利用低温海水或湖水, 抑或是采用蓄水层中的冷水进行廉价冷却的时候, 所带来的环境污染和水温升高后的潜在的生态污染还应该经过谨慎的论证后才能确定最终的供冷方案, 毕竟我们要遵守“科技以人为本〞的设计方针。 5.4潜在的美观和娱乐问题 　　同样, 如果采用海水或湖水的廉价冷量进行区域供冷, 巨大的冷水管道会造成视觉污染, 而且浮在水面的输水管道还会迫使以娱乐目的的行船被迫改变航向。 图表四: 潜在的美观和娱乐问题 (网站2) 6、当前区域供冷采用的根本技术 　　按照冷源类型划分, 区域供冷当前在现有的条件下所采取制冷根本技术有: 1〕大型制冷机的冷端, 包括电驱动和各种热源驱动的吸收式制冷机 2〕现有的区域供热系统中热泵的冷端 3〕低温的深层海水或湖水 4〕创造性的上述三种根本技术的任意结合 6.1大型制冷机的冷端, 包括电驱动和各种热源驱动的吸收式制冷机 　　基于制冷机的区域供冷系统是目前最简单也是最普遍采用的解决方案, 几乎所有的区域供冷工程都局部或全部采用了这一方案。其中比较有意思的是通过成熟的吸收式制冷技术把一套区域供冷系统结合到一套热电冷三联供的系统中去以提高整个系统的热能利用效率, 从而提高了系统的经济性和加强了对环境的保护。 图表五: 三联供能源站例如 (网站3) 6.2现有的区域供热系统中热泵的冷端 　　这种技术可是说就像童话般在美丽的Scandinavia大陆的瑞典成为了现实, 具体的工程设计请参看本文作者的瑞典区域供冷技术对中国的启示一文。 6.3低温的深层海水或湖水、地下水 　　采用低温深层海水或湖水、地下水的廉价冷量进行区域供冷是利用自然存在的天然冷量供冷的革命性的设计思想, 瑞典目前是应用该技术最成功的国家, 具体工程请参看本文作者的瑞典区域供冷技术对中国的启示一文, 正是由于采用了这一技术, 瑞典首都斯德哥尔摩城区内的大型区域供冷工程在最近一次的系统扩充后, 整体的COP到达了12～14, 这样的COP值几乎是现有的任何其他的供冷系统所望尘莫及的。 图表六: 美国康奈尔大学采用的以深层湖水的冷水来提供冷量的区域供冷工程 (网站4) 6.4创造性的上述三种根本技术的任意结合 　　因为一个成功的区域供冷工程的设计总是在所有特定的外部条件共同的作用下被设计出来的, 因此为了寻求在所有的限制下找到最优的设计方案, 创造性的结合几乎将是所有区域供冷技术采用的必然的方案。在瑞典区域供冷技术对中国的启示一文中, 本文作者详尽的介绍了瑞典的区域供冷技术, 该技术不同程度的涉及到了所有上述的三种冷源的合理利用, 从而成就了目前世界上最成功的和几近完美的区域供冷系统。 7、区域供冷在世界上的开展 　　最早的商业化的区域供冷工程始于1961年美国的哈特富德 (Hartford), 6年之后区域供冷登陆欧洲大陆, 地点是法国的La Défense,该系统现在开展为全世界最大的区域供冷系统之一(1997年的供冷能力到达了220MW), 目前法国和瑞典是欧洲区域供冷开展最成熟也是技术最先进的两个国家。1970年的大阪世博会、日本政府的大力支持、相关法规的出台以及当时日本繁荣的经济背景促成了亚洲第