基于低碳能源的区域供冷系统应用

华海荣/江苏省城市规划设计研究院

基于低碳能源的区域供冷系统应用

华海荣/江苏省城市规划设计研究院

区域供冷系统（District Cooling System，“DCS”）是指为了满足某一特定区域内多个建筑物的集中空调冷源需求，由专门的空调制冷站集中制造冷水温水等,通过区域管道进行供给的一个或多个大规模中央空调冷热源系统。区域供冷系统是一种在区域层面整合与管理能量需求的技术，能有效的节省资金成本并起到节能减排的作用。本文将结合规划案例分析DCS适宜建设条件和关键要素：整体规划、规章制度、技术设计、能源管理和开发模式，重点分析整体规划和开发模式在促进DCS实施中的关键要点，推广有利低碳社会创建一个先进的能源供应系统。

区域供冷系统（DCS）；低碳能源规划；建设条件；关键要素

1.引言

区域供冷系统（District Cooling System，“DCS”）是指为了满足某一特定区域内多个建筑物的集中空调冷源需求，由专门的空调制冷站集中制造冷水温水等，通过区域管道进行供给的一个或多个大规模中央空调冷热源系统。一般来说区域供冷系统具有的优点有：集中冷源效率比分散冷源如风冷机、分体机的效率高；占地少，减少设备的冗余；冷热源易于集中优化控制；便于采用天然冷源蓄冷技术；减低污染排放等。近年来，区域供冷系统被作为节能、先进的空调解决方案在许多城市推广，但是相对于区域供热系统，区域供冷系统存在诸多建设前提条件，盲目应用不但不节能反而会造成投资成本高、浪费能源等后果。本文结合已经实施的案例，研究低碳城市规划中区域供冷系统的建设条件、关键控制要素，从规划源头分析确定项目实施的条件，以提高项目实施的可行性和可操作性。

2.建设条件分析

2.1适宜在密度集中的公共建筑区域设置，不宜在居住区应用

商业化运营区域供冷系统DCS ( district cooling system) 的经济性是国内的一个研究热点，虽然不少研究结论是DCS在适宜条件下可以实现节能运行，但用户调研结果则显示DCS的收费往往高于常规空调系统CCS (conventional cooling system)，导致DCS这种新出现的商品的服务价格成为供需双方的矛盾焦点。

居住建筑空调系统单位装机容量的年度累计负荷小于办公建筑，因而采用分体空调、VRF或区域供冷时，其单位冷量的固定成本与分摊到单位冷量的总成本变化规律相同，均高于办公建筑。居住建筑采用DCS的综合成本高于采用VRF和分体空调的综合成本，主要原因是由于居住建筑制冷设备的年度平均利用时间较少，造成的单位冷量固定成本分摊过高，以及住宅区域供冷系统的部分负荷时段较多，输配管网损耗较多。因此在居住建筑负荷特性和使用条件下，单独居住建筑空调系统更适宜采用分体空调，而不适宜采用高度集中的区域供冷。

公共建筑中DCS 初投资高，但运行维护费用低，固定成本分摊到单位冷量后在三种供冷形式中是最低的。而集中供冷的初投资虽然最低，但是由于维护成本较高而导致其单位冷量的固定成本反而最高，这说明区域供冷系统在公共建筑中存在应用的可能性。VRF 的单位冷量固定成本稍低于集中供冷，但计量收费方便，同时运行管理简便，维护量少，这也是近年来部分出租型办公楼的建设方偏爱VRF系统的缘由。在高密度的公共建筑中，供冷总成本与其单位面积的年度累计负荷有较大关系，随着系统服务建筑中单位面积的年度能耗增加，三种系统形式的单位冷量成本均下降，但是采用VRF系统的经济性最差，集中供冷系统的经济性适中，采用区域能源系统的经济性最好。

图1 香港启德机场改造区域供冷项目

香港启德机场改造项目的区域供冷系统已经处于项目的建设阶段，整个项目的总建设面积达380万平方米，其中商业建筑约173万平方米，整个方案设计主要考虑对商业建设集中供冷，对居住建筑不考虑。根据负荷计算的结果，在南北两个区域分别设置了1座区域供冷站，近期独立运营，远期逐步联网。北部供冷站负荷约162MW，南部供冷站负荷约122MW。

图2 香港启德机场区域供冷站布置图

2.2区域供冷站管网应该控制在经济的供冷半径内

根据目前的集中供冷技术水平，集中供冷站经济供冷半径为500-650米。超出经济供冷半径时，将造成供冷管道长度增加，冷量损失增大；且管道输送沿程阻力加大、水泵能耗上升，日常运营成本升高。因此，供冷站应布置在靠近负荷中心区域。

苏州工业园区独墅湖科教创新区集中供冷基础设施项目位于苏州工业园区独墅湖边，星湖街西、创苑路南侧地块。项目于2010年8月进行系统联动调试并开始投运，集中供冷站配备大型非电式溴化锂制冷机组，总装机容量3万冷吨，是江苏省首例大型非电空调及区域供冷项目，装机容量位列全国第三。服务范围为独墅湖月亮湾核心区内新建的各类建筑物以及核心区东侧的科技园数据中心，服务面积为约110万平方米。

图3 苏州工业园区独墅湖科教创新区集中供冷项目

设置的集中供冷站距离负荷中心最远距离不超过600米，根据区域内的各建筑物空调负荷规模需求，通过公共管道将6℃低温冷冻水输送到不同的公共建筑，以满足各个建筑物的空调负荷需要，升温后（13℃）的冷冻水回到机房后经过制冷再循环送至各用户。

2.3尽量利用周边天然冷源来提高区域供冷站的经济性

分析国内外诸多采用区域供冷系统项目发现，成功的案例必须具备以下两个条件：

（1）冷负荷附近有大量的天然冷源可以利用；

（2）冷负荷密度非常高且负荷稳定。

表1 利用天然冷源的区域供冷案例

上表案例均具备冷负荷用户附近有大量的廉价的天然冷源和冷负荷密度高且稳定的特点，最大限度发挥冷源集中的优势，减少其长距离输配冷水所带来的问题。

3.关键要素分析

3.1整体规划

把握时机对于DCS介入区域总体规划尤为关键。在区域开发的流程中DCS必需在立项阶段介入，总规阶段认可，详规阶段细化，从“生地”到“熟地”的“七通一平”阶段与一级开发商协调落实。如果错失时机，将对DCS项目实施的可行性、经济性产生重大影响。

以笔者承担的一个生态城的控制详细规划为例，为落实低碳生态的要求，在详细规划阶段对区域能源系统进行统筹考虑，并结合区域条件考虑采用水源热泵分布式能源系统。业主对于规划方案非常感兴趣，但同时对项目的可行性提出质疑。在这种状况下，笔者联系了国际知名能源运营商和设计专家，从项目的运作、管理、设计、融资、建设维护等关键要素提出详细方案，增强了业主的信心，并最终推动了该项目的实施。

3.2开发模式

一个稳固的开发模式是吸引私企参与投资，开发和管理DCS的关键。以下是DCS的三种开发模式：BOT（建设·经营·转让）、BTO （建设·转让·经营）、B+O （建设和经营）。

在BOT模式下，DCS开发商出资设计和构建DCS，保留DCS的所有权作为抵押。在合同期内经营系统以回收投资，在合同到期后，转让所有权和经营权给政府。BOT模式的显著特征是资本投资和经营费用都通过从用户方收取能源费得到回收。

在BTO模式下，DCS开发商出资设计和构建DCS，保留DCS的所有权作为抵押，工程完毕后从政府或开发商处回收其资金成本，此后在协定的合同期内保留DCS的经营权。在此期间，经营成本通过向终端用户收取能源费回收。BTO模式的显著特点是DCS的资金成本从政府或开发商处获得回收，而经营成本从终端用户处回收。

在B+O模式下，DCS开发商不出资，只为开发商提供DCS的设计、构建和经营。DCS相关的投资全由开发商出资，其资金成本和经营费用都从用户方得到回收。

表2 DCS 开发模式比较

采用合适的商业模式决定了DCS能否更广泛的成功应用。在合理规划和规章制度的配合下，选用构架良好的商业模式会让所有利益相关者获益，促进项目的实施。

4.结论

区域供冷系统是一种空调冷源的解决方案，与区域供热相比，它的成功需要特殊的适用条件和许多技术保障。例如需要高密度的冷负荷用户、足够量的廉价天然冷源、尽可能短的供冷半径、各种能源回收技术等。只有满足以上条件，区域供冷系统才能做到节能高效。因此，在城市规划中如果考虑设置区域供冷系统，必须综合考虑规划范围内的用地性质、功能布局、负荷特性、周边自然条件等诸多因素，否则盲目推广会造成更大浪费。

∶

[1]王璐.BOT模式及其主要形式比较研究.国际经济合作.2003（11）.

[2]华贲.区域型分布式冷热电联供能源系统的规划设计.Sino-Global Energy.2011.16(3).

[3]惠荣娜等.我国区域供冷的现状及发展.建筑节能.2007.35(3).

华海荣（1978.5－），男，硕士，江苏省城市规划设计研究院，高级工程师。