淺談區(qū)域供冷系統(tǒng)在工業(yè)廠區(qū)的應用

劉 歡，張 杰，王秉鈞，高愛軍

(唐山三友化工股份公司設計公司，河北唐山 063305)

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技 術 討 論

淺談區(qū)域供冷系統(tǒng)在工業(yè)廠區(qū)的應用

劉 歡，張 杰，王秉鈞，高愛軍

(唐山三友化工股份公司設計公司，河北唐山 063305)

介紹了區(qū)域供冷系統(tǒng)在國內外的發(fā)展及研究現狀，通過與分體式空調的對比，并結合工業(yè)廠區(qū)的辦公建筑布局的特點，分析區(qū)域供冷系統(tǒng)在工業(yè)廠區(qū)的應用的優(yōu)勢及可能性。

區(qū)域供冷系統(tǒng)；分體式空調系統(tǒng)；工業(yè)廠區(qū)；節(jié)能；集中管理

隨著我國經濟的快速發(fā)展，人民日常生活水平的不斷提高，人們對生活和工作環(huán)境的要求也日益提高。因此人們對建筑物的舒適度要求也不斷提高，夏季房間的供冷問題自然也就成為了人們關注的熱點。

對某一區(qū)域的多個建筑的供冷方案一般有：

1)分體式空調供冷方案——每個房間單獨安裝分體式空調器制冷；

2)常規(guī)空調方案——每棟建筑單獨設置常規(guī)的集中空調系統(tǒng)；

3)區(qū)域供冷方案——利用集中設置的冷凍站通過管道將冷媒輸往各個需冷建筑來實現空調的舒適要求或生產的工藝要求。對于工業(yè)廠區(qū)內的各個建筑的供冷方案該如何選擇，筆者將對此問題進行分析。

1 區(qū)域供冷系統(tǒng)在國內外研究現狀

世界上最早的商業(yè)化的區(qū)域供冷工程始于1961年美國的哈特福德(Hartford)[1]，20世紀70年代隨著商業(yè)供冷需求的增長及制冷技術的發(fā)展，區(qū)域供冷系統(tǒng)被有效的利用來滿足日益增長的供冷需求。在北美區(qū)域供冷系統(tǒng)主要分布在美國及加拿大的一些大城市，主要服務于學校、醫(yī)院、軍隊以及新建的商業(yè)建筑等。在歐洲區(qū)域供冷系統(tǒng)最早出現于20世紀60年代的法國巴黎，其中最大的兩個系統(tǒng)的供冷能力在1997年的時候已經達到了220 MW，成為了世界最大的區(qū)域供冷系統(tǒng)之一。瑞典、意大利、德國等國家隨后也加入到區(qū)域供冷的應用中來。目前在歐洲法國和瑞典的區(qū)域供冷技術發(fā)展的最成熟也是技術最先進的兩個國家。

近年來中東的區(qū)域供冷技術的發(fā)展也比較迅速，以阿聯(lián)酋為例，截止2006年底，該國單純供冷的區(qū)域供冷建筑面積就有1887萬m2[2]，沙特阿拉伯也有超大的區(qū)域供冷項目在建或是即將投入使用。在亞洲最早的區(qū)域供冷系統(tǒng)出現在1970年的大阪世博會上，目前在亞洲地區(qū)只有馬來西亞的一些區(qū)域供冷工程可以與日本相提并論。

在國內，雖然區(qū)域供熱系統(tǒng)在我國北方已經長期的應用，并且取得了良好的效果，然而區(qū)域供冷系統(tǒng)出現的較晚，雖然發(fā)展比較迅速但是尚且存在一些爭議。我國現有的比較完善的有廣州大學城和北京中關村西區(qū)及上海世博會園區(qū)的區(qū)域供冷系統(tǒng)。

2 區(qū)域供冷系統(tǒng)的優(yōu)點

2.1 環(huán)境的保護

相比較分散的小型制冷機組和分體式空調器機組來講，大型的制冷機組不僅所需的制冷劑較少，同時可以減少制冷劑在制冷機組工作和回收時的泄露，因此也就降低了制冷劑泄露對環(huán)境的破壞。不僅如此，在制取同樣的冷量時，區(qū)域供冷系統(tǒng)由于高效的運行和專業(yè)化管理，還可以降低CO2等溫室氣體的排放。這對于環(huán)境的保護也有極大的意義。

2.2 提高建筑美觀性、增加建筑空間

采用分體式空調供冷，需要在建筑的室內外安裝設備，室內機冷媒管道在室內墻上敷設會影響房間的整體美觀效果，而且建筑物外墻上掛滿室外機也會降低建筑物的美觀和欣賞價值。而區(qū)域供冷系統(tǒng)可以大大減少在建筑內外安裝的設備所需要的空間，室內末端基本在吊頂內部，不會影響室內整體美觀度同時室外也不會掛有外機，加強了建筑的美觀度。

同時集中供冷站占地少，相對于常規(guī)的集中制冷空調來說，不需要再在樓宇中單獨設置制冷機房來安裝單獨的制冷機組，同時也可以消除制冷機組運行時產生的噪音，原來樓宇外單獨的冷卻塔也不復存在。采用區(qū)域供冷系統(tǒng)不僅可以減少設備的冗宇的設備，同時也可以提高了建筑內外的美觀價值。

2.3 系統(tǒng)控制及管理的優(yōu)化

采用區(qū)域供冷系統(tǒng)后減少了制冷設備，也就減少了設備的維護工作，系統(tǒng)維護時不需要再去各個分散的機房而是統(tǒng)一在區(qū)域供冷站進行系統(tǒng)的維護工作，大大減低了工作量從而也可以降低系統(tǒng)維護所需的人工費用。與分體式空調器供冷系統(tǒng)相比更是明顯的降低了維護的工作量，也降低了在建筑外墻維修外機的工作危險性。

小型集中空調系統(tǒng)中的制冷機組不但效率低，而且部分負荷時設備的性能和管理水平都不具備實施機組優(yōu)化控制的可能[3]，而區(qū)域供冷系統(tǒng)在專業(yè)維護管理人員及先進的計算機控制系統(tǒng)下則能輕松實現專業(yè)化的管理和運行的優(yōu)化，系統(tǒng)的供冷質量、節(jié)能性能及安全可靠性都能得到大大的提升。

3 區(qū)域供冷系統(tǒng)運行經濟性比較

以某工業(yè)廠區(qū)空調系統(tǒng)為例，六棟建筑物的制冷總面積為11 990.7 m2，單體建筑的制冷面積不超1 500 m2，由于單體建筑制冷面積小，如采用集中制冷系統(tǒng)，則需要每棟建筑新建機房，需要六個分散的制冷機房，制冷機組較多，機組維修工作量繁重而且集中管理比較困難，因此不適宜采用集中制冷空調系統(tǒng)。因此只對分體式空調制冷系統(tǒng)及區(qū)域供冷系統(tǒng)進行比較。

六棟建筑物共422個房間所需的制冷總負荷為1 682.93 kW，系統(tǒng)的使用年限以15年計，綜合電價按0.85元/kW，每年的制冷時間取1 500 h，做如下簡單估算：

如采用分體式空調系統(tǒng)則需要422臺1.5匹分體式空調，每臺分體式空調的價格大約是4 000元左右，每小時耗電量取3.2 kW，分體式空調的一般壽命為8～10年。也就是說以15年為限的話分體式空調在運行8年左右需要更換，因此計算初投資時將計算兩批分體式空調所需的總的投資。分體式空調一般3～4年左右需要進行加注制冷劑等維護保養(yǎng)，維護費用以每次每臺分體機200元計算，則分體式空調制冷系統(tǒng)15年所需的初投資加運行費用總共為：

(422×4 000×2+3.2×422×1 500×15×0.85+15/3×422×200)/10 000=3 002.44萬元

如采用區(qū)域供冷系統(tǒng)則所需購買主要設備如下：制冷機組采用2臺制冷量為800 kW的單螺桿式制冷機組(功率為179.7 kW)，每臺機組的單價大約為60萬元，需要兩臺冷卻水量為300 m3/h的冷卻塔(功率為11 kW)，每臺冷卻塔的價格大約為12萬元，需要3臺揚程為55 m的冷凍水泵(2用1備，功率為45 kW)，單臺價格大約為2.2萬元，需要3臺揚程為26 m的冷卻水泵(2用1備，功率為30 kW)，單臺價格大約為1.5萬元，需要2臺處理水量為460 m3/h的全程水處理儀(冷凍水系統(tǒng)冷凍水系統(tǒng)各一臺，功率為100 W)，單臺價格大約為2.1萬，囊式落地膨脹水箱1臺(功率為2.2 kW)，單價大約為3.2萬，需要風機盤管共422臺(功率為76 W)，每臺價格大約為900元，一般冷水機組運行3 000～5 000 h維護一次，每次維護費用大約1萬元左右，則區(qū)域供冷系統(tǒng)15年所需的初投資加運行費用總共為：

60×2+12×2+2.2×3+1.5×3+2.1×2+3.2+422×0.09+(179.7×2+11×2+45×2+30×2+0.1×2+2.2+0.076×422)×1 500×15×0.85/10 000+1 500×15/3 000×10=1 357.7萬元。

將上述的簡單估算繪制成表格如下：

表1 空調系統(tǒng)投資估算

通過上面的簡單估算我們可以看出如果系統(tǒng)運行15年左右則區(qū)域供冷系統(tǒng)比分體式空調系統(tǒng)節(jié)省出來1 644.72萬元左右，節(jié)省下來的運行成本能能再上一區(qū)域供冷系統(tǒng)并且運行15年左右，雖然這只是一個簡單的估算，但是我們可以看出區(qū)域供冷系統(tǒng)相對于分體式空調系統(tǒng)來講經濟優(yōu)勢是明顯的。

4 區(qū)域供冷系統(tǒng)在工業(yè)廠區(qū)的應用

區(qū)域供冷系統(tǒng)雖然在我國由于經濟和觀念上認識的差異，目前較少采用，但是在世界范圍內已經成為一種十分成熟的、商業(yè)化的供冷技術，因此區(qū)域供冷技術在國內的應用必將發(fā)展起來。通過上述的簡單分析我們可以看出區(qū)域供冷空調明顯優(yōu)于傳統(tǒng)空調和分體式空調系統(tǒng)，長期的運行的區(qū)域供冷系統(tǒng)還可以通過提高運行和管理水平來提高系統(tǒng)的技能效益。

尤其是對于工業(yè)廠區(qū)的分散的辦公建筑，一般工業(yè)廠區(qū)的辦公建筑都比較分散且建筑面積比較小，不適宜采用集中供冷系統(tǒng)，然而采用分體式空調雖然初投資比較小但是后期的維護及運行費用相對于區(qū)域供冷系統(tǒng)來說比較高，通過上文簡單的計算可以看出運行的時間越長，區(qū)域供冷的優(yōu)勢越明顯。因此筆者認為對于工業(yè)廠區(qū)的辦公建筑而言，區(qū)域供冷技術有明顯的優(yōu)勢，所以區(qū)域供冷系統(tǒng)可以在工業(yè)廠區(qū)的空調系統(tǒng)中逐步嘗試并應用。

[1] 惠榮娜,徐奇,李德英,徐文發(fā).我國區(qū)域供冷的現狀及發(fā)展[J].建筑節(jié)能，2007(3):35-193

[2] International District Energy Association District Energy Space’06[R],2006:4-16

[3] 馬宏權，龍惟定.區(qū)域供冷系統(tǒng)的應用與展望[J].暖通空調，2009: 39-10

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