淺談區(qū)域供冷系統(tǒng)在工業(yè)廠區(qū)的應(yīng)用

劉 歡，張 杰，王秉鈞，高愛軍

(唐山三友化工股份公司設(shè)計公司，河北唐山 063305)

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技 術(shù) 討 論

淺談區(qū)域供冷系統(tǒng)在工業(yè)廠區(qū)的應(yīng)用

劉 歡，張 杰，王秉鈞，高愛軍

(唐山三友化工股份公司設(shè)計公司，河北唐山 063305)

介紹了區(qū)域供冷系統(tǒng)在國內(nèi)外的發(fā)展及研究現(xiàn)狀，通過與分體式空調(diào)的對比，并結(jié)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(yīng)用的優(yōu)勢及可能性。

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

隨著我國經(jīng)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(guān)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(diào)供冷方案——每個房間單獨安裝分體式空調(diào)器制冷；

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

3)區(qū)域供冷方案——利用集中設(shè)置的冷凍站通過管道將冷媒輸往各個需冷建筑來實現(xiàn)空調(diào)的舒適要求或生產(chǎn)的工藝要求。對于工業(yè)廠區(qū)內(nèi)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(nèi)外研究現(xiàn)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(shù)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(wù)于學(xué)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(xiàn)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(jīng)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(yīng)用中來。目前在歐洲法國和瑞典的區(qū)域供冷技術(shù)發(fā)展的最成熟也是技術(shù)最先進的兩個國家。

近年來中東的區(qū)域供冷技術(shù)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(xiàn)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(nèi)，雖然區(qū)域供熱系統(tǒng)在我國北方已經(jīng)長期的應(yīng)用，并且取得了良好的效果，然而區(qū)域供冷系統(tǒng)出現(xiàn)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(xiàn)有的比較完善的有廣州大學(xué)城和北京中關(guān)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(diào)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(diào)供冷，需要在建筑的室內(nèi)外安裝設(shè)備，室內(nèi)機冷媒管道在室內(nèi)墻上敷設(shè)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(nèi)外安裝的設(shè)備所需要的空間，室內(nèi)末端基本在吊頂內(nèi)部，不會影響室內(nèi)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(diào)來說，不需要再在樓宇中單獨設(shè)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(chǎn)生的噪音，原來樓宇外單獨的冷卻塔也不復(fù)存在。采用區(qū)域供冷系統(tǒng)不僅可以減少設(shè)備的冗宇的設(shè)備，同時也可以提高了建筑內(nèi)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(shè)備，也就減少了設(shè)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(diào)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(diào)系統(tǒng)中的制冷機組不但效率低，而且部分負荷時設(shè)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(xiàn)專業(yè)化的管理和運行的優(yōu)化，系統(tǒng)的供冷質(zhì)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(jīng)濟性比較

以某工業(yè)廠區(qū)空調(diào)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(diào)系統(tǒng)。因此只對分體式空調(diào)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(diào)系統(tǒng)則需要422臺1.5匹分體式空調(diào)，每臺分體式空調(diào)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(diào)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(diào)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(diào)所需的總的投資。分體式空調(diào)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(diào)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(shè)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(fēng)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(diào)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(diào)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(diào)系統(tǒng)來講經(jīng)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(yīng)用

區(qū)域供冷系統(tǒng)雖然在我國由于經(jīng)濟和觀念上認識的差異，目前較少采用，但是在世界范圍內(nèi)已經(jīng)成為一種十分成熟的、商業(yè)化的供冷技術(shù)，因此區(qū)域供冷技術(shù)在國內(nèi)的應(yīng)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(diào)明顯優(yōu)于傳統(tǒng)空調(diào)和分體式空調(diào)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(diào)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(shù)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(diào)系統(tǒng)中逐步嘗試并應(yīng)用。

[1] 惠榮娜,徐奇,李德英,徐文發(fā).我國區(qū)域供冷的現(xiàn)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(quán)，龍惟定.區(qū)域供冷系統(tǒng)的應(yīng)用與展望[J].暖通空調(diào)，2009: 39-10

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