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部分冷量。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部分。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部分, 这不仅仅是因为这一部分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, 如果在这部分发生问题, 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, 比如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, 比如工业费热, 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达到高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, 比如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达到新标准的要求。

　　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, 比如像巴黎这样的古都, 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2

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拟的, 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、改进的情况下显露无疑。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避免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避免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。

6、当前区域供冷采用的基本技术
　　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基本技术有:

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）创造性的上述三种基本技术的任意结合

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部分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: 三联供能源站示例 (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达到了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创造性的上述三种基本技术的任意结合

　　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发展
　　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,该系统现在发展为全世界最大的区域供冷系统之一(1997年的供冷能力达到了220MW), 目前法国和瑞典是欧洲区域供冷发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一个大型区域供冷项目的实现, 地点自然是日本的大阪, 目前在亚洲只有马来西亚有一些区域供冷工程可以和日本相提并论, 日本人的“先模仿然后超越”技术发展模式再次让世界为之侧目。1989年, 第一个北欧区域供冷工程诞生于挪威, 紧接着瑞典斯德哥尔摩的市内大型区域供冷项目经过两年的精密筹划后于1995年正式投入使用, 经过几次不断的扩充系统供冷能力, 到目前为止该系统成为了世界上最大的区域供冷工程之一, 更重要的是从经济和环保的角度讲, 她也是世界上最成功的区域供冷的典范。近来, 荷兰的阿姆斯特丹、加拿大的多伦多以及中东的沙特阿拉伯成为了区域供冷发展的新的亮点, 几个超大型的区域供冷项目正在建设中或即将投入使用。

图表七:区域供冷在世界的发展

对于第一种采用制冷机的冷端为冷源的技术, 采用电驱动制冷机进行区域供冷最多的国家是法国, 这是因为法国在夏天有比较低的核电价格; 而在日本、德国和美国通常不采用独立的区域供冷系统, 而是采用将其结合到热电冷三联供的大系统中, 如果我们看看这三个国家的能源体系中天然气的利用都超过了20%, 了解这三个国家的大力支持天然气的国家能源政策就不难理解这一技术现状的由来。

　　至于第二种冷源的利用, 本文作者可以大胆而且放心的说瑞典的技术在世界上具有马首是瞻的绝对技术优势, 这也是诸多因素所导致的, 其中一个关键可以说是在瑞典的先进的、早就存在的、几十兆瓦级的大型热泵机组组成的区域供热体系, 另一个关键是瑞典是全世界最早淘汰HCFC的国家, 更具体的分析请详见本文作者的《瑞典区域供冷技术对中国的启示》一文。

　　采用自然的廉价冷量的大型区域供冷工程有美国康奈尔大学、加拿大多伦多以及荷兰阿姆斯特丹等地采用的以深层湖水的冷水来提供冷量的工程。瑞典则还是这一领域的绝对世界领导者, 他们拥有几乎所有全世界最好的利用低温的深层海水或湖水、地下水提供廉价冷量的区域供冷工程的教科书式的范例, 有的地区甚至利用冬天储存的的雪水来在夏天进行廉价供冷。

　　对于结合了各种可以利用的冷源来实现区域供冷的工程在全世界更是不胜枚举, 几乎可以肯定的说没有任何一种冷源可以在一个地方既能独享作为制冷冷源的特权, 又同时使得供冷系统达到最佳的经济和环境效益, 这句话也可以理解为几乎目前所有的区域冷源都是通过创造性的结合上述三种冷源来实现供冷的优化的, 这当然还是要具体问题具体分析, 在不同的地点(天然冷源的存在性和可实际利用潜力)和不同的人为条件(政府态度、用冷用户接受程度、各种能源价格、相关行业规范、标准, 等等)下有不同比率组成的最优组合。

8、区域供冷在中国的发展潜力
　　通过上面的介绍我们可以知道: 区域供冷在世界范围内已经成为一种商业化的、十分成熟的供冷技术, 但是根据笔者在2003年下半年在国内为瑞典资金供冷公司作的近半年的中国市场调查来看, “区域供冷”这一概念在国内还可以说是鲜为人知, 即使有人听说过也仅是有极其模糊的概念, 不过是停留在“初投资大” 、“环保”等基本单词, 至于“为什么”、“怎么回事” 还不是很清楚。而且我采访的对象还大都是些业内的有多年工程经验的工程师或比较有学识的学校教师等, 如果采访对象换成非专业人士那恐怕啼笑皆非的问答是难免发生了。因此, 我们可以说从目前来看, 区域供冷在国内发展首先面临的问题不是初投资大, 而是没人知道那是个什么东西。

　　通过上述的技术分析, 我们不难预见第一种和第三种冷源结合的第四种技术的采用将会在不远的未来在巨大的中国供冷市场寻找到一些机会, 尤其是近来国内大力开发和鼓励利用天然气能源, 比如最近的一些中国政府和澳大利亚政府、印尼政府以及俄罗斯政府的液化天然的购买项目, 国内的西气东输项目, 所有这些都可能为将来在我国最发达的几个大都市中发展环保的、以天然气为能源的热电冷三联供的项目打下伏笔, 在各大南方城市, 尤其是上海、广州、深圳等冷需求较高、商业化建筑密集、存在潜在的可利用的天然水体作为廉价冷源、同时又比较缺电的地区, 发展区域供冷将是为解决当地政府一些头痛的缺电、环保问题的一个非常理想的选择。

　　不能回避的是区域供冷技术在中国的经济可行性的研究是实现这种技术的关键中的关键: 政府的大力支持(日本经验), 合理的外部能源环境条件(燃气吸收式制冷机要天然气与电力的价格比低于0.25才具用竞争力), 最恰当的商业管理模式(瑞典经验), 最好的技术手段的应用(各国经验+当地的具体情况), 以及相关行业的更加严格的环保的强制性政策的出台(瑞典经验)等等, 都是跨越这一障碍并且化不可能为可能、化障碍为契机的重要手段, 因此, 本文作者希望读者在看过本文后再遇到区域供冷的问题不要再简单的说:“初投资大!”等令人望而生畏的词汇, 而是说:“采用区域供冷么? 恩… 可能会存在初投资大的问题吧?”

　　总而言之, 区域供冷如果利用得当将是一种在中国有非常广阔的市场前景的供冷技术, 但就目前看来, 这种技术在我国的发展就像我们的国家足球队冲向世界杯一样, 任重而道远… …