地源热泵区域集中供冷研究综述

谭 敏

（湖南城建职业技术学院，湖南 湘潭 411101）

1 前言

区域供冷系统是利用集中设置的大型冷冻站向一定范围内的建筑提供冷量的供冷方式，由于在节能、环保和运行管理等方面的优势，在欧、美、日等发达国家得到了较广泛的应用，广州地铁二号线、广州大学城、中国香港地铁车站、埃及开罗地铁车站成功采用区域集中供冷系统。

2 研究现状

目前，国内外对区域集中供冷的研究多停留在工程应用摸索阶段，有很大的盲目性。铁一院张鲲分析了广州地铁三站集中式系统采用分站供冷和集中供冷的经济性，研究发现，集中冷冻系统初投资最小，分站供冷运行费最小，与分站供冷相比，集中供冷在车站无需冷却塔装置，可避免冷却塔对市政规划和周边环境的影响；集中冷却系统的总装机容量和满负荷电机功率均小于集中冷冻系统，每年可节省大量的运行费。

合理确定区域供冷半径是该项技术成败的关键，广州市设计院的朱纪军、刘谨从运行能耗出发，通过与分体空调器的运行效率的比较发现：系统满负荷能效比比分体空调器高45.5％，全年运行能耗节省14.3％，但难以利用同时使用系数减少装机容量，区域供冷规模效应无法体现；供冷距离为500m时，系统满负荷能效比比分体空调器高28.4％，全年运行效率略高于分体空调器，区域供冷系统优势明显；供冷距离为1 000 时，系统满负荷能效比优于分体空调器，全年运行交率与之相当，通过加大供回水温差、合理确定同时使用系数降低装机容量减少初投资、合理划分系统范围和提高满负荷运行率节省运行费。

上海交大的候志坚结合广州地铁二号线集中供冷系统，分析了管网承压等集供冷面临的问题，湖南大学张国强等对某住宅区集中供冷系统在采用不同水系统形式时的全年能耗进行了分析，结果表明，变频二次泵分散设置的变流量系统效果最好。香港城市大学的Chow Tin-Tai阐述了在以香港为代表的亚热带城市地区采用区域集中供冷的冷却方案和技术需求，提出了预测热需求和能耗的方法。

华南理工大学刘金平等以系统的年度费用为目标函数，建立了确定区域供冷系统冷冻水输送管线最优水流速度和保温层最优厚度的优化模型，得到以下结论：对于区域供冷系统，存在最优的水流速度和保温层厚度；冷水输送距离对最优水流速度和保温层最优厚度没有影响；最优水流速度随电价升高而降低，随设计冷负荷增大而升高；保温层最优厚度随电价升高而增加，随设计冷负荷的增大而稍有增加。

湖南大学张国强等探讨了负荷变化时制冷机系统最优运行方案的确定方法，模拟了不同制冷机配置方案的全年运行能耗，并结合初投资、水泵及冷却塔能耗对一个住宅小区集中供冷系统的不同制冷机配置方案进行了优化选择；清华大学江亿等提出根据集中供冷区域空调负荷的特点，利用总能耗最小的原则，确定区域供冷系统最佳供冷面积。华南理工大学朱冬生等针对区域集中供冷系统低温供水带来的主机效率不高、系统运行成本增加的问题，提出了一种新的区域集中供冷系统冷量调节方法，即用冷建筑末端空调设备的恒流量、变温差调节方法。

系统服务于多样化负荷特性的建筑群时，在众多的设计因素和解决方案中，建筑类型组合是否合理是一个很重要的决定因素，香港城市大学的Chow Tin-Tai采用遗传算法建立了一种优化组合建筑类型的方法，导出了优化目标函数和负荷模型，实例研究表明该方法可以得到最优方案，通过建筑设计负荷模拟、动态仿真、制冷站能耗分析建立了能耗分析模型，并在九龙东南地区发展项目的集中供冷方案中予以验证。

3 需解决的关键问题

目前关于区域集中供冷技术方面的研究还比较零乱，多是针对某一具体工程应用项目，可移植性差，很多项目由于系统配置不合理导致单位冷量成本过高，迫切需要建立区域集中供冷关键控制参数优化配置体系，有很多问题需要解决：

（1）系统最佳组合权重。不同的建筑类型有不同的负荷特性，不同的使用时间和不同的建筑功能，导致不同的系统配置，需优化组合不同类型建筑的系统最佳组合权重。

（2）负荷密度与供冷半径。有研究表明，负荷密度不小于14kW/m时，区域集中供冷才能体现其优势，相应的供冷半径不超过1500m，范围太过空泛，不同的系统组合权重对应的最佳负荷密度和最佳供冷半径尚需深入研究。

（3）经济流速与经济保温厚度。经济流速直接决定输配系统运行成本，经济保温厚度影响系统冷损耗，直接影响系统运行的稳定性，需解决不同供冷组合系统、不同冷冻水温差和管网组合的经济流速和经济保温厚度。

（4）管网优化组合。区域集中供冷管网布置方式有3种：放射状、环状和树状三种管网，管网优化组合是决定区域集中供冷技术成败的关键，需重点研究不同的系统组合权重、不同的供冷半径，研究相应的管网优化组合。

（5）冷冻水温差。冷冻水温差是管网冷损耗的决定因素，需解决冷冻水温差、管网组合、经济流速和经济保温厚度对供冷系统的冷损耗和系统年成本的影响。

［1］张鲲.地铁车站集中供冷与分散供冷比较［J］.工业科技，2007，（1）：36-37.

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［3］许慧华，候志坚.地铁集中供冷的几个问题［J］.制冷与空调，2004，（1）：33-37.

［4］陈晓，张国强，周军莉.几种集中供冷水系统形式的能耗分析与比较［J］.制冷与空调，2003，（1）：32-36.

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