1、國外區域供冷的發展情況由于能源和環境問題日益突出，區域供冷技術因其高效率的運行和對環境影響小的主要特點，在近幾十年里逐漸受到各個國家的重視。自上世紀八十年代開始，日本一些大城市的商業建筑群，美國許多大學校園，都采用這種區域供冷的方式。典型的案例是日本東京新宿新都心，日本名古屋新機場以及美國許多大學校園。我國廣州大學城，北京中關村科技園也采用了區域供冷方式，并已投入運行。但到目前為止這項技術的研究和應用主要集中在國外，比如：北美、日本、北歐等一些國家。我國對于這項新技術的研究和應用還處于剛剛起步的狀態。下面就總結一下國外在區域供冷這一塊的發展。北美北美區域供冷發展情況北美的區域供冷項目最早出現在

2、20世紀60年代，出發點是希望利用城市蒸汽管網的夏季富余能力驅動吸收式制冷機來提高蒸汽利用率，但因為當時單效吸收制冷機效率較低經濟性差而沒有得到廣泛應用。70年代雙效吸收式制冷機的出現以及城市化進程中商業建筑供冷需求的增長使區域供冷技術再次受到重視，其間建設的紐約世界貿易中心吸收式制冷區域供冷系統供冷量達到172MW，成為當時世界上規模最大的DHC系統，隨后在美國芝加哥等大城市的商業中心還相繼出現了電力壓縮式制冷的區域供冷項目。北美采用區域供冷技術的主要著眼于方便管理和維護，因此在統一規劃建設的單一業主單位如大學、醫院和軍隊等建筑中應用較為廣泛，例如到1980年數據，美國2000所大學中采用了

3、區域供熱供冷技術，輸配管道長度已經超過3479Km，九十年代后分布式能源系統和冷熱電聯產技術日益成熟，結合冷熱電聯產的DHC系統也逐漸成為區域供冷的重要技術路線之一。近些年來，北美加強了在湖水供冷這一塊的研究和應用。這主要是因為北美一些地區的深水湖泊較多，利用這些天然的湖泊作為水源熱泵的冷熱源可以實現高效率的區域供冷。這些湖泊會產生溫度分層現象，形成穩定的三層結構，即上部溫水層、中部溫躍層和底部均溫層。湖水底部水溫常年可以保持在45攝氏度，因此是夏季的冷源。北美在利用湖水源供冷的同時，還會在整套系統中通常會結合冰蓄冷、水蓄冷等技術。下面就以Cornell大學和多倫多市的湖水供冷工程具體地介紹一

4、下北美的區域供冷工程。工程實例 1Cornell大學湖水供冷工程圖 1 Cornell大學湖水供冷工程示意圖Cornell大學的湖水供冷工程是通過抽取大學附近的Gayuga湖底層溫度較低的湖水，通過中間的熱交換站換熱后，為Cornell大學提供7的空調冷媒水，其供冷能力達到63306kW。這個工程耗資5800萬美元，能為Cornell大學節約87%的空調能耗，同時每年可以節省2億多度電。2002年該工程榮獲ASHRAE技術獎。工程實例 2多倫多市湖水供冷工程圖 2 多倫多市湖水供冷工程示意圖多倫多市湖水供冷工程是加拿大Enwave區域能源公司利用周邊安大略湖設計的一個區域供冷項目，圖 2 為該

5、工程的示意圖。該工程抽取安大略湖83m深處的低溫湖水，經過過濾凈化后進入熱交換站，為區域供冷提供冷水。該系統能為多倫多市區建筑40%的空調供冷，同時可以減少75%的空調損耗，大大減少了CFC制冷劑的使用和溫室氣體的排放。日本日本區域供冷發展情況日本的區域供熱供冷系統出現較晚但發展迅速，最早應用開始于1970年的大阪世博會，當時日本政府提出“日本列島改造論”，試圖解決都市人口密集、環境污染嚴重的問題，從法規上鼓勵投資DHC，并形成了公益型的都市熱供給產業。但從1973年開始的石油危機使DHC價格高漲，需求減少，DHC事業進入低迷期。在石油危機的刺激下，相繼出現了利用蓄熱、熱泵和熱電冷聯供等新技術

6、的DHC項目。1985年以后隨著日本都市再開發的發展，日本的能源產業積極介入DHC開發，形成了新的熱潮。在此期間的代表項目是東京新宿新都心區域供冷項目（202萬平米，總制冷量59000冷噸）。截止2005年日本共有154個DHC項目，總服務建筑面積4500萬平米，這些建筑占地基地面積約4700萬平米，2003年共售能24830 TJ，年銷售額相當于130億人民幣，其中向居住建筑售能占5.3%（主要用于供暖和生活熱水），非居住建筑占94.7%，非居住建筑售能中供冷占64%。20世紀90年代后，日本各地相繼制定政策要求新建建筑設計階段應分析采用區域供冷系統的可行性，受能源政策的影響，這一階段的區域

7、供冷方式不再采用單一的供冷方式，而是多種方式有機結合的區域供冷方式。這一階段出現了廢熱回收和活用各種未利用能的區域供冷系統，以箱琦地區的河水源熱泵最為代表。該工程是以隅田川的河水作為熱泵的熱源，第一期工程的供熱量為11000kW，具有4980m3的蓄熱槽；90年代初建成的采用海水熱泵的大阪南港宇宙廣場區域供冷供熱工程，供熱量達到23300kW。由于這類大型熱泵系統對于節能和環保都有利，1991年，日本新能源與工業技術發展組織和日本熱泵與蓄冷技術中心聯合23家企業啟動了“未利用能利用計劃”希望能夠進一步促進低品味能的利用與推廣。而近些年來，隨著技術的發展，日本又逐漸興起了一種新型熱泵海水源熱泵，

8、該系統利用海水的潛熱作為熱泵系統的熱源,從而達到滿足室內溫度和相對濕度的要求。該熱泵系統已在日本清水港水族管投入使用。2001年, 熱泵熱水器于開始進入日本家庭, 政府對消費者給予一定的補助。這種熱水器可以使每戶節能30%, 很受用戶歡迎。日本政府有關人士預計, 到2010 年大約有520 萬個日本家庭會使用這種熱水器。下面我們就以具體的區域供冷工程介紹日本區域供冷的發展。工程實例 3東京新宿新都心作為新都市中心而發展起來的東京新宿新都心地區是一個具有完整規劃的高層建筑物群，為了改善城市環境和節約能源，于20世紀70年代初就采用了以煤氣為主要能源的的多種供熱供冷技術，90年代初，經擴建已經成為

9、具有先進技術、規模巨大的區域供冷供熱使用地區從1972年開始，區域供冷供熱站就以城市燃氣為主要能源向該地區供應冷凍水和蒸汽，穩定運行20年后，由于新都心地區建造了規模很大的東京都政府辦公大廈（建筑面積達38.1萬m2），對于能源供應有了更大的需求，因此從1988年開始對其區域供冷供熱站進行了擴建工程，并于1990年2月竣工，1991年初正式供冷供熱。擴建后的系統采用燃氣-蒸汽聯合循環熱電聯產裝置、汽輪機拖動的離心式冷凍機以及蒸汽吸收式冷水機組，總供冷容量為210MW，供冷面積達220萬m2。供熱用的蒸汽和供冷用的冷凍水通過四條管路進行輸送，配管總長度達8km，主干管安裝在用鋼筋混凝土構筑的隧道

10、內，其中冷凍水的供回水干管為兩條直徑1500mm的鋼管，供回水溫差為48，管道溫升0.8；熱量使用蒸汽輸送，蒸汽干管為直徑600mm的鋼管，蒸汽壓力約0.7MPa；冷凝水干管直徑為300mm。該系統以燃氣為一次能源，所產電量并沒有為客戶側提供，而是全部用于輸配系統。為了提高冷凍機組全年的運行效率，明確區別基本負荷和高峰負荷而使用兩套系統，基本負荷用的冷凍機采用背壓透平/離心冷凍機與雙效吸收式制冷機相組合的高效運行系統，高峰負荷用單機容量大的系統。根據全年能量平衡計算，對新宿區域供冷供熱原有方式和新方式的比較，可知新方式比原有方式節能33.5%。歐洲歐洲整體區域供冷發展情況歐洲最早的區域供冷系統

11、20世紀60年代出現在法國巴黎，其中最大的兩個系統供冷能力發展至今已超過200MW，瑞典、德國和意大利等地隨后也有不同程度應用。目前在法國有8個大型的區域供冷網絡承擔著超過650MW的制冷需求，這些系統制冷設備主要采用電動冷水機組，這是因為當地的夏季電價比較便宜。德國有大約10個系統，則主要是熱電聯產向冷熱電聯產的發展，柏林和挪威的DHC系統供冷容量都超過了30MW。在北歐，挪威、瑞典和丹麥等地的區域供熱供冷技術非常具有特色，它們較為普遍的采用海水、湖水、地下水、工業廢水和城市污水等作為冷源，或者利用生物質和垃圾焚燒作為熱源。規模最大的斯德哥爾摩區域供冷系統運行始于1994年，最初的部分動機是

12、為了減少使用對臭氧層有破壞作用的制冷劑，但獲得的迅速發展超過預期，至今斯德哥爾摩中央區域供冷站容量已經達到228MW，而這卻是從早期眾多較小和臨時的區域供冷系統逐步互聯形成的。目前該市區域供冷用戶已經超過500個，輸配管網達76公里，服務于700萬平米的商業建筑，由于對于前景的看好，運營商已經決定進一步連接現有的兩個區域供冷網絡并再新建一個區域供冷系統。在寒冷的北歐，區域供冷系統所取得的發展甚至引起了歐洲人自己的驚訝，誠然采用海水免費供冷和高效的大型熱泵站是取得成功的主要因素之一，同時當地實行已久的區域供暖服務也使得客戶樂于接受和信任區域供冷這一新的商品服務。由于區域供冷實現了天熱冷源的規模化

13、利用，過去近十年運行數據表明該項目消減空調季節電力高峰的作用明顯，系統耗電只有傳統空調方式的1/5，CFC和HCFC的使用量至少減少了60噸，CO2排量從傳統分體空調的280g/kWh降低到了60g/kWh。在區域供冷系統總的運行時間中，系統可靠運行的時間段高于99.7%，而長達50年的供冷合同不僅避免了用戶自身的空調投資，也帶來了運行上的經濟實惠，這確實是一個多贏的結果。瑞典瑞典區域供冷發展情況瑞典，位于北歐斯堪的納維亞半島東南部。面積約45萬平方千米。海岸線長7624千米，人口918.3萬。瑞典的區域供冷技術是在20世紀90年代發展起來的。瑞典的區域供冷技術從無到有，從有到世界領導者的驚人

14、的飛速發展，年平均區域供冷冷量銷售增長率保持在50%以上。在1991年，瑞典沒有一個區域供冷系統，而在2000年，超過20家公司在提供銷售區域供冷的服務。那么為什么區域供冷會在瑞典有如此迅猛的發展呢？這主要是因為區域供熱傳統的堅實根基，大量的和創造性的廉價冷源，適時的市場環境以及政府強制淘汰CFC和HCFC制冷機的法規的實施(瑞典是全世界最早淘汰CFC和HCFC的國家)的綜合作用孕育了區域供冷在瑞典的發展。瑞典第一個區域供冷工程于1992年在V&auml ster&arings建成，目前該系統每年大約供冷20GWh，現在瑞典最大的區域供冷工程是Brika Energi 運營，C

15、apital Cooling Europe AB管理的斯德哥爾摩市內的區域供冷系統。工程實例 4斯德哥爾摩市內的區域供冷系統斯德哥爾摩的區域供冷系統被公認為是大型供冷解決方案中最近乎完美的典型工程，這一工程主要利用波羅的海這一天然廉價的低溫海水作為熱交換介質，采用先進的大型海水源熱泵對區域進行供冷的供冷技術。該系統的第一次初步的可行性研究始于1992年。1994年開始動工，地點就位于斯德哥爾摩的市中心。1995年第一期工程開始投產，所產的冷量開始供應市場。隨著市場需求的增加在第一期工程投產的同時，一個新的60MW的制冷廠在原有的熱泵系統旁邊被建造起來。且于1995年年內就建成并運行。隨后在19

16、98年，制冷廠又補充了一個用于蓄冷的蓄水層的部分。該蓄冷部分是為了保證在高冷負荷的情況下提供足夠的冷量以保證滿足用戶側的需求。它可以連續數個小時給整個系統提供不小25MW的冷量。在蓄水層的蓄冷主要是在春天將來自于海水的廉價冷量通過換熱器儲存在蓄水層中，在夏天的夜晚，當用戶端的冷負荷需求降低的時候，也進行有限度的(根據系統的運行情況)蓄冷以備白天出現冷負荷高峰的時候使用。在2000年，該區域供冷系統又補充了一個擴充系統供冷能力的制冷廠，采用了可以回收冷凝器的熱量的制冷機，附加的通往城區的管線的直徑為700mm。該制冷廠可以在夏天的白天為整個系統提供額外的50MW的冷量，同時該系統的熱回收也可以被

17、利用到區域供熱系統中(在瑞典區域供冷的冷凝器端的熱回收可以得到6080的熱水，可以為區域供熱的回水預熱，這也是其特色之一)。圖 3 斯德哥爾摩市內的區域供冷系統示意圖斯德哥爾摩城區的區域供冷系統的供回水溫度分別是6和16，系統壓力是10bar，海水入水口位于海平面20米下，出水口在海水表面。當吸入口的海水溫度低于6的時候，海水首先通過熱泵的冷端提供給區域供熱系統一部分熱量，然后，被冷卻的海水通過含鈦金屬的板式換熱器將自身的冷量傳遞給區域供冷系統。而預熱了的來自區域供熱系統的回水再被輸送到區域供熱供熱廠再加熱到供水溫度。當吸入口的海水溫度介于6和16之間的時候，系統還是和上面的工作過程一樣，只是

18、當冷量不能滿足用戶需求的時候，電驅動的制冷機將投入使用，來進一步提供能滿足用戶需求的冷量。同時，海水還可以作為冷卻水來冷卻制冷機的冷凝器以提高系統的COP。當吸入口的海水溫度高于16的時候，海水已經沒有“能力”來提供給區域供冷系統廉價的冷量了，因為她的溫度比系統回水溫度還要高。這時，聰明的瑞典人就利用看似無用了的海水作為冷卻水來冷卻制冷機的冷凝器以提高其COP，然后通過耐腐蝕的鈦金換熱器把熱量傳給區域供熱系統來預熱區域供熱的回水。在這種工況下，區域供冷的冷量將完全由電驅動的制冷機制造的和儲存在蓄水層的冷量來為系統供冷。在系統設計的時候，由于當在這種工況的情況下區域供熱的熱需求和前兩種工況相比要

19、小許多。因此利用區域供熱的供水的熱量通過吸收式制冷技術可以在經濟條件可以接受的情況下提供一定的冷量給區域供冷系統。目前這只是一種想法，現有的系統并沒有采取任何吸收式制冷的方案，但是一旦采用，可以說這個系統就可以說基本采用了所有可以用于大型供冷解決方案的技術了。目前，整個系統75%的冷量來自于海水的廉價冷量，25%的冷量來自于熱泵的蒸發器端和制冷機的冷凝器的熱端。系統在2000年，后整體的COP大約在1214之間，目前，整個系統的尖峰制冷能力為110MW。到2003年底，該系統的安裝供冷能力為170MW，在2003年全年的累計供冷量為240GWh。雖然瑞典斯德哥爾摩城區內的區域供冷系統是世界上任

20、何其他地方也沒有辦法模仿的，但是其利用低溫水源作為廉價冷源并將區域供冷系統與基于大型熱泵技術的區域供熱系統的近乎完美的結合仍然值得我們學習和深思。法國法國區域供冷發展情況法國是使用區域采暖冷凍系統的主要歐洲國家，約有12個主要區域供冷網絡和多個類似的系統在運作中。在1963年，LaDéfense便開始計劃裝設區域性采暖冷凍裝置，并在1967年啟用。當時的采暖量只有40兆瓦，而冷凍量只有4兆瓦。而今天，該網絡已是世界上最大的網絡之一。在1997年，該區域供冷系統的總冷凍容量達到220兆瓦。工程實例 5加拿大廣場制冷站加拿大廣場制冷站在法國的區域供冷項目中可以說最具有特色和代表性的，這個

21、項目的奇特之處在于它是一個“看不見”、“聽不到”的制冷站。整個制冷站建設在埃菲爾鐵塔附近的加拿大廣場地下，呈圓筒形式，共分為5層。最底層位于地下30米。可升降的入口平時與地面齊平，當人員需要進入時通過按鈕就可以將入口升出地面進入地下機房。該制冷站于2002年5月調試完成，總制冷量52MW，一共安裝了8臺Unitop33CX冷水機組，分布于圓通形機站的最下面兩層。圖 4 加拿大廣場制冷站該機組的冷卻冷源是巴黎的塞納河，塞納河通過位于岸邊的11200m3/h流量的水泵站被輸送到制冷站的5個二次板式換熱器中。板式換熱器的一次循環與制冷機組的冷凝器相連。每個板的二次換熱量為12.4MW，總計62MW。

22、每層的四臺機組中的兩臺機組的冷水循環串聯連接，與位于第二層的區域供冷系統的換熱器相連接。串聯中的第一臺機組將水從10冷卻到6。接下來第二臺機組將水從6冷卻到2。每臺機組的制冷量為6.5MW。整個冷卻過程中，塞納河的河水的平均溫度只提高了0.5，因此對水溫的影響不大。該系統利用河水作為冷卻冷源，減少了氟利昂制冷劑的使用和釋放，突出了環保效益。而且利用河水進行再冷卻減少了每年500000m3自來水的生產和使用。除此之外，區域制冷的應用也避免了城市中心安裝冷卻塔，這樣可以減少因冷卻塔的使用而造成霧氣柱和喜熱喜濕細菌的繁殖。而且區域政冷的接入方式非常安靜，也可以避免因冷卻塔旋轉造成的噪音。該制冷系統的

23、能效比很高，節省了大量的電能。通過優化時間和使用水蓄冷，也平衡了用電高峰和低谷時間。總的來說，該系統比單獨的商業空調機組節約了30%50%的用電，相對于減少了40%的二氧化碳的排放。各國區域供冷發展新技術隨著人們環保和節能意識越來越強，一方面各個國家在對傳統制冷技術進行改善，以期望獲得更高的能源使用效率，另一方面也在原有的制冷技術基礎上不斷研究和開發其他新的制冷技術，比如近年來興起的熱泵技術以及與之相結合的冰蓄冷技術、水蓄冷技術等，無論是在工業生產、商業還是民用建筑領域都有廣泛的應用。在日本，東京灣區域供冷系統通過與高效率熱源機器、蓄熱罐以及大供回水溫差的結合，使得系統的CO2排放量小于平均水平的60%；在加拿大使用熱泵對木材進行干燥，同比將平均減少近35%的能耗；在新加坡，使用改進的空氣源熱泵干燥系統干燥后的水果，與使用傳統干燥方法干燥的水果相比諸多指標都得到了改進，某些指標甚至可以與冷凍干燥法干燥后的水果相媲美；美國能源部協同供熱部門、制冷部門及發電廠聯合開發先進