文章编号: 1005—0329(2007)01—0082—05
黄建恩，冯 伟
(中国矿业大学，江苏徐州 221008)
摘 要: 根据冷源的不同居住区实行区域供冷可分为冷电分产和热电冷联产。以某住宅小区为例，对居住区实行区域供冷不同系统的经济性从初投资和运行费用两个方面进行了分析，为正确的进行区域供冷的冷源选择提供参考。
关键词: 区域供冷系统；冷源；热电冷联产；冷电分产；经济性
中图分类号: T B65 文献标识码: A
Ana lysis on Econo m i ca l Eff i c i ency of D istr i ct Cooli n g Syste m
HUANG J ian2en,FE NG W ei
(China University of M ining Engineering,Xuzhou221008,China)
Abstract: According t o the refrigerating unit used by the district cooling syste m,there are differentmodes of district cooling sys2 te m s:separate generati on of cooling and power and combined cooling heating and power.A s a exa mp le of a residential district,a2 nalysis of the econom ical efficiency of different modes of district cooling syste m s is carried on in initial invest m ent and operati on cost in order t o supp ly reference t o the correct choosing of cold s ource of distrct cooling syste m.
Key words: district cooling syste m;cold s ource;co mbined cooling heating and power;separate generati on of cooling and pow2 er;econom ical efficiency
1 前言
近年来，我国电力发展较快，但需求增加更快，供求矛盾突出。到2004年年底，全国电站装机容量达到4.4亿k W，年发电量21870亿k W 时，同比增长14.8%。继2001年～2003年分别开工电站项目2140万k W,2337万k W和3111万k W,2004年批准开工建设的电站项目6100万k W，电力发展超过了国民经济增长速度[1]。但缺电的形势尚未得到根本性的缓解,2003年7月份，我国16个省市出现的持续高温引发了公共危机。由于空调的大量使用，全国用电负荷接连创历史新高，有19个省市拉闸限电。全国各地区累计拉闸限电超过14万余次，累计限电量19亿k W h。各电网最大日拉闸限电负荷之和超过4000
万k W[2]。2005年入夏以来，各地用电负荷不断攀升。2005年6月份，全国已有25个省级电网出现拉闸限电，其中15个省区的用电负荷创历史新高[3]。许多地区采取停工厂、保民用，停生产、保空调的应急措施。
我国的家用空调产品，无论是窗式、分体壁挂式还是集中式，全部都是电力驱动，居住建筑中的夏季空调设备用电是造成电力供求矛盾的重要因素之一。与此同时在我国的采暖地区为了冬季采暖很多住宅都设有采暖设施，这些设施目前仅为冬季供暖，如果能够到一种在居住建筑中能够同时供暖和供冷的系统形式，从而利用一套系统实现冬季采暖和夏季供冷，同时在居住区内实现区域供热和供冷。
区域供冷供热系统所使用的都是大容量的制冷(热)设备，其效率大大高于小型机组。因此，实行区域供冷供热后的能耗将低于分散系统。区域供冷供热系统节能、高效的特点，能有效缓解电力部门对配电容量和用电量的紧张局面:
收稿日期: 2006—04—25
(1)节能意义显著。实现区域供冷可以用能效比较高的大型制冷机组取代现在每家每户的分散式空调，大型机组的能效比一般可达4.0以上(高效的可达5以上)，而现在使用的分散式空调，据调查市场上销售的许多房间空调器产品的能效比连2.2都达不到[2]。据此计算节能率高达45%。而且，由于采用了高效机组，机组的装机容量下降，可有效地缓解高峰用电负荷的紧张局面。
(2)可以利用蓄冷装置，进一步减小装机容量。采用蓄冷装置可以不同程度的减少制冷机主机容量[4]，从而降低制冷设备初投资。利用蓄冷“削峰填谷”，平衡电网负荷，减小电网峰谷差，改善电厂的负荷特性，提高运行效率，降低发电煤耗，而且由于高峰用电负荷的减少，可以少建电厂或者推迟某些电厂的建设，为国民经济的可持续发展作出积极的贡献。
(3)可以利用热电冷联产技术，实现能源的梯级利用，提高能源利用率。
(4)由于采用了高效的机组加之可以利用蓄冷装置充分利用峰谷电价差，可减少运行费用。
(5)应用于住宅区内可避免由于采用房间空调器夏季降温时室外机安装在建筑物外墙对小区环境的影响，美化小区环境。
本文将以某住宅小区为例，对居住区实行区域供冷和传统的集中供暖加使用房间空调器分散供冷方式进行对比，对可能采用的几种区域供冷冷源系统形式进行经济性分析，为正确的进行区域供冷的冷源选择提供参考。
2 区域供冷冷负荷的确定
以徐州某住宅小区为例，该小区有住户690户，总建筑面积78109m2，共有16栋单元式住宅楼。从中选择一栋典型的住宅楼用清华大学开发的建筑环境设计模拟分析软件DeST-h计算空调季节逐时冷负荷，
有关计算参数如下。
住宅的基本围护结构情况如表1所示。室内热扰量和空调运行基本情况如下：客厅人数按3人，设备热扰量9.3W/m2，灯光30W(总量指标)；主卧室人数2人，灯光30W(总量指标)；次卧室按1人，灯光20W(总量指标)。空调运行情况为7～晚10时卧室空调关闭，晚11～次日6时客厅空调关闭;7～11时客厅有人的概率为70%，晚11～次日6时卧室有人概率为1。
表1 围护结构构造
序号
围护结
构名称
围护结构基本构造
1
外墙、
内墙
240砖墙、两面抹20mm水泥砂浆、内外
粉刷
2户门单层实体木外门
3内门单层实体木内门
4阳台门单层阳台木制外门
5楼板
80mm厚钢筋混凝土楼板，上面25mm
厚水泥砂浆，下面为20mm水泥砂浆6地面40mm厚混凝土地面
7屋面
瓦材钉挂型坡屋面(100厚钢筋混凝土
+35mm挤塑聚苯板保温)
8窗双层铝合金窗
按现行《采暖通风空气调节设计规范》的规定夏季空调室外设计干球温度采用历年平均不保证50h的干球温度，由于住宅区冷负荷主要与室外温度有关，因此冷负荷采用计算出的不保证50h的冷负荷作为夏季空调的设计负荷。根据计算的结果，经统计确定夏季空调冷负荷指标为37.49W/ m2。
3 区域供冷系统的构成
区域供冷技术是指集中生产并输配冷量，实行区域供冷需要建设专门的冷冻站，冷冻站主要由制冷机组、冷冻水循环水泵、冷却水循环水泵、冷却塔、水处理设备、补水泵等设备构成如图1所示。正确的选择冷冻站内各设备特别是制冷机组的选择，是保证区域供冷系统经济合理运行的关键。
现在常用的制冷方式有电制冷和吸收式制冷。电制冷又分为活塞式制冷机组、离心式制冷机组、螺杆式制冷机组等。吸收式制冷又分单效吸收式制冷、双效吸收式制冷和直燃双效吸收式制冷。活塞式制冷机组主要用于小型制冷，对大中型制冷则主要采用离心式、螺杆式和吸收式。由于螺杆式制冷压缩机在部分负荷时的效率比离心式高8～10%[5]，而且不存在离心式制冷机的喘振问题；双效吸收式制冷效率比单效吸收式制冷高，单效吸收式制冷一般只用在有余热利用的场
余热制冷
合。因此本文结合具体的工程项目，对采用螺杆
式制冷机组的区域供冷系统、采用蒸汽型双效溴化锂吸收式制冷机组的区域供冷系统、采用直燃双效溴化锂吸收式制冷机组的区域供冷系统进行经济和节能性比较，即下面3种系统
：图1 区域供冷系统的构成
系统制冷机组采用螺杆式制冷机组，系统
消耗的能源为电能。假设使用的电来自凝汽式热力发电厂，其实质是冷电分产。
系统Ⅱ：制冷机组采用蒸汽型双效溴化锂吸收式制冷机组，系统消耗的能源为一定压力的蒸汽，蒸汽来自城市热电厂集中供热管网，从能量系统的角度实质为热电冷联产系统。
系统Ⅲ：制冷机组采用直燃双效溴化锂吸收式制冷机组，消耗的能源为天然气。该系统可视
为对外界电力输出为零的热电冷联产系统。3.1 区域供冷冷冻站冷负荷的确定
制冷机组的容量根据各用户冷负荷、各用户冷负荷峰值同时出现的可能性、冷量损耗系数等因素确定。冷量损耗系数应根据计算确定，一般冷水机组系统为1.05～1.1。同时由于实行区域供冷需要考虑室外供冷管网的冷损失，该项损失取10%。另外，在同一时刻，并不是所有的用户均使用空调，住宅区内的空调同时使用系数取0.8。综上所述：冷冻站的装机容量为:
Q cl =A qk 1k 2k 3=2834.6k W 式中 Q cl ———冷冻站的总装机容量,k W
q ———单位面积的冷负荷指标,k W /m
2
A ———区域供冷区域内冷用户的总建筑面
积,m 2
k 1———冷量损耗系数k 2———室外供冷管网的冷量损耗系数
k 3———同时使用系数
3.2 区域供冷冷冻站各主要设备的选型
在小区内实行区域供冷需要为区域供冷冷冻
站建设制冷机房，制冷机房(包括冷冻水循环泵、冷却水泵等)的建筑面积一般按每1.163MW 冷负荷需要100m 2
估算[6]
。该小区冷冻站的总容量为2834.6k W ，据此估算出制冷机房的建筑面积约为
243.7m 2，按300m 2
计算。
表2 区域供冷各系统的主要设备
序号
设备名称规格型号
台数
系统Ⅰ
制冷机组
冷冻水循环泵冷却水循环泵
冷却塔
CUW 300B5Y 单螺杆制冷压缩机额定制冷量990k W ，输入功率219K W (轴功)G200-40-37型管道泵，额定流量200m 3
/
h，扬程40m，电机功率37k W G240-32-37型管道泵，额定流量240m 3/h，扬程32m，电机功率37k W 。
JF -300型逆流式冷却塔，额定水流量300m 3
/h，电机功率11k W ，风量187400m 3
/h 。3333系统Ⅱ
制冷机组
冷冻水循环泵冷却水循环泵
冷却塔
16JT847型双效溴化锂吸收式冷水机组，额定制冷量1495k W ，额定蒸汽(0.8MPa )耗量
1910kg/h
G320-40-55型管道泵，额定流量320m 3
/
h，扬程40m，电机功率55k W G450-30-55型管道泵，额定流量450m 3/h，扬程30m，电机功率55k W 。
JF -400型逆流式冷却塔，额定水流量400m 3
/h，电机功率15k W ，风量280000m 3
/h 。2222系统Ⅲ
制冷机组
冷冻水循环泵冷却水循环泵
冷却塔
BZ125型直燃溴化锂冷水机组额定制冷量1454k W ，额定燃气消耗量94.6×104
kCal/h，电机功率11k W (冷剂泵、溶液泵)G320-40-55型管道泵，额定流量320m 3
/h，扬程40m，电机功率55k W 。G330-32-55型管道泵，额定流量330m 3/h，扬程32m，电机功率55k W 。
选用JF -700型逆流式冷却塔额定水流量700m 3/h，电机功率2×15k W ，风量2×
280000m 3
/h 。
2222
区域供冷的冷冻站主要由冷水机组、冷冻水循环水泵、冷却水循环水泵、水处理设备、补水定压设备、冷却塔等设备组成，如表2所示。
4 区域供冷各系统的经济性分析
住宅区实行区域供冷在技术上是可行，经济上是否合理尚需进一步分析。本文从初投资和运行费用两方面对各系统的经济性进行评价。
4.1 区域供冷各系统的初投资估算
本项目工程造价主要由设备工程造价、建筑工程造价、区域供冷的室外管网工程造价组成。设备工程造价主要由设备费和设备安装费构成。设备费又包含设备原价和设备运杂费。建筑工程造价主要由土
建工程造价、建筑给排水工程造价、建筑暖通空调工程造价、建筑电气工程造价、室外管网施工有关的土建工程造价等。
根据市场调查结果，可获得主要设备的原价，设备运杂费按设备的原价4%计算，安装费按设备费的20%计算，由此计算各系统的设备工程造价，如表3所示。
表3 区域供冷各系统经济性综合比较 (万元)
初投资运行费增加的
投资
节省的
运行费
系统Ⅰ1211.7759.46-60.353.48
系统Ⅱ1374.9671.78102.84-8.84
系统Ⅲ1550.8378.41278.71-15.47
使用房间空调器578.3262.94
供热管网及室内
散热器采暖系统
693.8
注：实行区域供冷后，住宅小区内的室外供热管网和住
户内的散热器采暖系统可被区域供冷的室外管网和住户内的
风机盘管系统取代，因此各系统增加的投资为各系统的投资
减去房间空调器的投资和冬季室外管网的投资和室内散热器
采暖系统的投资。
土建费主要计算采用区域供冷增加部分的投资，徐州地区为采暖区，不论采用何种方式解决夏季降温，小区集中供暖的室外管网是要建设的。采用区域供冷后可以和冬季采暖用的室外管网合二为一，这样在进行室外管网施工时土建部分的投资不用多支出，因此不计算此部分土建工程费。但采用区域
供冷后需增加制冷机房，这部分费用计入各系统工程造价。制冷机房的面积按估算为300m2，每平方米造价按1000元估计(含与之配套的水、电、暖通等费用)，见表3。
实行区域供冷后用户端需增加空调末端设备，户内空调用末端设备拟采用风机盘管系统，这样冬夏季可共用该系统分别实现冬季供暖和夏季空调降温。据调查集中空调工程的投资估算指标约为200～300元/m2(含用户末端设备和制冷机房的投资)。室内风机盘管系统约占总投资的46%～50%[6]，即100～150元/m2。住宅内系统比公共建筑简单取低限按110元/m2计算，该部分总投资(见表3):78109×110=859.2万元。
区域供冷的室外管网投资与设计取用的冷冻水循环温差，管网的比摩阻等有关。冷冻水循环温差按5℃，管网的比摩阻按30～70Pa/m计算，经水力计算确定管径后，区域供冷管网投资估算为98.98万元。
4.2 区域供冷各系统的运行费用估算
运行费用主要包括设备运行费用、设备维修管理费、运行管理人员的工资等。
4.2.1设备运行费用的计算
设备运行费用主要包括运行期内的电费、水费、燃料费等。电费按0.55元/(k W・h)，水费按2.5元/t，
天然气价格按2.1元/m3，天然气低位热值为35.1597MJ/m3。根据系统的运行能耗可计算各系统设备的运行费用。
4.2.2设备的维修管理费
按固定资产投资的2.5%计算。
4.2.3维护管理人员的工资
夏季空调时间空调系统需要的运行维护管理人员与空调的对象、使用条件等有关，可按下式估算[7]:
M=k
A
0.05A+2500
式中 M———空调设备的维护管理人员数
A———空调建筑面积,m2
k———修正系数，大楼种类为高级时取1.3,
中级取1.0，低级取0.86
经计算需要的维护管理人员需10人，每人年人均工资按1万元计算。考虑到空调季节一年只有4个月，每个运行维护人员的工资均按半年计算。
综上所述，逐一计算出的各系统一年运行费如表3所示。
4.3 夏季采用房间空调器降温初投资及运行费用
实行集中空调时，每户除厨房和卫生间外的主要房间都装设空调(每户至少有三个房间设空调)，为比较，按每户装设空调器2台，制冷量均为2.8k W，每台空调器价格2700元/台，夏季空调运行的平均性能系数2.2，年平均运行时间按系统Ⅰ和系统Ⅱ总运行时间的平均值854h，维修费按初投资的2.5%，各房间空调器的同时使用系数按0.65。该住宅小区共有住户690户，经计算分散式空调总投资为372.6万元，年总运行费用为62.94万元。
由于房间空调器的使用寿命一般只有10年，是集中式空调系统的1/2，所以到第11年时要对住户使用的房间空调器进行更新，这部分资金要按某一贴现率换算到当前时间的金额。10年后的空调器价格较难确定，考虑到技术的进步可能下降，而物价的上涨可能使价格上涨，现按空调器的价格不变计算，即10年后，更换房间空调器需要的资金为372.6万元，贴现率按银行长期贷款的利率6.12%计算，这笔资金相当于现在的资金数量为:
372.6/(1+6.12%)10=205.72万元因此，使用房间空调器总投资为:
205.72+372.6=578.32万元
4.4 冬季集中供暖的初投资
实行集中供暖室外要建设供热管网，室内需建设散热器采暖系统。经估算室外热网的初投资为68.9万元；室内散热器系统的投资每平方米按80元/m2估算，室内采暖系统需投资624.9万元；共需投资693.8万元。
4.5 各系统经济性对比
各系统的初投资及运行费用汇总于表3。从表3可以看出，采用区域供冷的系统Ⅰ时，总投资和运行费用均低于使用房间空调器，因此在住宅区实行区域供冷是可行的，经济的。而系统Ⅱ、系统Ⅲ初投资和运行费均比采用房间空调器时高，从经济上不具有竞争优势。
5 结语
(1)针对徐州某住宅小区，从初投资和运行费两个方面对在住宅区实行区域供冷的可行性进行了探讨。实行区域供冷根据选用的制冷机组采用能源方式的不同可有不同的系统形式：当采用电动压缩式制冷
时，若电能来自凝汽式热力发电厂，这实质上是冷电分产；若采用蒸汽型双效溴化锂吸收制冷机组，使用的蒸汽来自热电厂的蒸汽管网，其实质是热电冷联产。通过对比，在现行的能源价格体系下，采用冷电分产的系统形式时比采用房间空调器进行夏季降温加冬季集中供热系统初投资和运行费用均具有一定的优势，是可行的；而采用热电冷联产和直燃溴化锂吸收式制冷机组时初投资和运行费用均比采用房间空调器进行夏季降温加冬季集中供热系统初投资和运行费用高，说明这两种系统形式不具有经济优势，不易为用户接受。
(2)本文区域供冷各系统的对比是在一定的价格体系下得出的，改变电价、热电厂蒸汽价格、天然气价格可能会得出不同的结论，这方面的工作有待于进一步探讨。此外，希望国家和有关管理部门，根据中国的国情和各地区的实际性情况，制定合理的能源价格体系，鼓励合理用能，保障国民经济的健康可持续发展。
参考文献
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2005,(5):125.
[2] 龙惟定，白玮.我国电力紧缺对空调业的挑战[J].
暖通空调,2004,34(5):39247.
[3] www.oksteel/show.as px?id=1161&cid=7
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工业出版社,2002.
[5] 周远、王如竹.制冷与低温工程[M].北京：中国电
力出版社,2003.
[6] 李娥飞.暖通空调设计通病分析手册[M].北京：中
国建筑工业出版社,1991.
[7] 李先瑞.供热空调系统运行管理、节能、诊断技术指
南[M].北京：中国电力出版社,2004.
作者简介：黄建恩(19702)，男，硕士，主要从事暖通空调教学和研究工作，通讯地址:221008江苏徐州市中国矿业大学建筑工程学院建筑环境与设备工程系。
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