北京某园区供冷方案对比分析

文_印长友 陈晓雨 王根军 北京燃气能源发展有限公司

1 项目概况

1.1 建筑规模及业态形式

园区位于北京市南部，供冷建筑面积为182.69万m2，整个园区分成13个地块(见图1)。园区包含冷链物流公司、生物医药加工企业、高分子材料科研制造基地、现代化写字楼、商业中心等业态。

图1 园区规划图

1.2 负荷分析

冷链物流用能稳定，区域面积大，建筑容积率低，用能密度较低，周边建设用地较多；生物医药等高新企业一般办公区域需要用冷，试验生产区域需要专用精密空调或者通风解决冷负荷；写字楼等，建筑容积率相对较高，用能密度相对较高。

按照传统的区域供能规划思路，一般会在区域靠近中心位置设置中心制冷站，作为整个区域唯一的冷源，为全区域提供冷负荷，中心制冷站通过热力管网和区域内的用户相连，实现“大市政”集中供冷。

依据《城镇供热管网设计规范》（CJJ34-2010）、暖通空调技术措施中规定，并结合项目实际情况，热负荷情况见表1。

表1 负荷计算一览表

2 方案思路和经济数据

2.1 经济经济数据

供冷价格为53元/m2，项目的计算期定为21a，其中建设期1a，生产运营期20a。测算时项目估算达产率按照其投产第一年30%，第二年50%，第三年70%，第四年90%，第五年及以后每年100%；项目经济测算设定收费率100%。

2.2 方案基本要求

在有绿地的园区，根据地理优势配置地源热泵，运行时优先使用地源热泵承担供能范围内的基础冷负荷，设置电制冷机调峰。在用地面积充足的园区，耦合蓄冷装置，利用蓄能装置在夜间低谷电时段蓄冷蓄热，在高峰电价时段释放。

2.3 方案对比

整个园区在解决同样冷负荷需求的基础上，将整体区域中心站+大规模管网模式和分散制冷站+小范围管网的方案进行对比，在相同输配参数、财务政策、成本费率的基础上进行分析，最终对比两方案收益率情况。

2.3.1 “中心站”集中供冷方案

(1)技术路线和设备选型

将园区按照供能性质不同将所有地块的冷负荷划分为3个区，新建3座区域型制冷中心站，每个区域分别设置1座制冷站。

新建供冷配套管网，建设从园区制冷站到各个地块的市政供冷管网，每个地块内部有建设支状内部管网和用户末端制冷设备相连。

1#制冷站内安装2台500RT的双工况电制冷机、350m3的蓄冰槽及配套设施。2#制冷站内安装3地源热泵（供热量1507kW，供冷量1456kW）、2台1000RT的双工况主机、750m3的蓄冰槽及配套辅机设施。3#制冷站内安装3地源热泵（供热量3296kW，供冷量3216kW）、2台2600RT的双工况主机、1900m3的蓄冰槽及配套辅机设施，主要设备选型表见表2。

表2 制冷站主要设备表

（2）财务评价

经计算，项目总的建设投资24673.08万元，年总成本费用4235.35万元，年净利润总额1079.80万元，项目投资财务内部收益率8.55%。

项目收益低因为投资较高，较低的供能密度，导致在“中心站”集中供冷方案中管网投资占用比例大，再加上无法更好的利用蓄冷和地缘热泵，即无法在一个中心区域大规模建设蓄冷系统，部分空闲的绿地资源无法建设地缘热泵，导致系统效率无法达到最大，同时系统运行经济性也无法达到最佳，这也是“中心站”集中供冷方案的无奈之选，能源站辐射范围大，在用能密度较低的区域发挥不出大市政管网低成本运行的优势。

2.3.2 “卫星站”分散供冷方案

（1）技术路线和设备选型

在每个地块都新建一座小型制冷“卫星站”，站内设置电制冷机，每个“卫星站”直接连接地块内的末端设备，末端制冷设备和制冷“卫星站”通过用户内部管网连接。

“卫星站”内根据不同的地域的特点设置地源热泵或者蓄冷用来承担基础冷负荷，为卫星站覆盖范围提供集中供冷，主要设备表见表3。

表3 制冷站主要设备表

蓄能水槽 V=4400m3 1地源热泵 制热量1795kW，制冷量1732kW 2电制冷机 173RT 制冷量607kW 1蓄能水槽 V=5100m3 1电制冷机 550RT 制冷量1934kW 2蓄能水槽 V=4850m3 1电制冷机 273RT 制冷量961kW 2蓄能水槽 V=2400m3 1地源热泵 制热量1795kW，制冷量1732kW 3电制冷机 297RT 制冷量1046kW 1蓄能水槽 V=7800m3 1地源热泵 制热量1795kW，制冷量1732kW 5蓄能水槽 V=6700m3 1

（2）财务评价

经计算，项目总的建设投资20490.43万元，年总成本费用4621.98万元，年净利润总额1070.97万元，项目投资财务内部收益率9.91%。

项目收益比较好的原因是投资较低，较低的供能密度，导致在“卫星站”分散供冷方案中管网投资占用比适中，再加上更好的利用每个“卫星站”周边的资源，提升蓄冷设备的装机规模，合理的利用周边绿地建设地缘热泵，规避了一个中心区域无法大规模建设蓄冷系统的弊病，发挥了蓄冷的高效率、高经济性，能源站辐射范围较小，调节能力强，在用能密度较低的区域发挥出运行成本低的优势。

3 对比分析

本项目因为所有用户都有冷需求，初期规划时完全符合大管网集中供冷的规划特点，此类思路看似技术成熟、运行成本低，但是随后经过两种方案从前期投资、后期运行管理成本等方面对比分析可知，并不是所有的区域型供冷都适用“中心站”集中供冷的方案。

从投资和收益情况来看，“卫星站”分散供冷方案要优于“中心站”园区供冷方案，其主要原因在于“卫星站”方案降低了市政管网的投资，园区型能源规划中集中大市政管网的投资较大，投资的差异导致最终收益率的差异。

从运行成本来分析，“中心站”园区供冷方案理应要优于“卫星站”分散供冷方案，其主要原因在于“卫星站”方案站点多覆盖范围广，需要的运行人员较多，增加运行成本。但是因为“卫星站”分散供冷方案加大了蓄冷的装机规模，同时耦合了地缘热泵等可再生能源的形式，提高了效率，降低了能耗成本。

和供热不同，区域供冷因为涉及到温差较低，负责输送能量的外管网投资很大，结合上述特点，供冷规划思路和供热不同，供热可以做成统一高温源再大半径输送的方式，而供冷则会很大程度上加大初投资，同时也会影响制冷效率。

4 结语

在制定大型的园区制冷方案时，技术上优选用“卫星站”分散供冷方案去解决用户冷负荷，此类方案因为小范围的管网会降低管网冷损失，适当提高回水温度，机组效率提高，同时“卫星站”分散供冷方案可以更灵活的耦合附近地热等可再生能源，降低运行费用，降低碳排放。

在商务实施方面上，对于分期实施或者未来招商不确定性较高的园区，“卫星站”分散供冷方案的优点尤为明显，可根据地块建设进度，逐步投产，提高方案可行性。

在运行成本方面，因为“卫星站”分散供冷方案采用的是小半径管网，调节能力好，循环阻力小，供量输送效率高。外加可以更灵活、更大程度地使用蓄冷，节省了电力消耗费用，同时也为电网提供了削峰填谷的支持，新型的规划理念也是践行低碳理念。

在建设投资方面，低密度供能区域的大市政管网供能方案中管网投资占比较高，导致最后总投资未必比“卫星站”分散供冷方案在投资上有优势，类似于本案例中，“中心站”集中供冷方案初投资已经超过“卫星站”分散供冷方案，所以优化设计方案是节省投资的重要手段。