大城市中心城区的供热形式

　　年煤气与热力大城市中心城区的供热形式叶树人，邢城（天津天保热力公司，天津300456）心商务区和高密度住宅区供热的方式。

　　0前言1国内外热力供应现状bookmark1 *：2003*我国能源资源总量居世界第3位，现为世界第3大能源生产国和第2大能源消费国，若保持现开采强度，煤炭的储采比不足百年，已探明的石油和天然气储量仅够开采几十年。因此，我国常规能源资源并不丰富，应建立正确的资源认识，并具有相应的忧患意识。我国在能源利用效率方面与先进国家存在较大的差距，在国家能源发展战略上要充分体现把提高能源利用效率作为基本出发点。

　　热力、暖通空调技术是基于对能源有效利用等可持续发展的观点为原则而取得进展的。我国具有良好环保和节能特性的城市热力供应系统。下面着重讨论燃气轮机热电联产用于区域集中供热供冷系统的可行性及大城市中心商务区和高密度住宅区热力供应的方式。

　　我国以煤炭为燃料的热电联产、集中供热是当前东北、华北各大中城市发展热力供应的主流模式……

　　区域燃煤锅炉房作为热源的集中供热系统是当前东北、华北各大中城市zui主要的供热方式，随着国家经济水平的提高，对环境保护的要求将越来越高。

　　如今，北京已将部分区域燃煤锅炉房改为燃气或燃油锅炉房，极大地增加了供热成本。

　　分散独立燃煤锅炉房的供热方式在今后的几年中，将在华北的大城市中被逐步淘汰。

　　在长江流域的大中城市，民用住宅不设置供暖设施，所以长江流域的大中城市尚没有建立起以热电厂为热源的热网。

　　在华南地区，因其地处亚热带区域，冬季无采暖需求，建筑物的空调负荷是其热力供应的主要形式，目前在华南地区的大中城市，分散独立的空调机房作为办公楼、酒店、公共商业设施等建筑物中央空调系统的冷源是zui普遍的形式。居民住宅则基本上都采用电力驱动的房间空调器。

　　俄罗斯因其热力供应系统在国际上占有极其重要的位置。莫斯科拥有14座热电厂，其中只有2座以煤作为燃料，其他都以燃气作为燃料。为了保证城市的空气质量，热电厂尽量建在郊区，新建热电厂都位于城市边界环形公路之外，供热介质进行远距离输送。莫斯科拥有全世界zui大的热水热网。

　　日本的关东、关西地区与我国的华北、华东、华中地区的气候条件相似，其城市热力供应的形式对我国华北、华东、华中地区城市热力供应系统的建设有一定的价值。日本自20世纪70年代初期开始，建设了许多区域集中供热供冷系统（DHC）。

　　2大城市热力供应的形式2.1设计观念、建设方式的突破当前，我国在考虑建筑物的节能时，主要是以提高建筑物的围护结构热工性能、减少热负荷为主要思路和出发点，其实提高供热、供冷系统冷、热源和系统的能源综合利用效率具有同样重要的意义。

　　2.2DHC是热力供应的发展热点和方向从能源的有效利用和环境保护出发，对于大城市的高容积率区域（如中心商务区CBD），以天然气为燃料，热电冷联供（CCHP）的区域集中供热供冷系统（DHC）是城市热力供应的发展方向。建设以天然气为燃料的燃气冷热电联供系统，以淘汰常规的锅炉供暖和电力空调制冷系统，不仅一次能源利用效率高，实现能源的梯级利用，还能缓解夏季空调制冷用电高峰，充分利用天然气输气管网，而且可以大大减少污染物和温室气体的排放，有利于环境保护。

　　大城市中心商务区热力供应形式随着我国西部地区天然气资源的逐步开发，西气东输项目的实施完成及俄罗斯天然气进人中国市场，通过天然气规划的实施，2005年以前将有14个城市、7 200万人口使用天然气，用气量达202亿nr1.到2010年，270个城市利用天然气414亿m3，到2020年城市利用天然气将达到937亿m3.上述情况使大城市中心商务区（CBD）以天然气为输人能源，热电冷联供（CCHP）的区域集中供热供冷系统（DHC）作为CBD区域的热力供应形式成为可能，区域集中供热供冷系统以天然气作为能源的输人形式具有以下优势。

　　在我国东部地区大城市，空调负荷集中在电网负荷高峰期，空调使用期内平均负荷率只有40%，为空调设备供电的这部分输配电设备一年里只利用几百个小时，利用率极低，难以用正常的电费回收弥补其损失，导致发电及输配电成本上升。夏季电力zui尚负荷中M调用电占35%以上，2003年夏季上海市用电负荷超过1200万kW，北京市用电负荷超过800万kW，空调负荷的快速增加使我国电网的峰谷差增加，平均负荷率降低，造成发电输电资源的浪费。我国现尚处于空调发展的初始阶段，随着空调的发展，其对电力负荷特性的影响还会加大，对电力工业经济的影响不可低估，以天然气作为能源输入形式的区域集中供热供冷系统可以平抑由于空调系统运行而造成的电网峰谷差。

　　根据我国主要城市的供气情况，燃气消费季节性不平衡是城市燃气发展中的一大难题。以北京为例，冬季zui高峰的平均用气量与夏季zui低月份的平均用气量之比为6：1，管网利用率只有30%左右，季节性的不平衡导致管网利用率极低并需投人高成本建设储气设施，造成燃气成本加大，区域集中供热供冷系统以天然气作为能源的输入形式能对天然气起到填谷的作用，缓解天然气消费的季节性不平衡问题，提高燃气管网的利用率。

　　电力空调设备的发展需要大量相应的发电、输电和配电等电力基本建设投资，可以说用户每安装1套电力空调系统，国家需要投入比用户购买空调设备还要多的钱来建电厂、电网以保证供电。如用户每使用1kW负荷的电力空调投资为3 000元，国家为此发电设备投资按6000元/kW计，输配电投资为2000元/kW，共需投资8 000元/kW，再加上厂用电和线损15%，共需电源投资9200元/kW.为了满足高速增长的空调用电需求，如此比例的电力投人是否合理，如果这笔巨额的电力建设费用分摊到用户身上，则比其空调设备本身的投人还要多许多倍，否则，国家就要负担这笔巨大的电力建设投资。采用以天然气为输人能源，热电冷联供（CCHP）的区域集中供热供冷系统（DHC）从总体投资上更加经济合理。

　　以天然气为燃料的热电冷联供（CCHP）区域集中供热供冷系统（DHC）可以极大地减少污染物的排放，有利于城市空气质量的提高。

　　集中供热供冷装置主要设备及流程如。

　　1一燃气轮机；2―燃气轮机直接驱动的发电机组；3*气轮机直接驱动的离心式冷水机组；4一余热锅炉；5―背压透平机组；6―凝汽透平机组；背压透平机组直接驱动的离心式冷水机组；凝汽透平机组直接驱动的离心式冷水机组；9一蒸汽型吸收式制冷机组；10―蓄冷装置集中供热供冷（DHC）装置主要设备及流程天然气区域集中供热供冷系统的技术问题以天然气热电冷联供区域集中供热供冷系统（DHC）设计规划中应解决如下技术问题。

　　针对区域内各建筑物全年热电冷负荷曲线的特性，要进行热电冷联供系统（CCHP）优化配置的研究。这里包括CCHP系统的优化设计及主要设备的优化配置模型，例如燃气轮机容量的选择，燃气轮机所驱动的发电机容量的确定，背压机组容量的确定，抽凝机组容量的确定，蒸汽型吸收式冷水机组容量的选择，蓄冷装置大小的确定等。研究不同外部环境下系统zui佳配置及运行模式的选择，整体系统zui佳配置的建模计算方法。

　　在东京新宿新都心地区的CCHP系统中，两套由燃气轮机直接驱动的发电机组分别向DHC中心和区域内的建筑物供电，其能力大约分别满足DHC中心60%的电力需求和建筑物5%的电力需求。根据负荷的特性，在系统的设计上采用了由背压透平、离心冷冻机及双效吸收式制冷机组合成的串级系统承担基本负荷，由凝汽透平、离心冷冻机组成的系统承担尖峰负荷，基本负荷的容量约占整个系统负荷容量的7%.热电冷联供系统协调控制研究。因一年乃至一天中不同时段电、热、冷负荷的变化，要实现合理的热、电、冷联产系统的运行方式以达到zui佳的经济效益，需对系统进行优化控制，为此需要研究开发出一套将热电联产系统和供热供冷系统作为一个整体优化协调的热、电、冷联产控制系统。

　　对于中心商务区（CBD）的热电冷联供（CCHP）区域集中供热供冷（DHC）系统，由于区域内建筑物在一天中的电力负荷、供热空调负荷、及DHC中心的用电负荷都有很大的变化，从降低系统的高峰负荷，减少设备的装机容量降低投资，提高设备的利用率及使用效率出发，应研究采用蓄能技术。

　　当前蓄能系统的种类较多，蓄能方法各异，蓄能介质和蓄能设备也不相同，应研究适合于热电冷联供（CCHP）区域集中供热供冷（DHC）系统的蓄能模式和蓄能容量的确定方法，使DHC系统的综合效益达到zui优。

　　在国外，蓄能技术已广泛应用于区域集中供热供冷（DHC）系统中，此类工程实例很多，如美国芝加哥有蓄冷量达232MWh的DHC系统实例，日本关东地区有蓄冷量达106MW*h的DHC系统实例，在已有工程实例中，蓄能介质和蓄能设备多种多样，有采用动态冰泥方式的，有采用管外结冰方式。

　　在热电冷联供（CCHP）的区域集中供热供冷（DHC）系统中，DHC中心的布局位置将直接影响DHC中心自身的造价，同时也影响到管网系统的设计，而管网系统的设计则直接影响管网系统的投资费用，管网的动力消耗和热力消耗，所以在DHC系统设计时，DHC中心的布局位置和管网系统的优化设计就显得尤为重要。应建立优化设计方法，研究以DHC中心的投资费用，管网系统的投资费用、管网系统的动力消耗、管网系统的热力损失为目标函数的数学模型及计算方法，综合考虑动力消耗、热力消耗、投资费用，使整个DHC系统的设计达到zui优。

　　高密度住宅区供热供冷形式在我国现有的住宅中，家用空调器的使用zui为广泛，由于价格适中，安装简单方便，使用灵活，用户可根据需要随意开关自行掌握使用费用。

　　因住宅小区中，各住户居民的生活和工作规律不尽相同，有的家庭白天无人，无需空调，有的家庭有老人儿童，需使用空调。如住宅小区采用集中空调系统，为了满足不同业主的需求，需要全天开机运行，造成系统部分负荷运行时间长，运行费用较高等弊端。由于系统在低负荷工况的运行效率低，能耗高，所以单位冷量的运行成本要高于经济工况许多，所以即使采用按冷量计量装置计量收费，也无法区分业主在系统低负荷阶段及高负荷阶段所消耗的冷量，无法公平计费。所以，适用于高密度住宅区的空调系统应该将目前集中空调系统和家用空调器的一些优点结合起来。

　　我们提出一种将家用空调器的优点和中央空调系统的优势相结合起来的空调系统。在这种系统中，每一个建筑单元都安装一套压缩冷凝机组，冷凝器采用特殊设计的水冷形式，充分利用压缩机高温排气，使冷却水的出水温度能够达到42 ~45丈，压缩机和冷凝器封装在一个隔声隔热的机箱里，机箱可以做成如冰箱似的箱体，结合建筑物的整体布局设计，放置于建筑单元内卫生间、厨房、公共走廊或门厅吊顶等辅助区域内。为了提高COP系数，末端装置应采用直接蒸发风机盘管。在整个住宅小区内，建设集中的冷却水循环系统，向每一栋住宅的每一个建筑单元提供冷却水，每个建筑单元的冷却水管道上安装计量装置作为向业主收费的依据，集中的冷却水系统把每个建筑单元压缩冷凝机组所排放的热量收集起来，作为生活热水的热源之一，进入生活热水系统，输送到每个建筑单元。如果空调机组的排热量少于或接近于加热生活热水所需的热量，压缩冷凝机组的热回收系统与生活热水系统相结合进行设计，可以省去冷却塔设备，省去了冷却塔部分的初投资。如果空调排热量远远大于生活热水所需的加热M，则应同时设置冷却塔系统，但冷却塔的容量将减小许多，同样降低了冷却塔系统的投资费用。

　　系统的热力供应形式也应是大城市高密度住宅区的发展方向和趋势，目前没有在我国住宅建设中得到应用。住宅区DHC系统冷源设备的容量通常只选择住宅区建筑物全部冷负荷的50%60%，而且DHC系统由于是规模化经营，设备折旧期长，折合到每1m2住宅面积上的建设费用和运行费用也并非特别高。据有关可行性研究的结论，初投资折合250~400元/m2，运行费用不高于现家用空调的运行费用，消费者应能够承受DHC系统的初投资费用和运行费用。另外，在我国目前有关城市规划及房地产法律法规的环境下，对实施DHC系统的投融资办法、收费制度、设施的产权界定和折旧方式等一系列政策问题尚未解决的情况下，对于高密度住宅区采用DHC系统进行冷热联供的条件尚不成熟。

　　3结语应站在战略的高度认识我国提高能源使用效率的重要性和紧迫性，从国家能源的有效利用和环境保护出发，趋利避害，吸收国际上各种先进的设计思想。随着我国的社会进步和经济发展，天然气作为大城市主要能源形式将是一个必然趋势，建设以天然气为燃料的燃气冷热电联供系统，实现大城市中心城区等建筑物密集区域的热力供应，不仅一次能源利用效率高，实现能量的梯级利用，还能缓解夏季空调用电的高峰，提高电力设施的投资效益，缓解天然气消费的季节性不平衡，提高燃气管网的利用率，而且极大地减少了污染物和温室气体的排放，有利于环境保护。国家应在政策的制定上积极支持保护先进的热力供应形式，由于建设以天然气为燃料的燃气冷热电联供系统涉及电力、燃气、热力、房地产等各集团的自身利益，政府部门和立法机构应积极参与制定相关政策，平衡来自各利益集团之间的矛盾。政府各级规划部门也应积极倡导和采用先进的热力供应形式，以提高我国城市热力供应的水平。