今年7月,《“十五五”碳达峰行动方案》印发,提出加快供热、制冷系统绿色低碳转型。

 近年来,一些城市关于集中供冷的探索越来越多:在广东深圳,集中冷站制备的空调冷水经市政管网为楼群降温;在湖北武汉、江苏南京,取自长江的江水通过热泵机组化作“天然空调”。

 多个冷站管网互通,可跨站补冷、相互支撑

 地面上,写字楼林立,不见外挂空调机;地面下,空调冷水沿管网输送清凉。

 不同于传统空调系统,深圳前海的区域供冷系统由集中冷站制备空调冷水,经市政管网统一输配至各楼宇。

 前海合作区成立之初,便将区域集中供冷写入片区市政专项规划。在这处高密度建成区,冷站多附建于商业建筑或城市绿地之下,楼宇也不再单独建设机房和冷却塔。

 前海5号冷站就“藏”在一座公交场站下。走入地下站房,高大的制冷机组整齐排列,数根管道沿着顶部延伸。2.5摄氏度的空调冷水经管网以低损耗抵达周边楼宇,换热后以12.5摄氏度返回。

 “一台主机的制冷能力,相当于3250台家用空调。”前海能源科技发展有限公司绿色发展创新中心综合能源研究室主任朱春光介绍,系统采用“电制冷+冰蓄冷”技术,夜间用电低谷期制冰储冷,白天高温融冰释冷。

 几百栋建筑原本各自配建的冷却塔集中起来,避免持续向外排热。白天的制冷负荷转移到夜间,对电网“削峰填谷”。

 8月10日,深圳户外热浪翻滚。前海5号冷站总控中心大屏实时数据显示,前海集中供冷片区温度较市中心低约0.9摄氏度。前海在桂湾、前湾、妈湾片区共规划建设10座冷站,目前已投运6座。片区办公、商业综合体、医院、学校、政府机构、博物馆等已全部接入集中供冷。从首座冷站2017年投运至今,系统连续安全稳定运行。

 “系统还引入AI(人工智能)算法,根据气象信息、历史数据和用能规律,预测次日用冷需求。8小时夜间谷价电时段按需储能,白天精准调度供给。多个冷站管网互通,可跨站补冷、相互支撑。”朱春光介绍。

 “没有主机和冷却塔的震动噪声,睡眠浅的客人投诉明显减少。”深圳康莱德酒店总工程师蔡海松算了一笔账:接入集中供冷后,节省设备投资300多万元,一年可节约变压器基本电费42万元,每月冷源费、运维成本也大幅下降。

 据前海能源公司测算,10座冷站全部投产后,每年可节电1.3亿千瓦时,减排二氧化碳等240万吨,释放建筑空间近10万平方米。

 教授级高级工程师、深圳市勘察设计行业协会暖通分会会长李雪松介绍,区域集中供冷具有很好的规模效应,可在经济效益、社会效益和生态效益方面推进空调供冷领域的提升。

 “冷源”来自长江,江水化作“天然空调”

 上午9点,武汉市江岸区汉口滨江国际商务区,一家健身场馆负责人吴敬推开大门,健身房墙上的出风口轻柔地送着冷风。

 “室内常年能保持恒定温度,湿度也能稳定在40%至70%的适宜区间。”吴敬介绍。

 这家健身场馆的“冷源”来自长江,让滚滚江水化作“天然空调”的奥秘,就藏在其东北方向约1公里、地下10米的深处——由武汉城建集团参与投资建设的汉口滨江国际商务区江水源能源站。自项目试运行以来,这座江水源能源站已为商务区约26万平方米的建筑提供集中供能服务。

 走进江水源能源站,由压缩机、蒸发器、冷凝器组成的热泵机组正在运行。

 “这里有两套独立循环系统,互不干扰又协同运作,共同为汉口滨江国际商务区集中供能。”江水源能源站项目公司执行副总经理肖海喜介绍。

 在空调冷水制取端,距能源站东南约1.5公里的取水泵房内,两根管道深入长江中心水下约10米处,源源不断汲取江水。经加压过滤后,这些23摄氏度至29摄氏度的江水被送入能源站,完成能量交换后,原路退回长江。

 而在空调用户端,通过热泵机组制取的低温空调冷水通过输配水管道,进入各用能地块的换热站,吸收大楼热量,给大楼降温。

 “基本原理和家用空调类似,区别在于家用空调是与空气换热,而江水源热泵则是与水换热。”肖海喜比喻道,江水在这里只是“能量的搬运工”,并不会直接流入大楼管网。

 此外,两套循环全程只交换能量,不消耗江水水量,不改变水质。“江水源集中供能系统用户端没有外机,也不向周围环境排放热空气。”江水源能源站项目公司总经理助理韩忠杰说,项目达产运营后,预计每年可节约标煤7374吨,减少二氧化碳排放约1.8万吨、二氧化硫排放约253吨、氮氧化物排放约59吨,生态效益相当于新增植树105.5万棵。

 随着汉口滨江国际商务区江水源能源站稳定试运行,一些新建的住宅楼、写字楼开始陆续接入集中供能管网。“如今大家的绿色发展理念越来越强,这套系统实现了生态效益和经济效益双赢。”韩忠杰说。

 3套彼此独立的水循环系统,接力完成热量“搬运”

 8月中旬,南京暑气蒸腾。

 走进南京江北新区花语天境小区居民李春启家中,凉意扑面而来,但既听不到传统空调外机的运转声,也没有冷风直吹。“不仅温度、湿度比较稳定,还很安静。”李春启说。

 “凉”从何来?这得归功于从南京穿城而过的滚滚长江水。社区不远处,一套江水源热泵区域供能系统正在持续运转。

 夏季,长江水成为系统冷源,建筑内产生的热量通过热泵系统转移到江水中;到了冬季,过程相反,热泵机组从江水中提取热能,再送入建筑,为室内供暖。

 供能过程如何实现?南京江北新区综合能源服务有限公司总经理马林介绍,“3套彼此独立的水循环系统,接力完成热量‘搬运’——第一步,取水站将部分长江水抽取出来,送往能源站。经过热泵主机换热后,江水再通过管道回到河道、回归长江;第二步,能源站制备出空调冷水或热水,通过输配管网送往各个用户换热站;第三步,在用户换热站内,建筑内部循环水再次完成热交换,流向室内末端设备,长江水和居民家的循环水‘各走各的路’。”

 到了李春启家中,藏在顶面、墙体里的毛细管网接过“最后一棒”。空调冷水在管网中循环,通过辐射方式均匀调节室内温度,配套的新风系统则不断补充新鲜空气,同时承担夏季除湿功能。

 为何用江水给建筑降温?答案藏在一本“绿色账”里。

 高温天气下,当地室外空气温度可接近40摄氏度,而长江水夏季最高温度约30摄氏度。以江北新区江水源热泵项目为例,项目配套冰蓄冷、水蓄热技术,利用夜间用电低谷时段提前储能,可将夏季约25%的高峰用电负荷转移至夜间。

 目前,当地江水源项目实际供能面积约32万平方米,每年可减少二氧化碳排放约600吨。按照现有商业办公和住宅用户规模估算,可惠及约2万人。

 集中供能不仅节能,还可以节约建筑空间和运维成本。采用江水源集中供能后,用户端不再需要建设大型空调机房,只需设置小型换热站,不仅节约建设面积、减少配电容量,冷却塔耗水也可以全部省去,维护成本降低约80%。