长江三角洲地区集中采暖与供冷的设想
摘要：设想了长江三角洲地区冬季采用北方集中采暖的方式供热，夏季利用地下水、海水、江河湖水等天然水源直接供应空调末端装置用于冷却空气的可能性，尽可能避免使用含有氟利昂等有害制冷剂的空调设备，保护大气环境，同时节约能源。
关键词：天然水源 集中采暖 集中供冷
Abstract Conceives the possibility of central heating in winter with cycle water and central cooling in summer with groundwater,seawater ,riverwater lakewater and so on.Directing supply natural water to air conditioning unit ,in order to avoid using air- condition with harmful refrigerant, such as Freon refrigerant ,protecting atmosphere and saving energy sources
Keywords natural water source central heating central cooling
0引言
长江以南地区每年冬季12月20日~次年2月20日；夏季7月1日~9月1日期间是居民空调供冷、供热运行较为集中的时间。
江南地区气候特点以上海为例，冬季采暖温度-2oC,无极严寒天气，但室内依然阴冷；夏季空调室外温度34oC，较之华南等省份温度不相上下，每年冬夏季的空调用电量很大，而含有氟利昂等有害制冷剂的空调设备的大量使用对大气环境带来了危害，所产生的温室效应，又使气温持续偏高，使居民更加离不开空调设备，有恶性循环之势，因此，产生在长三角地区的民用建筑设置集中供热、供冷系统的设想:
1 设想
是否可以将北方的集中供热的形式，经过主要设备的特别选择和改造，应用于以上海为代表的长三角地区呢？系统的构成如下：
1.1 冬季供热系统：
电热锅炉+水处理设备（+换热器）+水泵+末端装置， 通过水管路系统连接起来。
1.2 夏季供冷系统：
天然水源+水处理设备+水泵+末端装置， 通过水管路系统连接起来。
1.3 供冷供热系统除冷热源不同外，其余设备和管路基本都可以冬夏季切换共用，系统示意如下：
2 系统的特点：
2.1 长三角地区，冬季采暖室外计算温度为-2 oC~ -5oC比北方采暖期的室外计算温度高，围护结构的热负荷小，且散热器为冬夏共用的大面积换热器，供回水温度可以不采用北方通常的95/70度的热水，40 oC~50 oC左右的热水应该就可以满足。
2.2各种方式初投资的粗略比较 [1]
注：1）因缺乏上海地区集中供暖的数据，借用北方某项目的站房数据；
2）假定蓄热电锅炉站房造价与夏季水处理站房造价相同；
3）本表未考虑海水、地下水供冷的情况。
3.1热源设备:
即电热锅炉。从上海用电紧张的角度讲，电不是最好的能源；作为国内最发达的城市，同时也是资源高消费型城市，上海电能尤为紧张。２００３年， 上海用电量负荷超过１３００万千瓦，夏季极端用电负荷达到１６００万千瓦，电力供应 缺口相当大。而在电力紧缺的夏季，空调的用电量通常要占到居民家庭用电量的７０％；2004年冬全上海市最高用电负荷将达1420万千瓦，同比净增228万千瓦，与2003年夏季最高用电负荷基本持平。
但从环保的角度讲，在可以利用水力发电的情况下，电较之燃气、燃煤、燃油是环保能源。再者，把分散的单体空调器用电改为集中的电热锅炉用电，能够节省总耗电量。还可以考虑采用蓄电电热锅炉，在分时供电的地区，它可以利用廉价低谷电，将电能转化为热能，在将热水储存起来供白天使用，降低运行成本。
3.2 末端装置：
夏季的冷水源为直接利用的天然水源，温度与内置有压缩机的空调器送风温度比起来偏高，且不具有可调性，这就决定末端装置的换热面积要比通常的大许多，在材质上也需要采用传热性能好的末端装置，例如毛细管平面空调、特殊材质的翅片式散热器等，但由于要应用于民用建筑，需要考虑和室内装修配合，散热器除了要注意实用性，还要讲究外形美观。
4 水源问题
4.1自来水水源：
冬季采用循环水供热，是传统的供热方式，这里不作过多讨论。夏季可以考虑直接采用自来水供冷，自来水年水温：4.5-29°C。如果采用自来水供冷，可以单户自行切换到自来水管路，由用户自行供应，通过散热器的自来水仍可用作生活用，但单户供应，由于用户使用自来水的量有限，散热器内自来水流动少，传入室内的冷量少。
4.2江河湖水水源
可以考虑利用天然的江河湖水水源。经过过滤杂质，消除水质硬度，去除盐分等水质处理后，采用集中管路供应和排放。长三角地区江河水湖水资源较丰富，且一般流经居住区，若能直接引用，意义重大。
江河湖水温度夏季为28℃至35℃，上海夏季空调室外（干球）温度:34℃；上海室外极端最高温度:38.9℃，与江河湖水水温上限还有近4℃的温差，在最不利的夏季天气仍有可利用的价值，直接利用江河湖水调节室温，应该是粗略的调节，不可能在很热的天气里将室温降到通常认为的舒适的温湿度，而且应该保证很大的流量才能实现1℃左右的温降，用管网输送江河湖水的作用，就是将这些水直接引进千家万户，使人们不必在酷暑时聚集到喷泉边、江河湖水畔，方便居民生活，虽然温降的效果不明显，但、环保。以韩国首尔市中心的清溪川为例 ，其1958年开始被覆盖，建成高架桥。47年之后，高架桥被炸掉，从汉江引入活水完成复原工作，每天大约12万吨水流入清溪川，水深40厘米，流速极缓，每秒25厘米。前后两个时期对城市环境的影响形成了鲜明的对比：在其被覆盖填埋的47年里，高架桥一带的气温比首尔的平均气温高5℃以上；恢复清溪川后，让城市降温，气体冷却效应和整改使得清溪川地区的平均气温降低约3.6℃。可见天然水对于空气的调节作用之大。
4.3海水水源[2]
海水的天然蓄冷作用是明显的[4]，海水温度多在23℃左右（夏季在水深３５米处）其温度适于直接供应末端装置用于夏季供冷。但其内的盐分又会对供水管路有所损坏，为了适应这个特点，就要提高水系统的材质，比如用铜换热管、耐腐蚀的合金材料等，采取这些防腐措施后，水系统可以直接通海水进行热交换。当然初投资也会很大。
4.4地下水水源[3~5]
全国各地地下水（除海南之外）水温约在6-20℃。作为空调冷源，当水温较低时，应首先考虑直接引入空调末端装置，用来冷却空气，以节约能源。地下水无论其水质、水温都是适宜的。但是，作为资源，国家明令禁止滥采滥用。只有在引进回灌循环使用的方法之后，即在冬天灌入0～2℃的水，在夏天开采时水温可低达10℃以下，才使地下水作为直接冷源成为可能。
地下水作为直接冷源的优势十分明显:一是初投资较低;二是在运行费用方面，地下水供冷方案的电费，基本与夏季冷水机组的电费持平。以冬灌夏用为例，根据1980年的价格，在制冷能力为418.55焦耳（100大卡）/时，各种方法所需的费用对比为：
高压蒸喷 低压蒸喷 冷冻机 冬灌井
46元/时 52元/时 34.6元/时 17.3元/时
冬灌夏用经济效益十分明显。
基于上述，地下水供冷自上世纪末引入之后，在华北及东北地区得到广泛应用。
5 通风换气问题
5.1空调器中的风机的去留
空调器在盘管后设有风机，以便冷热空气的吸入和送出。在散热器系统中，在保证了散热器的足够的换热面积后，所带来的冷热温差和一般低置的散热器，会促使空气自然流动。北方的散热器采暖一直无需风机，整个房间都是温暖的，当然这和热空气向上走有关，省去了风机，在夏季，空气的流动性会差些。
5.2 换气扇的去留
北方采暖期，要采用密封性好的窗户或粘贴窗户缝隙，这从减少冷热损耗上考虑是有道理的；但是从保证人员健康供应适当的新鲜空气上讲，就不能满足要求了。暖通空调的设计经常为房间安装小型换气扇，这在满足了民用建筑排除室内废气，供应新鲜空气的同时，增加了电量的消耗。上海地区的冬季室外温度不是很低，如允许住户适当少许开窗或采用非密闭窗，仅在卫生间设置排气系统，室内废气经卫生间排出，新鲜的空气通过门窗缝隙渗入室内，同样可以达到换气扇的作用，也许动力作用不如室内设置换气扇那样明显。“在一般建筑中，应充分地利用有组织的自然通风”是暖通专业的一项设计原则。另外，在供热（冷）的管路上如采取单户计量的计费系统，用户会出于考虑自身经济承受能力或节约的目的，而不会过度开窗换气。
6 建筑形式上的配合
现在，由于照明设施、空调设备的，在建筑上对充分利用天然能源的考虑有所忽略，在这方面，老式建筑的许多特点是值得借鉴的，例如东北老式日本房朝南面多设有大型三角窗，既利于采光，又便于通风；自然通风状况的改善，可以减少或取消民用建筑内的通风管道，吊顶因之可以少设或不设，房间举架高，空气流通情况好，人不会产生闷气的感觉；房间采光好，可以最大限度的利用太阳，能使房间明亮、温暖，满足人的舒适感。
7 实现的可行性：
7.1施工方法的可行性
管道系统的施工方法与传统的北方集中供热系统的施工方法大同小异；空调主机、空气末端设备的安装随着集中供冷在宾馆、生产上的大量应用，技术成熟的安装施工单位也很多。施工方面大的技术难题应该是不存在的。
7.2地下水开采的可行性[2~3]
打井采用地下水作为冷热源在长三角地区很难获得政府的批准，这是其不能在以上海为代表的长三角地区被广泛应用的主要问题。
解放前，上海就已发现地面沉降现象。建国后，通过广泛地调查研究，提出了过量开采地下水是引起上海地面沉降主要原因的初步论断。并在1965年开展地下水人工回灌试验，通过试验，肯定了采用不同水温自来水回灌的可行性，为以后推广管井的冬灌夏用奠定了基础。如新建小区附近有可利用的废井，并能够采用“冬灌夏用”的地下水作为夏季冷源，也许可行。
7.3 江河湖水直接利用的问题[6]
江河湖水直接引用存在泥沙淤积定期清理和水中垃圾的过滤问题；取水位置的选择；取水和水处理设备是否对城市规划有所影响；降温效果不明显等等问题都会影响江河湖水是否能成为直接冷源，这些问题还有待进一步的技术攻关。
7.4 海水直接供冷的可行性
我国海水管生产水平较成熟。我国对于海水管道的设计、过滤、防腐、灭藻能力和换热器的防结垢问题已经具备了一定的经验，为海水供冷的应用做好了技术上的准备。 但是海水的腐蚀性，使输送海水的管道系统的成本远高于其他冷源，为一般普通用户所不能接受；且海水基础资料缺乏。我国目前建立的海水资料数据库主要是针对海洋渔业和气候研究所构建的，不能满足海水空调系统的设计需要，特别是缺乏近海域不同深度的水温资料。
8
最大限度的直接利用原始的天然资源，来满足人的一般冷热要求即可，不必过分苛求精确的多少温湿度（工业用工艺性空调系统除外）；天然的季风，梅雨，春夏秋冬都可以看作是大自然对空气最好的调节，人本身也是自然的产物，人在对自然环境进行必要的改造的同时，也应该学会适应正常的自然环境，这是对自然的一种保护，这种保护是双向的，保护了自然，就是保存了我们赖以生存的基础，自然环境若被彻底破坏，又何谈人类的生存。
附件[5]
：
1佚名 某住宅项目采暖方案经济技术对比分析
网 2005
2端木琳 能源新主张—海水空调 2006
3 地下水资源勘察 上海勘察设计志2005
4 控制地面沉降技术 上海技术志 2000~2004
5肖兰生， 张瑞芝 空调热泵概论 中国论文网 2005
6 王晓夏，徐娓 取用江河水作为空调冷却水源的运行分析
暖通空调，2005，35（4）
