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區域供冷系統提高能源效益

欣傳媒/ 2015.03.19 00:00
Arup 鄭長芳

提高能源效益是零碳道路上非常重要的一步。現階段,大部分國家採取集中且單一的能源供應方式,即是由傳統發電廠將能源輸送至使用端;這方式簡單直接,且已被大眾所接受。然而,集中式能源供應方式風險高且穩定度低;相對分散式能源則可以藉由多點發電的方式降低風險,提升穩定度,同時更聰明地配送能源以降低不必要的浪費。

提高能源效益的方法主要有兩項:

1.二次能源

例如常見的全熱交換器 (Heat recovery)、汽電共生 (CHP)、冷熱電共生 (CCHP),藉由邏輯性的系統整合,將原生能源轉換過程中所產生的過程性能源回收利用,徹底發揮原生能源的既有價值。譬如,燃燒生質能除了產電之外,過程中所產生的廢熱可用來驅動吸收式空調機 (Absorption chiller) 以滿足空調需求。

2.減少浪費

例如現時許多建築會透過智慧控制系統精準地調節能源使用,避免人為操作的浪費,亦有利用系統分割的方式,降低不必要的系統運轉。

區域供冷系統如何運作?

區域供冷系統 (District cooling system, DCS)通過一個中央供冷站,,將冷凍水從中央冰水機房經由地下水管網絡配送至使用端;小範圍的能源網路符合分散式能源及智慧控制系統概念,非常適合具備不同運轉需求的區域開發採用。據香港機電工程署 (EMSD) 研究,區域供冷系統的節能效益可達20%-35%。此外,區域供冷系統還有更多的優勢:

  1.減少用水

  2.減少碳足跡

  3.最小化噪音及振動影響

  4.提升建築設計彈性

  5.減少設備空間

  6.減少運轉浪費

  7.提升系統可靠性

以香港區域供冷系統發展為例,近年來最受矚目的即是啟德再發展區已投入運轉的區域供冷系統。以該區的靠海優勢,本套系統藉由海水進行熱交換,全區開發面積約1,500,000平方公尺,僅設置兩處下挖中央冰水機房配送冰水至各棟建築作為空調使用。根據統計,本套系統全年最高的節能量預期可達8,500萬kWh (千瓦時),相當於電費7,650萬港幣或59,500噸的二氧化碳排放量。

區域供冷系統的設備集中放置在南北兩處中央機房,大幅提升啟德再發展區中建築設計的彈性,僅需在地下室規劃銜接區域供冷管路所需的空間,傳統的冷卻水塔已經不再需要。除了啟德再發展區特殊的區位造就海水熱交換條件之外,其他地區亦有採用集中水塔式的區域供冷系統設計,例如新加坡。

區域供冷系統的節能效益很大程度取決於區域中運轉需求的多樣性,不同時段的運轉需求可以維持整套系統24小時處於最佳的運轉負載,可以非常高效率且彈性地配送冰水至各使用端。此外,設計中必須仔細考量輸送過程所造成的能源損耗及額外的輸送動力,因此,管線配置及中央機房設置地點是在設計前期必須謹慎評估的重點。

以香港的經驗來看,區域供冷系統除了實質的節能成效之外,對於區域中的開發者也提升了設計彈性並釋放出可用的樓地板面積,是一項值得考量的基礎投資。

亞洲國家已陸續完成多套區域供冷系統,不論是設計、營運或財務資料已有相當多的參考案例。在台灣,經濟部能源局及許多專家也曾提出建議與討論,可惜目前尚未有具體的新設區域型系統規劃,對於能源的想像仍停留在太陽能板或工業園區中既有的能源整合。

節能減碳需要透過許多策略配合,區域供冷即是屬於初期的基礎策略,開發決策者必須具備長遠的眼光,在前期規劃即納入考量,搭配中後期各項措施,才能實際達成預期的低碳開發成效。若以香港啟德再發展區為想像起點,台灣有哪些地區具備同樣條件呢?淡海新市鎮、桃園航空城、台中水湳經貿園區、或高雄新市鎮?真誠期待更寬廣的想像可以落實在這片土地上。

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圖文提供/ Arup 鄭長芳

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