原創(chuàng)

2022-10-29 07:18 · 來(lái)自北京

熱能的新時(shí)代：皇后碼頭熱泵

格拉斯哥皇后碼頭熱網(wǎng)的大規(guī)模氨水源熱泵有望使新建筑和現(xiàn)有建筑的熱量脫碳。維塔能源的李莫蘭描述了該計(jì)劃

發(fā)表于 7月 2021年

雖然對(duì)新建項(xiàng)目的大型水源熱泵有相當(dāng)大的熱情，但它們并不總是被認(rèn)為適合使用傳統(tǒng)二次側(cè)供暖系統(tǒng)的改造建筑。然而，通過正確的設(shè)計(jì)，它們對(duì)于大多數(shù)項(xiàng)目來(lái)說(shuō)都是一種智能解決方案，或者 - 例如由西鄧巴頓郡議會(huì)委托的皇后碼頭項(xiàng)目 - 新建和改造連接的混合。

皇后碼頭能源解決方案有兩臺(tái)2.65MW氨水源熱泵，由星光制冷公司建造，還有一臺(tái)130米3低碳系統(tǒng)的核心是熱存儲(chǔ)。這提供了每年51，000MWh的熱量需求的約80%，其余部分由備用燃?xì)忮仩t提供。隨著擴(kuò)建的進(jìn)行和熱量需求的增加，還可以添加兩個(gè)熱泵。

色彩斑斕的煙囪包含熱泵通風(fēng)系統(tǒng)，并包括緊急氨吹掃系統(tǒng)，可確保有足夠的分散性，并且在發(fā)生泄漏時(shí)不會(huì)影響當(dāng)?shù)厝?。三個(gè)鍋爐煙道也終止于煙囪。

皇后碼頭盆地安裝了一個(gè)河水抽取系統(tǒng)，該系統(tǒng)從克萊德河取水并通過熱泵循環(huán)，然后將其返回河流，并規(guī)定其返回的溫度不能超過其原始抽取溫度的3K以上。

熱泵將河流的潛熱轉(zhuǎn)化為低溫?zé)崴?，通過1.5公里的區(qū)域供熱網(wǎng)絡(luò)為23公頃的開發(fā)項(xiàng)目提供服務(wù)。它最終將為1，200個(gè)家庭以及支持這些家庭所需的相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施提供服務(wù)，例如醫(yī)療中心和商業(yè)設(shè)施。

客戶：西鄧巴頓郡議會(huì)

開發(fā)商：CRL和黎明發(fā)展

熱泵制造商：明星制冷

性能規(guī)格：拉姆博爾

概念設(shè)計(jì)：豪利能源和水 - 與蘭博爾合作的原始概念（抽象等）

土木結(jié)構(gòu)工程師：古德森建筑設(shè)計(jì)事務(wù)所

提供混合區(qū)域供熱系統(tǒng)

雖然熱泵能夠在80°C+下供熱，但人們強(qiáng)烈要求盡可能降低低溫?zé)崴↙THW）流動(dòng)溫度，因?yàn)槊繙p少1K，熱泵效率就會(huì)提高1.5%。這給設(shè)計(jì)人員帶來(lái)了一個(gè)兩難境地，他們需要保持相對(duì)較高的溫度以滿足現(xiàn)有建筑的需求，但又要足夠低，以便從泵中獲得最大的效率。

燃?xì)忮仩t所服務(wù)的歷史供暖系統(tǒng)在82°C的流量和71°C的回流溫度下運(yùn)行，這意味著區(qū)域供熱方案中通常使用高達(dá)90°C的初級(jí)流量溫度，以滿足液壓斷路的這一要求，例如板式換熱器。

對(duì)現(xiàn)有系統(tǒng)的詳細(xì)審查得出的結(jié)論是，這些建筑物可以在75°C流量和60°C回流下運(yùn)行，而新建筑物的設(shè)計(jì)可以在70°C和45°C回流下運(yùn)行。天氣補(bǔ)償可以降低夏季溫度，從而進(jìn)一步提高效率。

流動(dòng)溫度必須足夠高，以滿足四座改造建筑的需求，但由于這些建筑占需求的10%，它們不會(huì)對(duì)整體網(wǎng)絡(luò)配電溫度產(chǎn)生太大影響，我們?nèi)匀豢梢詢?yōu)先考慮整體系統(tǒng)效率。

如果負(fù)載平衡傾向于更高的改造百分比，那么倒數(shù)將為真。然而，通過天氣補(bǔ)償降低溫度對(duì)于確保系統(tǒng)能夠滿足生活熱水生產(chǎn)以及任何專業(yè)需求（如醫(yī)療保健巴氏殺菌）非常重要。

通過這種新建和改造的混合，我們的設(shè)計(jì)師實(shí)現(xiàn)了3.1的性能系數(shù)，使其比傳統(tǒng)解決方案（如燃?xì)忮仩t或熱電聯(lián)產(chǎn)）效率更高。

最初，該開發(fā)項(xiàng)目有以下錨載建筑：奧羅拉大廈，克萊德班克學(xué)院，泰坦，休閑中心和皇后碼頭護(hù)理院。它將創(chuàng)建新建的物業(yè)，例如1，200套房屋，但未來(lái)有機(jī)會(huì)納入大量現(xiàn)有建筑庫(kù)存。

預(yù)測(cè)開發(fā)項(xiàng)目的能源需求是困難的，但是必要的，因?yàn)樗鼪Q定了工廠、設(shè)備和區(qū)域能源網(wǎng)絡(luò)的規(guī)模。對(duì)于新建連接，根據(jù)建筑設(shè)計(jì)了解熱需求相對(duì)簡(jiǎn)單 - 例如，通過查看U值- 但居住者可以通過多種方式使用能源，這會(huì)影響他們的年度能源需求和概況。

現(xiàn)有建筑物的能源數(shù)據(jù)很少以構(gòu)建詳細(xì)能源配置文件所需的粒度提供，因此計(jì)算通常包含經(jīng)驗(yàn)，以找到具有固有靈活性的解決方案，可以處理所有可能的情況。

了解峰值負(fù)荷以調(diào)整能源中心工廠的規(guī)模是所有區(qū)域能源設(shè)計(jì)師必須考慮的事情。然而，真正的挑戰(zhàn)是了解整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的各種能源分布，以選擇最合適的水源熱泵和蓄熱，以實(shí)現(xiàn)顯著的熱分?jǐn)?shù)。

這意味著準(zhǔn)確預(yù)測(cè)所有互聯(lián)建筑的能源需求，以及整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的多樣性。如果沒有這些，水源熱泵的尺寸可能不正確：太大，無(wú)法有效運(yùn)行;太小，碳節(jié)約將無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

設(shè)計(jì)新的建筑物和物業(yè)以連接到在較低溫度下運(yùn)行的區(qū)域能源系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單。建筑法規(guī)通過改善U值和降低滲透率來(lái)幫助減少建筑物的熱損失 - 所有這些都意味著可以在較低的溫度下實(shí)現(xiàn)熱舒適性。

現(xiàn)有建筑物，特別是老化的建筑物，通常具有較高的熱損失和滲透率，因此需要更高的溫度才能達(dá)到相同的熱舒適度。

只有在對(duì)空間加熱發(fā)射器（如散熱器、風(fēng)機(jī)盤管和空氣處理裝置盤管）進(jìn)行全面評(píng)估后，才能將這些建筑物連接到工作溫度較低的網(wǎng)絡(luò)，以確保實(shí)現(xiàn)熱損失。

雖然皇后碼頭項(xiàng)目沒有必要，但建筑結(jié)構(gòu)的改進(jìn)，如隔熱和用雙層玻璃窗取代單層玻璃窗，可以幫助減少熱量損失，并且通常是一個(gè)明智的起點(diǎn)。

通常，較舊的LTHW系統(tǒng)具有通過3端口閥控制的恒容泵。這可能導(dǎo)致能量中心的高回流溫度，并導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法按設(shè)計(jì)運(yùn)行或關(guān)閉。反過來(lái)，這可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)損耗增加，燃?xì)忮仩t的貢獻(xiàn)也更高。

將這些3端口系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為2端口系統(tǒng)，采用壓力無(wú)關(guān)控制閥，可確保良好的控制和低返回溫度，盡管通常需要改變泵的控制理念，從恒定體積到可變體積，通常需要為所有泵引入逆變器。

另一個(gè)考慮因素是生活熱水。CIBSE/分散式能源協(xié)會(huì)熱網(wǎng)行為準(zhǔn)則（CP1）最近降低了住宅物業(yè)所需的溫度。

然而，商業(yè)和醫(yī)療保健建筑有不同的溫度要求，這些要求會(huì)影響最低網(wǎng)絡(luò)溫度。這特別適用于夏季運(yùn)行條件，即最低天氣補(bǔ)償溫度。

許多傳統(tǒng)的熱界面裝置（HIU）無(wú)法在較低溫度下高效運(yùn)行。雖然皇后碼頭開發(fā)項(xiàng)目的流動(dòng)溫度將高達(dá)80°C，但這將是罕見的，在溫暖的夏季 - 當(dāng)供暖需求很少時(shí) - 它將降至60°C。

為了提高這些參數(shù)的效率，有必要設(shè)計(jì)一個(gè)熱泵就緒的HIU，帶有智能核心，可以監(jiān)測(cè)流動(dòng)溫度和生活熱水溫度的變化，并進(jìn)行補(bǔ)償以確保最佳性能。

維塔爾能源花了兩年時(shí)間開發(fā)新技術(shù)以滿足這些要求。雖然它在設(shè)計(jì)時(shí)考慮了下一代區(qū)域供熱系統(tǒng)，但它可以在更高的溫度下高效運(yùn)行。

這一點(diǎn)，加上它對(duì)溫度變化做出反應(yīng)的能力，意味著它將在整個(gè)季節(jié)的流速變化時(shí)保持優(yōu)化，為項(xiàng)目提供實(shí)時(shí)優(yōu)化。

副設(shè)計(jì)總監(jiān)Ian Spencer說(shuō)：“溫度降低意味著損失減少 - 雖然單個(gè)HIU產(chǎn)生的損失相對(duì)較小，但當(dāng)你將其乘以1，200并在20年內(nèi)運(yùn)行時(shí)，它可以顯著節(jié)省運(yùn)營(yíng)成本和碳。

對(duì)建筑物的能源系統(tǒng)的審查對(duì)于了解使其與低溫區(qū)域能源系統(tǒng)兼容所需的變化至關(guān)重要。這與對(duì)歷史能源消耗的調(diào)查相結(jié)合，開始描繪出必要的畫面，但歷史上熱排放器和過時(shí)的控制系統(tǒng)的超大尺寸實(shí)際上可以提供一種好處，因?yàn)樗鼈儨p少了更換二次側(cè)加熱系統(tǒng)的需求。

改進(jìn)的標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)的進(jìn)步意味著只有幾年歷史的建筑物與目前的建筑物相比可能很差。皇后碼頭開發(fā)項(xiàng)目的建筑物已有幾十年的歷史，但由于其結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)和現(xiàn)有的供暖系統(tǒng)設(shè)計(jì)，我們需要能夠提供80°C的流動(dòng)溫度和60°C的回流溫度。

在新建筑中，我們可以對(duì)設(shè)計(jì)進(jìn)行輸入，我們可以提供70°C和45°C的流量，從而降低溫度和提高溫差。

在設(shè)計(jì)過程中，改造需要更多的考慮，但我們相信皇后碼頭證明了熱泵對(duì)所有年齡段的建筑物都是可行的。降低溫度，同時(shí)改善絕緣、發(fā)射器和控制，可以是一種非常有效的能源解決方案。

李·莫蘭是設(shè)計(jì)總監(jiān)，運(yùn)營(yíng) - 北部和蘇格蘭在維塔能源

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