将低碳热源整合到热网中

王欣荣rhdvlfqi 2023-05-09 发布于北京

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本模块探讨冷凝锅炉与太阳能热泵和气体吸收热泵在有效、碳高效热网中的应用

CIBSE和热电联产协会（CHPA）最近发布的《热网：英国业务守则》草案强调，热网的正确应用需要经过深思熟虑的方法，以确保安装将适当地满足实际需求，而不是为项目提供象征性的“漂绿”。

参考最近的业务守则草案（CoP），本CPD将借鉴一家主要供热网络系统供应商的经验 - 特别是多租户住宅应用 - 考虑应用冷凝锅炉以及太阳能热和气体吸收热泵（GAHP），作为提供不仅有效的热源的手段，而且碳效率高。

热网可以为住宅业主提供有吸引力的解决方案。他们从住宅中拆除燃气器具，提高安全性并拆除原本需要每年检查的燃气系统。更简单的维护要求 - 特别是取代单个锅炉的“热接口单元” - 意味着减少了访问租户物业的需求。此类网络允许预付能源费用，并且通常包括家庭能源显示器，帮助租户可视化和调节其能源使用。经验甚至表明，一些房东正在使用这些系统来检查弱势租户，使他们能够确定何时没有计量能源使用。热网的整体节能允许在比单个物业更大规模的范围内采用可再生热源，帮助房东履行其义务，并提供帮助解决燃料贫困问题的机会。

成功整合热网的路径，无论是为具有多个租户的单个建筑物提供服务，还是跨越更大的场地或大都市，在热网CoP草案中有详细的说明1– 拟议的开发阶段摘自该文件，如图 1 所示。

图1：成功整合热网的途径（来源：《供热网：英国实践守则》草案摘图）

为了确保最大的运营节约（和成功）机会，避免在热网和最终加热系统中过大。这将确保一个深思熟虑、明智的计算和设计过程，使用高质量的数据进行可靠的预测，或者——更好的是——应用测量的本地记录来确定系统需求。这也将提供一个更可控的系统，并且比超大尺寸的系统需要更少的维护。如果作为翻新项目的一部分添加热网，建筑物的热元素可能会得到改善，从而减少历史记录的负荷和随之而来的系统需求。这需要基于实际可交付的改进热性能进行计算/建模。如果现有的加热系统设计为传统的82°C流量和71°C的回流，通常可以通过适当的可变体积控制来降低流量以提供80°C / 60°C的散热器电路温度，仅导致很小的输出损失，通常约为12.5%的这些温度。1

对于新结构，低流量和回水温度是默认选项。这将使热源，如热泵和带有冷凝热交换器的热电联产 - 如热电联产提供热源的地方 - 以更高的效率工作。但是，如果存在特定的可用高温热源（即更高的热能），则应考虑由于更高的流量/返回温差的可用性而导致流速降低的好处。

在设计过程中，流动温度、热界面单元（HIU）和热发射器类型之间的关系是关键。如图2所示，通过HIU获取分布式热量的二次系统将确定干线网络中的最低流水温度。在较小的系统中 - 主网络中的损失小于10% - 接近65°C至60°C的流动温度被用作建立合适操作条件的起点。选择的 HIU 可以在出口处提供所需的生活热水（DHW）流量 - HIU 内的板式换热器和初级流量温度将决定水龙头的流量。如果 DHW 负载可以在家庭安装中成功供应，则 HIU 很可能能够满足加热负载。

个人消费者采用的加热类型也会影响流动温度——在大多数情况动温度应该是满足需求所需的最低温度，并且流量/回水温差应最大化。选择热发射器时考虑了较低的平均温度和安装实用性。尽管在低流量水温下运行有好处，但在特定应用中，地暖可能并不总是物理实用或具有成本效益。散热器系统可能需要更大，才能在降低的流量温度下提供与传统的 82°C/71°C 流量/回流温度相同的输出。

图2：从热网向个人消费者分配热量的示例（来源：基于博世商业和工业供暖图示）

在实践中，特别是对于较小的网络，温差会有很大差异。当单个 HIU 有 DHW 需求时，回报可能低至 20°C，但在加热过程中会更高——对于散热器加热系统，它通常在 50°C 左右。一些HIU可以通过改变流速来优化加热的回水温度。采用可变流量系统将热量输送到最终负载，为变速泵送提供了机会，从而节省了泵的能源，并确保在流量和回水之间保持较高的温差。这将确保从一次热网中提取最大的实际潜在热量 - 从而保持低回水温度 - 以及提高锅炉和可再生热源的效率，以及减少系统损失。在将热网改造到具有现有供暖系统的建筑物（HIU“替代”单个锅炉）的情况下，经验表明，流量/返回温差可以从大约7K到30K不等，具体取决于当时的负载类型。

当然，低碳热源的应用对于规划低碳解决方案的路线至关重要。例如，如果从当地发电厂、工业过程或地热源中获得了所谓的“废”热资源 - 具有适当的能量，那么这可能会为任何后续的热网络塑造简报。然而，实际上，这种可利用的热量是一种罕见的商品，因此可以利用替代“低碳”来源的机会，通常与化石燃料技术相结合 - 所谓的“双峰”系统。太阳能热板和燃气空气源热泵是两种常用的低碳热源。

这些通常使用两个缓冲容器布置，一个专用于可再生热源，具有旁路布置，另一个用作热网络的主要缓冲区。图3中，燃气冷凝锅炉和太阳能热板热源的简化示意图。当太阳辐照度足以提高缓冲罐中的水温（最高安全最大值）时，太阳能热板将为太阳能热缓冲罐充电。来自管网的回水在有利的情况下通过缓冲器抽取水 - 也就是说，当缓冲器顶部的温度通常比热网的回水温度高5K时。缓冲温度将降低，直到小于回水，然后热网回流将绕过缓冲液。这个循环将重复，具体取决于太阳能资源的可用性。