报告|第五代区域供热系统的热泵

报告|第五代区域供热系统的热泵

可再生供热2022-01-05 09:03

热泵不是使用燃烧方式，而是将热量从一个地方传递到另一个地方。在这里，爱德华·汤普森建议，最新的热泵设计可以在地区供暖计划的能源中心内取代更传统的能源发电机。

英国政府多年来一直热衷于推广地区供暖服务。关键的驱动因素是能源效率。核心思想是，虽然发电站发电，大部分的固有能源用于从化石燃料发电，在过去，通常失去余热——只有55%的初始能源发电前进一步效率损失传输的使用点。如果将燃烧化石燃料造成的热量损失通过管道输送到邻近的建筑物，而不是直接释放到大气中，那会更好。

最近，政府还鼓励地区供暖，以节约碳排放和解决气候危机。同样，使用热电联产(CHP)产生的热量的想法也被视为减少整体燃烧和降低碳排放的途径。然而，热电联产是基于燃烧，碳化合物的燃烧释放二氧化碳（二氧化碳），这对气候变化和清洁增长战略是没有帮助的。这对《清洁空气战略》也没有帮助。

有一个受欢迎的替代热源的地区加热热形式使用热泵的热。热泵使用传热而不是燃烧，并且在现场根本不排放任何东西。它们也是高效的——一个精心设计良好的热泵系统可以以1kW的电力将大约4kW的热量转移到建筑物中。

在英国，通过区域供热网络采用分散供暖的方式一直非常缓慢。这样做的部分原因是由于建立昂贵的基础设施的巨大成本，以及潜在租户不愿在新计划建立之前签订长期供暖合同。这也是因为该系统的能源中心和需要热量的建筑之间的地面热量损失。

第四代地区供暖

对于现有的燃气社区供暖方案，一种新的脱碳形式现在可以通过改造能源中心的高温热泵，以接管燃气锅炉的基本负荷。鉴于新一代高温热泵，该热泵可以提供高达80°C的流动温度，并直接替代燃气锅炉，而无需翻新建筑内的传热系统。

这些新的工业热泵可以为1kW的电力传输3kW的热量，而且由于热泵不使用燃烧，它们是加热系统向净零度推进的关键工具。

然而，基于使用能源中心的地区供暖系统模型有局限性，无论是由天然气还是热泵，因为这些系统仍然使建筑物之间的管道对地面造成热量损失。这些热损失可以通过使用现代绝缘聚合物管道代替传统的大直径钢管道来限制在地面上，但安装成本是相当大的，特别是对于较长的管道运行。幸运的是，现在有一种替代方案是“第五代”地区供暖(5GDH)。

第五代区域供热厂

5GDH需要进一步进行分散加热。下一步是在局域网中使用环境对地温度分配电路，并在每个建筑中使用热泵，而不是使用热泵来提取所需的热量。通过这种方式，几乎消除了建筑之间的热损失，并避免了高度隔热管道的成本。另一个优点是，网络上的每个建筑都可以自由地使用适合其需要的热泵。一个现代化的，绝缘良好的建筑可以使用一个非常高效的低温热泵。

一个传统的建筑可以保留其现有的热量分配系统，并使用一个高温热泵来达到它所需的温度，而不需要翻新建筑中的传热系统。

一些建筑的冷却需求也越来越大。这可以在第五代模型中更有效地提供，因为建筑中的热泵也可以用于提供热传递到周围的地面温度电路。通过屋顶上的冷却器传热到冷水是比传热更有效的冷却建筑的途径。

让一些建筑拒绝公共网络还有一个社区优势——这对那些需要供暖的建筑来说是一个优势。拥有不同种类的建筑，不同时代，都在同一网络上，为所有人提供热共享优势。玻璃很高的办公楼和超市可能全年都需要拒绝暖气，尤其是在白天。住宅建筑通常需要供暖。下一步是在局域网中使用环境地面温度分布电路，并在每个建筑中使用热泵来提取冬季和夜间需要的热量。

伦敦查尔克含水层

当一个电路上的所有建筑物同时需要加热时，该电路将需要获得热量补充。对于那些在伦敦的人来说，一个理想的来源可以是伦敦白垩含水层。可以在120米左右钻一个开环钻孔，到达含水层以补充电路，在120米以上钻第二个钻孔，将较冷的水送回含水层。含水层是一种非常大的水资源，其稳定温度或多或少为14°C，可以在伦敦的大片地区进入。

在一些城市，也有其他水资源可用于热交换，包括河流、含水层和公海。

平衡能源网络

安装在伦敦南岸大学(LSBU)的“平衡能源网络”是英国第五代地区供暖系统的第一个例子，也是一个改造。校园两座大型建筑的厂房安装了高温热泵。这些水都从当地的环境温度网络中提取热量，该网络从伦敦含水层中抽取水。每个热泵通过现有的传热系统将热量输送到现有的建筑物中。厂房里的旧煤气锅炉随时待命，以便在冬天最冷的日子里可能需要取暖。

LSBU的热网络从伦敦的含水层吸收热量——这令环境署感到满意，它担心含水层的温度会上升。

该装置的一个有趣的方面是，可能会挖掘建筑物之间的道路，以安装当地网络的管道，因为道路上已经嵌入了多种服务。这个问题的优雅的解决方案是通过安装在建筑一侧的管道系统来实现的——这对于从能源中心输送高温水的电路来说是不实际的。

需求侧响应

对于较大的热泵安装，有很大的机会利用“需求侧响应”措施，特别是如果也安装了本地蓄热器，如在平衡能源网络。

电费（和碳含量）在白天和傍晚急剧上升，在晚上下降。现在已经有了电力供应合同，这也反映了这一点。这种做法将允许热泵在夜间使用更便宜的电力运行，以补充当地的热源，并在夜间保持建筑物的基本温度——以避免在白天大幅增加供暖。

在LSBU的安装是将现有的基于天然气的地区供暖系统转化为低碳供暖的蓝图——特别是在可以进入伦敦含水层的地区。