公寓楼的微型热电联产系统

博洛尼亚省的 Bentivoglio 市一幢新建公寓楼公用部分的供电和供暖选择了热电联产方式。这幢新建的小型公寓楼由16个套间构成,每间大约80-100m2,共四层,总供暖体积约为4,000m3。

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设计过程

随着最近几年微型热电联产设备(MCHP)的发展和整合,为住宅供暖和卫浴热水在生产技术装备中提供了新的选择。目前,在设计设备系统时适用的标准法规为2008年的156号法令,该法令允许采用微型热电联产机组取代太阳能热力系统生产卫浴热水,同时取代太阳能电池板生产电力。唯一的限制曾是这种微型热电联产机组的发电量不能小于1kWe/住宅单元,而因2007年 Bentivoglio 市建筑条例补充规定的订立,减少到了0.2kWe/住宅单元。不过,单纯使用微型热电联产机组并不能使系统设备获得满意的综合效率,因为机组本身的效率低于90%(传统燃气锅炉的典型值)。相应的解决方案是:利用热电联产机组产出的电力,供给安装在系统中的一台热泵,进而整合供暖系统。

设备管理

微型热电联产机组属于特殊设备,是按“优先供热”的方式制造的,即在优先满足热力用户供暖需求的同时,始终最大限度地供电供热。机组能够依靠电力跟踪系统,在0.3kW  至6kW 的范围内工作。综合产能效率为85%(所达到的数值中包括了从机组废气中回收的潜热)。

机组(图1)配备了一台为这种应用特殊设计的发动机。这是一台三缸四冲程液体冷却的952cm3的发动机,与一台同步发电机相连接,转速为1,600 ~1,800rpm。因其优越的特性,故其可靠性很高,维护周期为10,000运行小时,每隔30,000小时换一次油。此外,其隔声特性也很优异(离1m远处的噪声为54dB),故能将微型热电联产机组安装在建筑物内供热中心内部(图2)。热泵与微型热电联产机组配合运行,供应相当于59 kW的额定热能。

微型热电联产(MCHP)技术拟定的应用程序为优先生产卫浴热水。在达到卫浴水箱要求的温度且达到供暖水箱要求的温度时,三通阀作动,供给由 MCHP 产出而储存在供暖水箱内的热能。反之,如果卫浴水箱温度过低而供暖水箱温度接近设定点,启动热泵的第一步是将热能从一个水箱转移给另一个水箱。如果这还不够,控制程序会依靠装在地板下的供暖设备的热惯性,令二次回路的热泵停转,让水温迅速回升至卫浴水箱温度。

整个机组的控制系统的管理是由电子控制器(随微型热电联产机组一起供给)、设在蓄热水箱和卫浴水箱上的供水和回水的温度探头、植入气温调节程序的机组运行外部探头及电厂所有装置通断和调节的信号输出一起实现的。

实现的效果

选择供热能力约为楼宇供热需求30%的微型热电联产机组,另外整合一台热泵以满足余下部分的需求,这样可保证机组每年运行约5,000小时,同时确保一部分所生产的电力全部供给热泵。最终系统的总效率约为150%。所采纳的方案结合基于低导热性的建筑结构的利用和限制,除了能够满足全部标准特点要求之外,有可能达到 A+ 级节能建筑的框架,每个建筑单元的平均能耗低于20kWh/m2/年。这个目标之所以可能达到,不仅有供热中心,而且因为利用了低温场合下运行的辐射地板这些供暖设备,及每个建筑单元的专用电力计费系统。最终结果显示,采用复杂的设备方案也未必能够满足能源效率的要求。

采用这种设备,管理经济性优于使用汽油和天然气。这样良好的收益不仅涉及供暖,而且还关系到供电;不仅覆盖了楼宇中所有的最终用户以及相应的各种服务, 而且也涵盖了当时正在施工的工地需求。

以后,可以清楚地证明可能不存在热电联产机组需要结合热泵一起运行的必要性:实际上,单单应用微型热电联产系统就足够了。大概在这类应用中,在设计系统时有可能放弃布置一台热泵;在安装微型热电联产机组的场合,只有在必要时,才可能考虑安装热泵,但仅在后续阶段才考虑且在一次能源供给之外的二次供给情况下考虑。

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