古埃及博物馆的地热应用

都灵的古埃及博物馆里保存了三万多件从旧石器时代到科普特时代的古器物,这些都是世界上现存的最重要文物。该馆从十八世纪中叶起就开始收集工作,这些展品至今保存了将近两个世纪,一直收藏在由古阿利诺•古阿里尼(Guarino Guarin)设计而建在城市中心的十七世纪的科学宫内。

最近,由 Isolarchitetti 公司领衔的项目团队所完成的该历史建筑及其技术设备的修复、改造和扩建工程,成为了具有高度文化价值的建筑物的重建范例,而且这个项目在实施期间没有中断博物馆的业务活动。

在项目工程实施的同时,开展了复杂的博物馆装备整顿工作,不仅使原有建筑焕然一新,并基于前卫的保存技术整合了现代化的展示思路和丰富的建议。

整个热力系统工程由米兰的 Proeco 事务所负责,该事务所不仅以利用基于地热泵的热力系统而著称,并对进行中的工程预计做出了仔细修改,而且更注重了能源利用和展示空间的环境舒适度。

RCI_8_15_Geo_1

博物馆概述

如今,观众参观博物馆时,先走过科学宫的庭院,然后进入斯基亚帕雷利廊道,廊道内设有图书馆和咖啡厅。售票处、衣帽间、书店、实验室和卫生间位于地下一层,内部照明依靠硕大的天窗,而从这一层通过快速自动扶梯可以到达博物馆的上面几层。

参观路线长约两千米,在以环境引人入胜、布置了重要展柜且接合了先进技术手段为特点的各个展出空间穿行而过,而正是依靠了这些手段才为展品的收藏保存维持了理想的环境条件。

除了最重要的展品之外,譬如石棺陈列室内的那些展品,翻新后的博物馆还向人们展出了大量馆内收藏了多年的展品。穿过下面几层的多个富丽堂皇的大厅和陈列室后,参观的终点是展示博物馆的一些昔日装备,最终是一座19世纪的大楼梯。

这些工程涉及所谓的侧面廊道(地下一层至三楼,包括夹层)和斯基亚帕雷利廊道(地下二层至一楼,包括夹层)修复和改造,还利用正向技术设计思路,对位于馆内花园下面的地下两层实行了扩建。工程造价总计约0.47亿欧元,其中地区和当地的企业捐赠了0.20亿欧元。

通过以下措施,使得改造扩建工程(有效面积约10,000m2,空调体积约50,000m3)符合改善建筑物能源绩效的目标:

- 对于分散在各个区域和房间内没有采暖的面积实施保温(一楼至柱廊的地板,三楼至顶楼的天花板,等等);

- 用木框加中空玻璃的新型窗户取代旧窗并在屋顶上安装铝合金断桥隔热中空玻璃天窗。

RCI_8_15_Geo_2

地热系统

博物馆内原有的空调设备全部替换,代之以新型的水暖中心、供热中心和供冷中心,加上空气处理机组,以及面向室内终端的直接分配管网,全部都是新装的。

原有设计方案旨在改建博物馆,考虑利用热泵构成开式循环的地热交换回路。采用这个方案能够同时生产热水和冷冻水,以求在春秋两季最大限度地提高指定系统的效率。

使用地下水的系统包括:

- 2口水井(25l/s),每口井配2台电动潜水泵,可以根据蓄水池的水位自动调节排量;

- 1口井用于地下水回灌(50l/s);

- 蓄水系统。

蓄水系统位于地下蓄水池内(总蓄水量214m3),该池子分成两个容量相等的分池子,用于:

- 蓄积,作为冬季热源用于供热和夏季冷源用于冷却冷凝器;

- 回灌(水池是隔热的),用于平衡灌入相关深井的水量。

在第一个分池子内,安装了3台电动潜水泵,用于向换热器供给地下水。在第二个分池子内,安装了2台电动潜水泵,用于抽水排空;另有2台电动潜水泵设置在抽水井中,用于抽取技术用水。所有电动泵均配备了变频器。

地下供冷中心中的地热泵与地热源(地下水温度:冬季为14.5℃,夏季为15℃)之间的热交换依靠两组板式换热器(冬季用和夏季用),还加上设置在供热中心前端的换热器。

RCI_8_15_Geo_3

供冷中心和供热中心

制冷液由3组热泵生产(每组857kWf 和863kWt),配备了螺杆式压缩机,采用地下水冷却。其中,2台级联运行,第3台备用。

除了冷冻水(7℃)之外,供冷中心还生产低温和卫浴用途的热水(45℃)。换热器用过的水回灌入地[8.5℃(Tmin,冬季)或25℃(Tmax,夏季)]。

此外,在供冷中心内还设置了地下水、冷冻水和热水的供给总管和回流总管,以及一次回路的循环装置(热水和冷冻水对于热泵的循环;低温热水和冷冻水对于用户的循环)。

建在顶楼的供热中心由2台冷凝式燃气锅炉(每台850kW)构成,锅炉配备了 Nox 低排放的预混燃烧器(调节率30~100%),酸碱中和装置和冷凝水排放装置,及向排水管网排水的相关的电动喷射泵。锅炉为博物馆和科学宫的用户生产高温热水(70℃),并藉此在夏季实施后加热。

在供热中心内,设置了高温热水和冷冻水的供给总管和回流总管,以及配备锅炉输送高温热水用与向科学宫输送热水电动泵的一次回路,后者连接着一台专用板式换热器。这些锅炉还起到了后援热泵的作用。

RCI_8_15_Geo_7

室内终端和通风

博物馆的室内空调采用混合式空气-水空调系统,能够利用低温传热液控制所有房间内部的温湿度。

总的来说,展示大厅中安装辐射地板采暖系统和机械控制通风系统。有些大厅和其他房间配置了挂壁式和地板嵌入式辐射地板和暖风机。在卫生间和设备间内,则安装了只供冬季采暖用的散热片。

按最大限度提高供热效率的原则设计管网和终端。尤其是,热水回路按照45~40℃ 行温度供给终端,温差10℃(散热片)和5℃(空气处理机组)。

因建筑物的热物理特点,更为了一楼和二楼那些华丽厅堂需要保持适当的过压力,以求有效地控制微气候参数,由可控制机械通风系统(总计约40,000m3/h)实现最有限的新风交换(15%)。

此外,因该建筑物的形态和现存的制约,在某些场合需要相对于空气处理机组的位置和相关的新风入口,重新配置定位某些要素。因此,仅仅一些空气处理机组配备了高效直接型。

从进一步回收能量的眼光来看,大厅内的乏气不直接排出厅外,而是先排入顶楼设备区,然后再由此排出。在这种模式下,+能够限制热负荷及那类区域的过热,而使得下面楼层除了本身所有的设备之外,不利用直接空调而获益(减少传输中的热负荷)。

博物馆的屋顶未做任何改造,故不允许在屋顶上安装太阳热能收集系统和光伏发电设施。

尽管如此,且虽然该建筑物可能是个例外,但是,本项目却是符合利用可再生能源的法规规定(28/2011号法令)。此外,通过选择修改原有设计,考虑应用地热和高效率系统(若覆盖25%的总能源需求,则 COP≥4.6; EER≥7,4;若覆盖100%的总能源需求,则 EER≥7.67),使一幢建筑恢复到符合当代最严格能源标准的要求。

地下水储藏量的分析

在项目实施期间,研究了热力系统工程进行中的变数,无论是从地下含水层抽取地下水的汲取量,还是向地下含水层的回灌量,旨在将地下水的最大流量限制为50l/s,从而保持地热利用条件与项目原有设计相同。

简言之,原有设计考虑如下:

- 3台冷凝式锅炉,用于冬季供热和卫浴热水生产;

- 3个制冷机组,采用地下水冷却;

- 借助地下蓄冷池的蓄冷系统,用于夏季空调;

蓄冷池分隔成的两个池子,实际上形成了两个独立的水池,用于:

- 储存从含水层汲取的地下水

- 在热负荷较大时,若换热器一次回路出水量超出最大界限,接受超出的出水量;在热负荷变小或为零时,通过减小汲水量,消除这种超排现象。

根据由计算公式导出的热负荷的时间分布曲线,参考项目中冬季和夏季的高峰条件,并考虑了修改设计后确定的机器设备的特点和性能,验证了蓄冷池的容量和从深井汲取的地下水量。

由 Onleco 领衔,在马尔科•佩里诺(Marco Perino)教授(都灵理工大学,DENERG)的支持下开展的研究证实了,在夏季从蓄冷池抽取的最大水量为69.5m3,约等于总量的35%;另外,在13点至17点之间,从蓄冷池抽取的流量(56.2 l/s)超出了界限。

假定深井的抽水流量/回灌流量保持恒定,恢复初始状态(灌满蓄冷池和排空回灌池)可以在17点和24点之间实施,水的流量约为3l/s。

除了对蓄冷系统、供冷中心和供热中心的设计作了修改之外,同时确立了相关的联系管道,并在设计修改中调整了对所有增压、换热、空气处理装置、水暖回路、室内终端和自动调整系统的新要求。

Submit your comment

Please enter your name

Your name is required

Please enter a valid email address

An email address is required

Please enter your message

HVAC © 2017 All Rights Reserved