Je dálkové vytápění životaschopné v teplém podnebí?
Naše studie porovnává řešení vytápění a chlazení v Římě a ukazuje, že 4GDHC nabízí nákladově nejefektivnější a energeticky nejúčinnější přístup. Zjistěte, jak může nízkoteplotní dálkové vytápění transformovat městské energetické systémy.
Abstrakt:
Dálkové energetické systémy jsou široce uznávány jako udržitelné a perspektivní řešení pro splnění požadavků na městské vytápění v chladném podnebí. Otázkou však zůstává jejich použitelnost v klimatických podmínkách, které vyžadují jak vytápění, tak chlazení budov. Zatímco systémy dálkové energie jsou tradičně navrženy pro splnění požadavků na vytápění nebo chlazení, nejnovější návrhy systémů nabízejí možnost integrace požadavků na vytápění i chlazení do stejného systému. Společným jmenovatelem těchto systémů jsou nízké provozní teploty, které nabízejí koncovému uživateli možnost využívat síť jako zdroj tepla nebo chladu pro vlastní tepelná čerpadla. Tito koncoví uživatelé mohou odebírat a dodávat tepelnou energii do systému dálkového zásobování teplem. Tento článek porovnává náklady na vytápění a chlazení prostor a na přípravu teplé užitkové vody budov v oblasti s kombinací nových a starých budov v Římě v Itálii při aplikaci nízkoteplotního dálkového vytápění (4GDHC), ultranízkoteplotního dálkového vytápění (5GDHC) a řešení vytápění a chlazení na úrovni budov. Výsledky naznačují, že 4GDHC je pro uvažovaný případ nejkonkurenceschopnějším řešením dodávky tepla a chlazení.
Úvod:
Dálkové zásobování energií (DE) je terminologie pro centrální tepelné systémy. DE zahrnuje dva koncepty, dálkové vytápění (DH), které pokrývá centrálně vyráběné zásobování teplem pro splnění požadavků na vytápění připojených uživatelů, a dálkové chlazení (DC), které je na rozdíl od DH systémem pro odvádění tepla od připojených uživatelů a jeho odvádění na vhodné centrální místo. Jak DH, tak DC mají kořeny až do roku 1880 a na základě svého hlavního vývoje byly rozděleny do generací.
Historický vývoj DH, od vysokoteplotního parního systému, 1. generace DH, k nízkoteplotnímu systému a systému s více zdroji tepla, 4. generace DH, je popsán v [1]. V [2] byl definován systém dálkového vytápění a chlazení s velmi nízkou teplotou, běžně označovaný jako dálkové vytápění a chlazení 5. generace (5GDHC). Definujícím rysem 5GDHC je požadavek tepelných čerpadel na úrovni budovy na zvýšení teploty dodávky systému na úroveň teploty nezbytnou pro splnění požadavků koncových uživatelů na vytápění nebo chlazení. Jinými slovy, zásadní rozdíl spočívá v přechodu od používání přímo užitečných teplotních úrovní pro splnění tepelných požadavků koncových uživatelů k tomu, aby se stal zdrojem tepla. Díky aktivní tepelné výměně se sítí mohou koncoví uživatelé v zásadě pomoci s udržováním tepelné rovnováhy distribuční sítě, a proto jsou koncoví uživatelé často označováni za prozumenty [3], [4]. To však vyžaduje volnou definici pojmu prosumers, který obecně odkazuje na koncového uživatele, který provozuje vlastní energetickou elektrárnu za účelem uspokojení svých vlastních energetických potřeb a dodává přebytečnou výrobu energie do energetické sítě [5]. V systému 5GDHC koncoví uživatelé dodávají své neužitečné odpadní toky do sítě, např. aktivně nevyrábějí tepelnou energii pro systém. V [6] a [7] se tvrdí, že 5GDHC není kompatibilní s původní definicí generací DH kvůli své individuální povaze tepelné generace, ale měl by být považován za slibnou technologii s vlastními přednostmi.
Historický vývoj dálkového chlazení je popsán v [8], kde 1. generace je průmyslový chladicí systém, následuje 2. generace, která mění distribuční médium na vodu a uplatňuje úspory z rozsahu, 3. generace, která je definována diverzifikací zdrojů chlazení a 4. generace, která umisťuje stejnosměrný proud do inteligentního energetického systému. Na rozdíl od systémů DH jsou stejnosměrné systémy obecně konstruovány pro obsluhu velkých budov s celoročními požadavky na chlazení, jako jsou kancelářské budovy, nákupní centra a budovy, které kromě zátěže chlazení v důsledku klimatických podmínek mají požadavky na chlazení v důsledku vnitřních tepelných zisků, jako je ventilace, regulace vlhkosti a provoz elektronických zařízení.
S přechodem od fosilních paliv má dálkové vytápění (DH) dobrou pozici k tomu, aby se stalo hlavním systémem dodávek tepla pro městské oblasti v regionech, kde převládá poptávka po teple. Otázkou však zůstává, jak dobře je DH ve srovnání s jednotlivými tepelnými čerpadly vhodný pro nahrazení vytápění na bázi zemního plynu v regionech s požadavky na vytápění i chlazení. Výhodou individuálních tepelných čerpadel v teplém podnebí je téměř individuální náhrada stávajících plynových kotlů a jednoduchá změna dodávky energie pohonu z plynové sítě do elektrické sítě. Tepelné čerpadlo dále poskytne schopnost splnit požadavky na teplou užitkovou vodu (TUV), vytápění a chlazení prostoru pomocí stejné jednotky. Tato individuální elektrifikace poptávky po vytápění však může představovat výzvy pro energetickou síť, zejména vyžadovat potenciální posílení sítě a velkou kapacitu výroby obnovitelné energie, která bude po velkou část roku nečinná kvůli sezónním požadavkům budov na tepelnou energii.