自然冷却

一个新的区域供冷厂使用海水和天然制冷剂为哥本哈根市中心附近的商店和办公室供冷。通过区域供冷,建筑物可以不再使用庞大的空调系统,从而节省空间、能源和二氧化碳排放量。

日期 2022-01-27 作者 Jack Jackson

在哥本哈根市中心,Gothersgade 街上的红砖烟囱曾经将黑烟喷入这座城市古老、风景优美的地区,这里距离 Kongens Nytorv 的木船、城堡和人行道咖啡馆只有几个街区。自 1970 年代关闭以来,哥本哈根最古老的发电厂一直空置。如今,该工厂再次运行。它是无烟的,现在生产的不是电,而是其他东西,每年能为客户节省 7 GWh 电力和 3,000 吨二氧化碳排放量。 Gothersgade Works 现在使用旧型地下区域供热网络来提供区域供冷。

该设施属于哥本哈根电力公司、哥本哈根能源公司,为附近的银行、百货公司和办公室提供制冷功能,使他们的计算机服务器机房和其他区域全年保持凉爽和舒适。该工厂在天然制冷剂和当地资源(如海水和废热)的帮助下运行,从而降低了成本并提高了环境效益。

区域供冷的工作原理与区域供热相同,但使用的是冷水而不是热水:中央工厂生产冷冻水并通过地下绝缘管道网络分配,连接到管网的客户可以使用所需的冷冻水量来满足他们自己的冷却需求。计算表明,改用区域供冷的客户可以将其运营成本降低多达 45%,其中包括大量的电力节省以及服务和维修费用。

区域供冷的安装成本也远低于单独的供冷系统。安装过程所需要的只是一个特殊的热交换器单元和泵,供客户冷却他们自己的中央冷却系统水,然后他们可以处理传统的冷却装置,开辟空间并减少用于冷却的电力消耗,哥本哈根能源部门经理 Jan Don Høgh 这样说道。 “这取决于客户冷却系统的效率,但到目前为止,我们已经看到成本节省了 10% 到 55%,”他又提到, “通常建筑物的 [单独] 中央冷却系统需要电机、泵、过滤器、冷凝器和冷却塔,可能需要 300 平方米,”Høgh说: “区域供冷装置没有活动部件,这意味着它不会产生噪音,而且它仅占用三到四平方米的面积,这在城市的这个地区很重要,那里的空间非常宝贵。”

哥本哈根能源的第一批客户之一,Berlingske 媒体公司,在从传统空调系统切换到区域供冷系统时增加了两个额外的员工停车位,并通过拆除车库中的齿轮获得了空间。更有优势的是,当冷却组件从屋顶上拆除时,它可以建造一个新的自助餐厅和会议室,可以欣赏到城市的美景。

区域供冷还可以减少排放。根据哥本哈根能源公司的计算,将区域供冷与 Kongens Nytorv 建筑物中各个供冷设备的能耗和排放数据进行比较,每年可节省 66% 的二氧化碳排放量、 62% 的二氧化硫 (SO2)排放量和 69%的氮氧化物 (NOx)排放量。

区域冷却厂设施使用两条已有 100 年历史的水泥管道,从 800 米外引入海水——这是工厂经济和环境核算的重要因素。当海水足够冷时(从 11 月到 4 月),它会在自然冷却装置中单独完成所有冷却工作(参见第 12 页的方框)。在一年中的其余时间,海水被用作压缩机冷却器冷凝器的冷却剂,这些冷却器使用氨作为天然制冷剂。

在夏季,也是冷却需求最高的时候,该工厂还使用吸收式制冷机,利用当地垃圾焚烧厂的废蒸汽运行,这一过程称为“吸收式冷却”。 “如果您将这些多余的热量视为纯粹的废物,那么吸收式制冷机几乎是 100% 的二氧化碳中性。”Høgh 在参观设施时说道。他必须大喊大叫才能在泵和机器的嗡嗡声中被听到,那里还有输送流动冷水的粗银管,像迷宫一般围绕着他。

哥本哈根能源公司的 12 兆瓦工厂于 2010 年 3 月开始生产。在 2009 年 12 月建设期间,哥本哈根联合国气候变化大会第 15 次气候大会的几个代表团前来参观,以观察如何减少用于冷却的能源消耗。高能耗建筑。就在最近,许多中国团体中的另一个来访。 “他们对区域供冷非常感兴趣,”Høgh 说。 “他们将其视为当今城市所拥有的超级替代品。”

在过去的 10 年中,对冷却的需求一直在不断增加,部分原因是 IT 和数据存储的使用越来越多。据哥本哈根能源公司称,其客户 40% 到 50% 的冷却需求实际上用于他们的服务器机房。 COWI 的工程顾问 Keld Almegaard 说,区域供冷技术可以在任何地方使用,但它只在某些关键条件下才有竞争力,他帮助哥本哈根工厂建成。 “它的大小必须至少为 10 兆瓦,而且附近有一个港口或水源或者能够使用废热会比较好,”Almegaard 说。

哥本哈根能源公司已经为启动区域供冷厂准备了一段时间,但直到 2009 年丹麦的立法框架才使得运行区域供冷系统成为可能。 “我们在丹麦看到了这方面的巨大潜力,”Høgh 说,“哥本哈根的另一座设施正在筹备中,另外六个可能用于建造设施的地点也正在规划中。区域供冷在一些欧洲城市已经取得了长达 15 年的成功——斯德哥尔摩的容量为 450 兆瓦,巴黎的容量为 550 兆瓦——而且,整个欧洲大陆的新项目正在筹备中。”

区域供冷还为业主提供了一种简单而经济的方式,以逐步淘汰使用氢氟烃或其他合成氟化含氟气体的制冷系统。这些是联合国、环保倡导者和消费者团体正在审查的破坏性温室气体(见第 6 页的故事)。丹麦要求到 2015 年完全淘汰这些传统的制冷系统。

“我们完全以客户为导向,”Høgh 说, “这是一个有竞争力的概念,我们可以在没有任何补贴的情况下减少二氧化碳排放。虽然它不能解决丹麦减少温室气体排放所面临的所有挑战,但这是实现目标的一步。”

使用现成的天然制冷剂的解决方案

阿法拉伐的解决方案使有害制冷剂转变为三种常见的环保天然制冷剂:二氧化碳、氨和碳氢化合物。

二氧化碳 (CO2):超市制冷系统越来越多地使用 CO2 作为制冷剂,以及在环境温度下冷凝或冷却气体。阿法拉伐制冷与暖通空调冷却部经理 Tommy Ångbäck 表示,该解决方案在较凉爽的气候中效果最佳。几家斯堪的纳维亚和英国的连锁超市现在使用二氧化碳作为一个标准的解决方案。 CO2 的物理特性要求制冷系统在传统制冷系统正常压力的五倍以上运行。

这对系统中的组件提出了新的挑战。阿法拉伐开发了全系列的热交换器来有效应对这些高压系统。用于 CO2 应用的换热器系列包括冷室空气冷却器和环境空气气体冷却器,以及用作 CO2 省煤器、蒸发器或热回收气体冷却器的钎焊板式换热器。

:根据 Ångbäck 的说法,现代氨制冷系统可提供良好的长期回报。与老式的管壳式氨系统相比,今天的板式换热器可以将较大的间接制冷系统中的氨量减少 10 倍或更多。

“我们已经为大型氨制冷设备提供了数以千计的带有焊接盒式半焊接板式换热器的紧凑、高效的解决方案,”Ångbäck 说。 “这些现在还可以处理更高的压力,以处理氨/二氧化碳两级级联系统,以提高低温应用中的能源性能。”较小的系统可以应用由 100% 不锈钢制成的 AlfaNova 熔焊板式换热器。 Ångbäck 说:“由于你只需要很少量的氨,所以整个系统就会更廉价、也更安全。”

碳氢化合物:碳氢化合物现在广泛用于家用制冷器具,以替代有害的制冷剂。更大的商业系统也可以使用丙烷作为制冷剂。 Ångbäck 说,阿法拉伐的铜钎焊板式换热器可以派上用场,在间接系统中将易燃丙烷气体量保持在尽可能低的水平,通常使用乙二醇溶液或液态 CO2 作为二次冷却剂。

智能系统带来高效冷却

哥本哈根能源的区域供冷厂容量约为 12 MW,基于三种不同的制冷原理——自然制冷、吸收式制冷和基于压缩机的制冷,这使其成为一个非常灵活且高效节能的系统。

阿法拉伐已向该工厂交付了七台板式换热器:一台钛板式换热器、三台蒸发器和三台冷凝器。哥本哈根能源公司的 Jan Don Høgh 表示,选择阿法拉伐换热器的原因是它们的“高效率和低压力损失”。此外,他还说:“阿法拉伐是知名的换热器供应商。”阿法拉伐钛板换热器用于自然冷却系统,从哥本哈根港抽取海水用于冷却区域冷却水。必须使用钛板以避免盐水腐蚀。当冬季海水温度低于5.5℃,制冷需求小于2400千瓦时,哥本哈根能源单独使用自然冷却系统来冷却区域冷却水;当海水温度在 5.5°C 至 11.5°C 之间时,热交换器用于对冷却水进行预冷,然后通过压缩机冷却系统将其冷却到所需温度。

哥本哈根工厂拥有三个这样的冷却系统,每个都包含一个阿法拉伐不锈钢蒸发器和一个阿法拉伐钛冷凝器,然后使用海水冷却冷凝器中的天然制冷剂氨。当海水温度高于11.5°C时,海水温度过高,无法进行自然冷却,冷水机将完成所有的冷却任务。

自然冷却系统非常节能,阿法拉伐丹麦销售经理 Alireza Rasti 解释说:“当海水冷到足以自行完成冷却工作时,您就不必运行压缩机,只要通过运行海水泵,您就只需消耗通常所需电力的一小部分。”

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客户的声音

我们完全以客户为导向。 这是一个具有竞争力的概念,我们可以在没有任何补贴的情况下减少二氧化碳排放。

Jan don Høgh, 哥本哈根能源公司