Institute of Building Technology and Energy IGE Ernst Sandmeier Senior Research Assistant T direct 41 41 349 3730 ernst.sandmeierhslu.ch 低温供暖及制冷网络的能 量监测 Energy Monitoring of a Low-Temperature Heating and Cooling Network 中国建筑科学研究院代表团考察 Horw ，2019 年1 月11 日 Visit of a Delegation from CABR Horw, January 11, 2019 建筑技术与能源研究所 昂斯特 桑德梅尔 高级研究助理 电话 41 41 349 3730 ernst.sandmeierhslu.ch主要内容 Timeline 1. 介绍低温区域供暖及制冷 网络 Introduction on low-temperature district heating and cooling networks 2. 苏尔斯托夫区案例 The example of the district “Suurstoffi” 3. 为什么要进行能量监测 Why an energy monitoring 4. 苏尔斯托夫区总结及经验 Conclusions and lessons learned from the “Suurstoffi” district Slide 2, January 11, 2019 热力管网 Thermal networks 默认类型 Standard typology 高温管网 单向 High-temperature network unidirectional 新类型 New typology 低温管网 双向 Low-temperature network LTN bidirectional Slide 3, January 11, 2019 瑞士现有低温管网 Existing LTN in Switzerland 瓦伦湖度假中心Resort Walensee 位于Unterterzen 住宅 酒店 Residential bldgs, hotel 废热 Waste heat Campus KSA – BBZP Pfffikon SZ 26’000 m 学校 school 废热 地下储存 Waste heat underground storage 废水处理厂阿德利斯维尔供暖网络 ARA Wrmeverbund Adliswil 住宅 Residential bldgs. 废水 Waste water 供暖网络AMS Wrmeverbund AMS 混合 Mixed 废水 Waste water Reichle de Massari 韦奇孔 Wetzikon 16’000 m 混合 mixed 钻孔换热器 Borehole heat exchangers 废水处理厂乌斯特 ARA Uster 131 栋住宅 residential bldgs 废水 技术储备 Waste water technical storage 废水处理厂杜本多夫 ARA Dbendorf 混合 Mixed 废水 Waste water Richti 区 Richti Areal 200’000 m 混合 mixed 废热 地下储存 Waste heat underground storage 诺瓦泉 NovaBrunnen 混合建筑 Mixed buildings 地下水 Underground water 日内瓦湖区 Genve Lac Nation 840’000 m 混合 mixed 湖水 Lake water 苏尔斯托夫 Suurstoffi 红十字 Rotkreuz 132’000 m 混合 mixed 废热 太阳能板 地下储存 Waste heat solar panels underground storage Brig-Gils-Naters 电网 Anergienetz Brig-Glis-Naters 住宅 Residential bldgs. 废热 地下储存 Waste heat underground storage Visp-West 电网 Anergienetz Visp-West 160’000 m 住宅residential 废热 Waste heat 苏黎世联邦理工 ETH Hnggerberg FGZ 400’000 m 混合 mixed 185’000 m 住宅 resid. Bldgs. 废热 地下储存 废热 地下储存 Waste heat underground storage Waste heat underground storage 地热库 Freilager Albisrieden 绿色之城 Greencity 140’000 m 混合 mixed 170’000 m 混合 mixed 废热 地下储存 废热 地下储存 Waste heat underground storage Waste heat underground storage CAD La Tour-De-Peilz 300 栋房屋 混合 mixed 湖水 Lake water 楚格能源网络 Energieverbund Zug 350’000 m 混合 mixed 湖及地下水 Lake and underground water Slide 4, January 11, 2019 地面蓄热用于季节性平衡 Ground heat storage for seasonal balance 夏季 Summer 冬季 Winter 热泵 Heat Pump 热交换器 Heat Exchanger 热通量 Heat Flux 地热探测器 Geothermal Probes Borehole Field Depth 150 to 300 m 包含季节性储存的低温供 暖管网 LTN with seasonal storage 图片 Figure 由AmsteinWalthert AG 提供 Courtesy of AmsteinWalthert AG, 2014 生产者 Producers 用户 Consumers Slide 5, January 11, 2019 Borehole Field 低温管网 Low Temp. Network Borehole Field Depth 150 to 300 m 钻孔区 深度 150-300 m 钻孔区 深度 150-300 m苏尔斯托夫区 The Suurstoffi district - 低温区域供暖供冷管网 low temperature district heating and cooling network LTN - 自2012 年开 始 运行 in operation since 2012 - 低温热力管网将住宅建筑 ，办公 室和工 业建筑 （ 用 户和生 产者） 连接到 用作地 热储存 的钻孔换热器（215个，150米深 ） ，。 The LTN connects residential buildings, offices and industrial buildings consumers and producers to borehole heat exchangers 215 pieces 150 m depth, which act as a geothermal storage. - 最终，整个区域将包含大 约165‘000 平方米 的能源 参考区 域，将 有700 多个钻 孔用于 地 热储存，深度可达250米。 In its final state, the whole district will include approximately 165’000 m energy reference area and the geothermal storage will have more than 700 boreholes down to 250 m depth. Slide 6, January 11, 2019 苏尔斯托夫区 The Suurstoffi district 建筑区域2 Building field 2 19’540 m 2012 年开始运行 In operation since 2012 建筑区域5 Building field 5 27’250 m 2013 年开始运行 In operation since 2013 来源 Source 楚格地产 Zug Estates 管网示意图 Network scheme 钻孔热交换区域 Borehole heat exchanger field 215 个探测器 最终规模 Final state 2020165’000 m Slide 7, January 11, 2019 能源方案 The Energy Concept - 供暖和生活热水由连接到 低温热 力管线 上的分 散式热 泵提供 Heating and domestic hot water are produced by means of decentralised heat pumps, which are connected to the LTN. - 建筑物中制冷装置的废热重 新 作 为地热 储存。 Waste heat deriving from cooling installations in the buildings is used to regenerate the geothermal storage. - 安装在建筑物屋顶上的常 规太阳 能电池 板（PV ）和混 合太阳 能电池 板（PVT ）应 满足建 筑物运行的所有电力需求 （热泵 ，循环 泵，暖 通等） 。 Conventional PV and hybrid solar panels PVT installed on the roofs of the buildings shall cover the entire electricity demand for the buildings operation heat pumps, circulating pumps, HVAC, etc.. - 此外，太阳能板提供的额 外热量 应可以 装载地 面存储 器以进 行季节 性再利 用。 In addition, the PVT panels shall supply additional heat to load the ground storage for its seasonal regeneration. Slide 8, January 11, 2019 能源方案 The Energy Concept 通过热泵吸收热量 Uptake of heat through heat pumps 通过自由冷却进行蓄热 Thermal Storage through Freecooling Slide 9, January 11, 2019 夏季 Summer 冬季 Winter 太阳能发电 Solar Electricity 太阳能发电 Solar Electricity 储热 Thermal Storage 热输入 Heat Supply太阳能融入系统中 Integration of Solar Energy into the System - 现有传统太阳能电池板 Existing PV 2’700 m 蓝色 blue - 现有混合太阳能电池板 Existing PVT 3’500 m 红色 red - 规划中的混合太阳能电池板 Planned PVT 4’100 m 黄色 yellow Slide 10, January 11, 2019 混合太阳能板 PVT 红色 Red 传统太阳能板 PV 蓝色 Blue能量监测 Energy monitoring - 为了检验目标，低温热力 管网“苏尔 斯 托夫” 已被 监控至 少五年 。 In order to verify the objectives, the LTN “Suurstoffi” is being monitored for at least five years. - 在现有的建筑物区域2 和5 上设置 了超过300 个数据 点，每 隔15分 钟测量 每个热 量和功 率 通量以及温度变化。 Every heat and power flux as well as temperature change are measured in a 15 minutes interval resulting in more than 300 data points over the existing building fields 2 and 5. - 自2012 年 起卢塞 恩技术 与建筑 学院已 经进行 数据分 析测量 The Lucerne School of Engineering Architecture has been analysing the measured data since 2012. - 结果定期与用于网络设计 的原始 计算进 行比较 。 The results have been regularly - compared with the original calculations - used for the network design. Slide 11, January 11, 2019 比较计算 ↔ 测量 示例 Comparison Calculations ↔ measurements example Slide 12, January 11, 2019 热泵用电 Electricity for heat pumps 管线泵用电 Electricity for network pumps 热泵供暖 Heating from heat pumps 热泵热水 Hot water from heat pumps 电加热热水 Hot water from electric heating 自然冷却 Freecooling 16C 建筑辅助设备用电 （循环泵，电加 热 ） Electricity for building auxiliaries circulation pumps, electric heating, [ 千瓦时] [kWh] 运营一年计算值 Calculations for the 1 st year of operation 2013年10月1 日至2014 年9 月30 日 测量值 Measurements from Oct. 1 st 2013 to Sept. 30 th 2014 第一年运营入局的计算值 与测量 值比较 Comparison between calculations and measurements for the first year of operations fields 2 and 5Slide 13, January 11, 2019 比较计算 ↔测量 ↔建模 Comparison Calculations ↔ measurements ↔ simulations [ 千瓦时/ 平 方米* 年] [kWh/m 2 *a] 设计计算基于瑞士工程师 与建筑师协会（SIA ） 380/12009 温度 20C, 自然通风 Design calculations based on SIA 380/12009 Ti20C, natural ventilation 运行第二年测量 （包括气候修正） Measure 2 nd year of operation incl. climate correction 建模 气温20度，机 械通风（30立 方米/ 小时/ 房间 ） Simulation Ti20 C, mechanical ventilation 30m 3 /h/room 建模 气温22度，机 械通风（30立 方米/ 小时/ 房间 ） Simulation Ti22 C, mechanical ventilation 30m 3 /h/room 建模 气温24度，机 械通风（30立 方米/ 小时/ 房间 ） Simulation Ti24 C, mechanical ventilation 30m 3 /h/room 建模 气温23度，机 械通风（40立 方米/ 小时/ 房间 ） Simulation Ti23 C, mechanical ventilation 40m 3 /h/room 运行第一年测量 （包括气候修正） Measure 1 st year of operation incl. climate correction 百分比变化 Variation in percent “苏尔斯托夫”区住宅楼的地 板采暖 需求 设计计算，测量和模拟结 果之间 的比较 Demand for floor heating in a residential building in the district “Suurstoffi” Comparison between design calculation, measurements and simulation results苏尔斯托夫能源监测优点 Energy Monitoring in Suurstoffi Benefits 在“ 苏尔斯托夫” 项目中再次 证明了 监测的 重要性 The importance of monitoring has been demonstrated once more in the project “Suurstoffi” - 将测量结果与计算结果进 行比较 ，以识 别规划 中的错 误。 The measurement were compared with the calculations in order to identify planning errors. - 计算的和有效的能量需求 差会作 为计算 新建筑 区域的 基础， 以减少 进一步 的误差 。 The gap between the calculated and the effective energy demand was used as a basis for the calculations of the new building areas in order to reduce further errors. - 对项目的监测是热力管网 领域未 来项目 的重要 数据库 和基准 。 The monitoring of the project constitutes an important data base and benchmark for future projects in the field of thermal networking. - 真实数据用于校准热力管 网的建 模。 A simulation model of thermal networking could be calibrated with real data. Slide 16, January 11, 2019 总结 Conclusions - 项目规模 Project size - 新技术 New technologies - 技术的相互依赖性 Interdependencies of technologies - 持续发展 Ongoing development - 利益相关者的数量 Amount of stakeholders - 监测产生的大量数据 Monitoring producing big amount of data - 缺乏经验知识 Lack of experience and knowledge - 缺乏市场准备的监控解决 方案 Lack of market-ready solutions for monitoring 高复杂性 High complexity 规划和运营的专业监 督起着核心作用 Professional supervision of planning and operation plays a central role 绩效差距 Perance gap 用户行为 Users’ behaviour 单一的技术方法（模拟和监测） 是不够的 Solely technical approaches simulation monitoring are not sufficient 缺乏流程定义/ 运营阶段的组织 Lack of process definition / organisation of operation phase Slide 17, January 11, 2019 没有组织监测过程 就没有结论 No consequences without organisation of the monitoring process 经验 Lessons learned 系统设计 Systemic design 精心设计的监控流程 Well engineered monitoring process - 每一步定义 Define every step 定义过程 Defined process - 确定目标 Define goals - 明确参与利益相关者的角 色 Clear roles of involved stakeholders - 责任链 Chain of responsibilities - 评估过程 Assessment process - 适应性 Adaptive - 信息流通/ 良好的交 流 （还向居住者提 供信息） Ination flux / good communication also provide ination to the occupants 技术方面 Technical aspects 组织方面 Organisational aspects - 确定关键指标 Identify key-indicators - 收集数据 Data collection - 数据分析 Data analysis - 确定基准点 Benchmarking - 制作报告 Reporting - 说明 Interpretation - 优化 Optimisation - 验证 Verification Slide 18, January 11, 2019 致谢 Acknowledgements Prof. Matthias Sulzer Dr. Thomas Schluck 这项研究得到了楚格地产，瑞士联邦 能 源办公室以及SCCER FEEB ＆D 在内的 CTI 能源融资计划的财政支持。 This research has been financially supported by Zug Estates, the Swiss Federal Office of Energy and the Energy Funding Programme of CTI within the SCCER FEEBD. 更多信息 Further ination at www.sccer-feebd.ch