将太阳能和热泵集成到建筑物中(将太阳能和热泵集成到建筑物中的作用)

太阳能热泵集成到建筑物中

SunHorizon项目由欧盟地平线2020研究与创新计划资助,旨在开发集成热泵(热压缩、吸附和可逆)和先进太阳能收集技术(光伏、热能和混合)的解决方案,以提供和满足住宅和三级建筑的供暖和制冷需求。在项目期间,在不同欧盟国家(德国西班牙比利时拉脱维亚)的八座示范建筑中设计并实施了五种技术包(TP),涵盖了欧盟的不同气候和建筑类型:小型和大型住宅建筑(公寓楼)和三级建筑(公共建筑和体育中心)。

将太阳能和热泵集成到建筑物中(将太阳能和热泵集成到建筑物中的作用)

SunHorizon已经展示了太阳能和热泵技术与技术准备水平(TRL)7的创新耦合

此外,还创建了一个基于云的监控平台,用于数据分析和算法和工具的开发,用于预测性维护和优化TP管理。这两种技术的这种耦合可以降低二氧化碳排放量,降低能源费用,并更加独立于化石燃料。该项目展示了八个住宅和非住宅建筑的案例研究,其中SunHorizon技术已经过测试。

该项目在不同类型的建筑物和不同的气候中安装了SunHorizon TP(技术包),以评估气候和能源市场解决方案,以评估技术包(TP)的技术经济可行性评估。硬件和智能监控和管理工具已在不同的环境和国家进行了测试。此外,还将在欧盟开展为期18个月的示范活动,以监测两个供暖季节,以达到基准目的。

SunHorizon项目联盟拥有来自11个欧洲国家的20个合作伙伴。它由RINA(意大利)协调,并有西班牙成员:CARTIF基金会,威立雅,San Cugat del Vallés市议会和马德里市政住房和土地公司。

研究的主要支柱

SunHorizon解决了三个主要的研究支柱,这些支柱相互作用以实现,演示和复制项目目标:SunHorizon技术的优化设计,工程和制造,热和冷却(H&C)的智能功能监控,以及基于KPI的管理和演示。该项目还开发了一个基于云的功能监控平台,该平台将用作“性能数据库”。事实上,它将有助于开发数据驱动的关键绩效指标 (KPI),以优化预测性维护的算法和工具,改善管理以最大限度地提高太阳能利用率,并为制造商提供输入以规划新安装。

根据欧盟的供暖和制冷战略,需要节能和低碳或零碳技术的大规模示范项目,通过提供可靠的数据来评估其在每个细分市场的表现,以帮助减少技术和市场障碍。

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SunHorizon展示了如何将欧盟家庭中最常用的技术结合起来,用于不同欧洲建筑的供暖和制冷(H&C),包括西班牙的几座建筑。

为此,SunHorizon的目标是成为一个创新项目,包括20个合作伙伴和欧洲不同地点的专业知识。

事实上,研究和测试活动的重点是降低系统成本和提高性能,以及优化加热和冷却应用的现有技术以及一些最有前途的细分市场。

SunHorizon项目中实施的技术

该项目为样本建筑提供了五种不同的技术组合,称为技术包(TP),这些技术组合结合了下面列出的技术。事实上,SunHorizon的主要目标之一是引入技术创新,这些创新首先在实验室规模上得到验证,最终在实际演示应用中得到验证。具体来说,TP已经在8个地点(9座建筑物)进行了SunHorizon演示测试。

示范建筑配备了五种不同的技术组合:Farenheit Heat Pumps、BDR Thermea Group 和 BoostHEAT;太阳能技术 TVP Solar、BDR Thermea Group 和 DualSun 以及存储:Ratiotherm 和 BDR Thermea Group。事实上,太阳能和热泵技术的集成旨在满足建筑物的整个供暖和制冷(H&C)需求,以最大限度地提高太阳能的自用性并确保足够的内部舒适度。

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SunHorizon将热泵和太阳能技术相结合,以实现更高的能源效率,并减少二氧化碳排放和能源费用。

SunHorizon的五个技术包(TP)是:带有高真空电池板的燃气热泵,带有升级PVT太阳能电池板的另一种燃气热泵,带有高真空太阳能电池板的吸收压缩混合冷水机组,增强型PVT太阳能电池板辅助盐水热泵,以及带有高真空太阳能电池板的混合吸收压缩冷水机组。

这些技术已使用基于云的功能跟踪平台进行适当管理,该平台具有需求预测、主动和预测性维护工具或混合高级控制器(由智能用户界面支持)等服务。这些服务有助于最大限度地利用太阳能,并为制造商提供新安装设计的信息。

SunHorizon的五个TP

TP1 由并联集成的 TVP 太阳能集热器组成,以覆盖大部分供暖需求(供暖和生活热水)和 BH 以覆盖非太阳能时段。通过分层系统,最大限度地利用太阳能热量。TP1 已应用于德国柏林的一栋公寓楼。

TP2 具有 DS PVT 面板,其热输出有助于 BH 蒸发器并满足预热需求,从而提高了 HP 的性能。此外,电力需求由光伏发电覆盖。该 TP2 已应用于德国纽伦堡的一栋公寓楼和拉脱维亚里加的两栋单户住宅。

至于 TP3,它有 TVP 集热器来满足冬季的供暖需求,而在夏季,太阳能生产以华氏度驱动吸附冷却器,以满足空间的冷却需求。TP3 已应用于 Sant Cugat del Vallès(西班牙)的一栋三级建筑,取代了目前安装的电动恒速 HP。

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TP3 和 TP4 两种技术包的示例,它们结合了多种技术以提高能源效率。

TP4 已应用于西班牙马德里的示范建筑,基于 BDR 的可逆 HP、双太阳能热电生产和多功能储热。在马德里,一栋由 9 套公寓组成的建筑,BDR HP 水/盐水的 COP 受益于 DS 混合 PVT 面板的热能和电力;而 HP 空气/水用作备用。电力生产涵盖了热泵的消耗和家庭的需求。

TP5 由 TVP 太阳能集热器、RT 高分层储罐、FAHR 混合冷水机组和 BH HP 热组成。TVP产生的热水储存在高层RT罐中,为吸附入口提供高温,并为DHW和空间加热提供高温。FAHR 混合冷却器产生的冷冻水储存在一个较小的水箱中,然后输送到空间的冷却系统。在冬季,TVP 预热的水被输送到 BH 装置,必要时,BH 装置对其进行加热以满足供暖和 DHW 的需求。

结果

该项目的技术合作伙伴(CEA、CARTIF、CNR/ITAE 和 RINA)估算了 8 个示范者(共 9 座建筑物)的能源需求。他们使用Trnsys软件,校准到他们每月的燃气和电费账单中。SunHorizon演示者在欧盟不同操作环境(TRL 7)中演示了优化且具有成本效益的H&C组件及其耦合(即技术包):寒冷天气(C):里加(拉脱维亚),柏林纽伦堡(德国);平均气候(A): 马德里(西班牙)和克卢日-纳波卡罗马尼亚);温暖的气候 (O): San Cugat del Vallès (西班牙).

该项目还评估了能源市场的不同解决方案:小型和大型住宅(单户住宅和公寓楼)、三级建筑(公共建筑、体育中心)。示范案例的空间分布,以及对最常见的住宅和第三级建筑类型的考虑,将确保在整个欧盟快速轻松地复制SunHorizon的结果。

将太阳能和热泵集成到建筑物中(将太阳能和热泵集成到建筑物中的作用)

下表显示了从每个技术包中提取的详细性能。

TP1 到 TP4 已在不同地点进行了测试,而 TP5 仅在三个地点和两种类型的建筑物(三级楼和公寓楼)中进行了模拟模式测试。

随着这些解决方案的发展,欧盟最终用户将获得以下主要好处:通过测试暖通空调技术的成本效益来减少对化石燃料的依赖(降低10-20%的资本成本,降低高达25%的运营成本); 节省一次能源,减少能源费用(80%的空调自用)和减少温室气体排放(高达60%)。

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