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据悉,英国伦敦的威斯敏斯特地区计划建设一项地下热网工程,将通过热泵技术和一个管道网络,从泰晤士河、伦敦地铁和伦敦下水道中捕获热能,随后将这些热能通过供热管道输送到各建筑的中央供暖系统中,其中包括英国国会大厦和国家美术馆等大型场所。目前,该计划已获得了10亿英镑投资,并将由Hemiko和Vital Energi两家能源公司组成的联营体实施。
如同水泵将水从低处送到高处一样,热泵可以实现将热量从低温态传递到高温态。在实际应用中,仅需消耗少量的能源,就可以得到较大的供热量,从而有效地把原本难以应用的废热能源利用起来。
地铁废热采集
目前,伦敦地铁的Angel站和Old Street站已经安装了部分废热回收系统,这些系统主要通过地铁通风井采集废热。据估算,该系统能够同时满足1 350套住宅、2个休闲中心和1所小学的供热需求。除了供热外,这套系统还能够向隧道内供应冷却空气。系统具有抽气和供气2个模式,当在供气模式下运行时,其会从环境空气中回收热量,环境空气在此过程中会被冷却,然后再供应给隧道;当在抽气模式下运行时,系统会利用隧道空气作为热源,不会向隧道提供冷却后的空气。
河流和下水道废热采集
在欧洲各地,从城市废水中采集热能的案例并不少见。在荷兰拉尔特(Raalte)和法国巴黎,都已有利用热泵采集下水道污水中热量为泳池供热的案例;在瑞士、挪威和英国的苏格兰地区也有使用相同方法为居民社区进行小规模供热的案例。目前,该项技术大规模应用的主要问题是: 需要对现有排水管道和污水处理系统进行批量改造,且运营较为复杂,需要在下水道底部安装标准化的不锈钢热交换器,运营期间设备需要定期维护;而在新建或大规模改造下水道的情况下,使用内置热交换器的预制构件可能是更好的方案。
热输送和储存
在采集废热为城市供热的过程中,热能输送和储存设施同样是不可或缺的。为了减少储存和输送过程中的热量损失,这些地下设施和隧道通常对埋深和衬砌设计都有较高的要求。
面对地下设施的施工难度和成本问题,一些技术人员提出了利用自然含水层作为储热设施的设想。这一设想最初在德国汉堡市规划建设地下储热设施时提出。汉堡市位于2个砂质含水层之上,2个含水层中间有1层几乎不透水的黏土层(紫色),完全将2个砂质含水层隔开。在该设想中,黏土层下方的含水层将作为储热设施,废热通过专门建设的竖井输入黏土层下方的含水层中进行储存,需要使用时,再通过竖井抽取出来。按照这种方法,可实现理论无上限的蓄热能力。当然,地下含水层的储热能力不及人工建设的地下储热设施,会损失约1/3的热量。但研究人员认为,这是可以接受的。蓄水层的温度将介于70~80 ℃,二次加热后,就可以满足城市的供暖需求。