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5GDHC 第五代區供暖及供冷系統,邁向永續城市

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5GDHC(5th Generation District Heating and Cooling system) 是針對多個不同冷熱需求的建築物或區域,整合其他可再生能源,透過高(低)溫兩組水路循環,建構成雙向供冷供熱與分散的儲能與熱交換系統。主要優點在於可緩衝不平衡的冷熱需求,並大幅提高可再生能源或廢熱的利用率。

5GDHC 應用原理

5GDHC 主要運作方式

歐洲等溫帶地區的區域供熱需求遠比制冷需求高。 5GDHC除了使用常見的地熱源及水源,亦納入風力、太陽能等發電單元加入5GDHC網路,透過供應電廠冷卻水源進而交換穩定熱源至網路中。

  • 透過高(低)溫兩組水路循環將多個區域納入相同網路,分別提供約15~25°C溫水及5~15°C左右冷水,並在終端用戶(如區域住宅)附近設立中繼站。

  • 在每個中繼站安裝水源式熱泵/水冷式冰水機/熱交換機組等。

  • 以採用水源式熱泵為例,此中繼站依終端用戶冷熱需求狀況分為兩組情境
    熱需求:熱泵蒸發器從冷水網路獲取熱能,  另一面將溫水透過熱泵冷凝器升溫, 提供區域供熱使用。
    冷需求:熱泵冷凝器將熱散至溫水網路, 另一面將冷水透過熱泵蒸發器降溫, 提供區域供冷使用。

  • 以此循環可提升能源利用率,將民生用水中多餘的冷水提供予發電廠降溫,並將發電廠產出的廢熱回收予終端用戶使用。

區域供暖/冷規劃 - 以瑞典國家為例

瑞典溫度住家商辦工廠風力發電太陽能製熱季節性儲能
夏季12~22°C

熱需求(少)

熱需求(少)

廢熱(多)

廢熱(多)

廢熱(多)

儲熱
冬季3~12°C

熱需求(多)

熱需求(多)廢熱(少)廢熱(少)廢熱(少)儲冷

5GDHC與硬銲型板式熱交換器 BPHEs 應用說明

  • 如前所述,建立一個完整的5GDHC網路需要裝設許多中繼站,而中繼站常見採用水源式熱泵或是相關熱交換機組,因而大幅提升板式熱交換器的需求。

  • 發電廠的廢熱若要有效利用,亦需設計熱回收系統,此也有助於相關熱交換器的需求。

  • 部份終端用戶為達到理想的冷熱或水質管理,需建置內循環獨立水系統,均可增加許多板式熱交換器的應用機會。

應用於家用的5GDHC系統

部份民生用水需保持高品質水源,須使用BPHE將外部水源與潔淨水源熱交換並同時保持用水水質純淨。

KAORI 5GDHC_Residential Application

應用於商用5GDHC系統

硬銲型板式熱交換器為商用液冷伺服器冷卻系統(CDU)中不可或缺的主要元件,可有效地將CDU中的高溫不導電液透過外部冷卻液作有效降溫,以有效發揮伺服器的最佳效能。
KAORI 5GDHC_Commerical Application

應用於工業5GDHC系統

水源熱泵是5GDHC系統中最關鍵的元件之一,而5GDHC系統中的各種熱泵皆使用BPHE作為其主要熱交換器元件。

KAORI 5GDHC_Industrial Application

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