Het Waterfront Project: Een samenwerking tussen FirstLight Energy en Hysopt

Het Waterfront Project in Canada

Na de installatievan twee water-water warmtepompen (WW-WP’s) in het Granville-gebouw is het stoomverbruik van de faciliteit met ongeveer 50% verminderd. De eigenaar wilde, als onderdeel van zijn duurzaamheidsdoelstellingen, het potentieel van deze WW-WP's uitbreiden. FirstLight heeft samen met Hysopt een onderzoek uitgevoerd naar demogelijkheden van verschillende warmtebronnen om de prestaties van het bestaande systeem te verbeteren.

FirstLight stelde voor om Granville te verbinden met Burrard en of Howe, twee nabijgelegen gebouwen met overtollige restwarmte, en om daarnaast een buitengebruik gestelde thermische opslag van 1500 m³ te renoveren. De Digital Twin-technologie van Hysopt beoordeelde de haalbaarheid en bepaalde de beste hydraulische verbinding.

Het Waterfront Project onderzoekt de haalbaarheid van de energierecuperatie tussen drie hoge gebouwen in Vancouver (Canada) en laat zien hoe Hysopt heeft bijgedragen aan het kwantificeren van de energiebesparingsmogelijkheden en het optimaliseren van de prestaties van het HVAC-systeem. 

Doelstellingen:

1. Onderzoek de recente WW-WP integratie en identificeer het optimalisatiepotentieel voor het Granville-gebouw
2. Evalueer het energierecuperatiepotentieel met behulp van een thermische opslag (1500 m³) tussen de drie gebouwen Burrard, Granville en Howe
3. Onderzoek de vereiste leidingdiameters en vermogen van de platenwisselaars die zijn aangesloten op de thermische opslag

‍

Gebouwen:

1. Granville: Bestaande HVAC met WW-WP
2. Burrard: HVAC installatie met overschot aan warmtecapaciteit
3. Howe: Extra toevoeging om de prestaties verder te optimaliseren

‍

De Hysopt Simulator

De Hysopt Simulator is een dynamische simulatiesoftware die het werkelijke gedrag van HVAC-systemen repliceert met behulp van thermodynamische formules. Door echte hydraulische componenten en systeembesturingen te integreren, biedt de Digital Twin inzicht in de systeemprestaties en identificeert het optimalisatiemogelijkheden. De belangrijkste functies zijn onder meer:

• Dynamische simulaties: Nauwkeurige modellering van de warmte- en koudevraag gedurende eenvolledig jaar door toevoeging van GBS-trendgegevens
• Controle-integratie: Simulatie van GBS-controlestrategie en operationele scenario's
• Haalbaarheidsanalyse: Kwantificering van potentiële energiebesparingen en CO₂-reducties van het voorgestelde ontwerp

Deze digitale weergave maakt data gestuurde besluitvorming mogelijk, dit zorgt voor optimale systeemconfiguraties en investeringsplanning.

Granville warmterecuperatie

Om de CO₂-uitstoot te verminderen, werden WW-WP's geïnstalleerd in het Granville-gebouw. Deze eenheden dekken momenteel een deel van de verwarmings-en koellast van het gebouw. De extra verwarmings- en koellast wordt gedekt door respectievelijk met stoomwarmtewisselaars en koelmachines.

In het Hysopt-model werd gezien dat de WW-WP’s de juiste capaciteit hebben, maar niet in staat zijn om verwarming te leveren vanwege een gebrek aan koelingsvraag. Aangezien de WW-WP’s gelijktijdige verwarmings- en koellasten nodig hebben om te kunnen werken, wordt de warmteafgifte van deze WW-WP’s beperkt door de beschikbare koelingsvraag in de winter.

Om het aandeel van de WW-WP’s te verhogen en die van de stoomwarmtewisselaars te verminderen, moet in de winter extra koelingsvraag worden gecreëerd om langere bedrijfsuren van de WW-WP’s mogelijk te maken.

De Digital Twin maakt het mogelijk om de volgende oplossingen te onderzoeken:

• Optimalisatie van de bestaande luchtgroepen om extra koellast te creëren
• Implementatie van een bestaande wateropslag van 1500 m³ voor thermische opslag
• Aansluiting op het Howe-gebouw om extra koelvraag te creeëren

‍

Stoomreductiepotentieel met thermische energieopslag

Door de GBS-trends in Hysopt te visualiseren, werd een belangrijke mogelijkheid om energie te besparen ontdekt. Door een deel van de condensorenergie van het Burrard-gebouw te recupereren, die momenteel door een koeltoren worden afgeblazen, kunnen we het buffervat in de winter opladen om de extra koelingsvraag te dekken van Granville.

Aangezien Howe extra reserve-verwarmingscapaciteit heeft, kon met het Hysopt-model worden onderzocht of het Howe-gebouw ook op het buffervat moest worden aangesloten om de WW-WP-werking in Granville te maximaliseren. Als gevolg hiervan heeft het Hysopt-model geverifieerd dat Burrard alleen over voldoende reservecapaciteit van het condensor circuit beschikt om de WW-WP-warmte-injectie te maximaliseren.

Voordelen van thermische energieopslag:

• Een thermische energieopslag van 1500 m³ maakt energie-uitwisseling tussengebouwen
• Potentiële stoomreductie: 63-71%
• Vermindering van de CO₂-uitstoot: 63-70%

Verbeterde waterwater warmtepomp-werking:

• De toevoeging van een extra WW-WP in Granville zou het stoomgebruik en de uitstoot verder kunnen verminderen met 81%

Om de warmte van de condensor-zijde te gebruiken werd het vermogen van  de warmtewisselaars, debieten en vereiste leidingdiameters ontworpen met behulp van de Hysopt-software. De gedimensioneerde vermogens bepalen de hoeveelheid extra koellast die kan worden gegenereerd en hoe de CO₂-uitstoot en stoomverbruik mogelijk kunnen worden vermeden. De beslissing om het vermogen van de warmtewisselaar en leidingdiameters te verhogen zal resulteren in een extra CAPEX-investering. Deze afweging werd geobjectiveerd door de Pareto-analyse in Hysopt.

1. Vermindering van de stoomkosten:

• Jaarlijkse besparingen variëren van $108k tot $136k

2. Impact van de elektriciteitskosten:

• Het toegenomen gebruik van WW-WP en koelmachine verhogen beperkt de elektriciteitskosten 

3. CO₂-uitstoot:

• CO₂-reductiepotentieel van ongeveer 520 ton/jaar

‍

Conclusie

De studie toont aan dat de integratie van een thermische opslag en het optimaliseren van HVAC-configuraties de energie-efficiëntie aanzienlijk verbetert en de operationele kosten tot $136.000 per jaar verlaagt. Het sluit aan bij hun duurzaamheidsdoelstellingen, waardoor tot 520 ton CO₂ wordt bespaard per jaar. Verdere stappen omvatten het afronden van CAPEX-ramingen en een gedetailleerde thermisch opslag-implementatie.