250 57th West Street
New York County
Luft-til-vand varmepumper anvendes til et vandbaseret varme- og kølesystem for øget effektivitet
En to-trins tilgang, faset for at optimere den nuværende bygningsinfrastruktur og budget, gør det muligt for en stor kommerciel bygning at bruge varmepumpeteknologi til at reducere emissioner og forbedre effektiviteten.
250 West 57th Street er en blandet kommerciel ejendom med mere end 500,000 kvadratmeter butiks- og kontorlokaler. Den har to sunde bygningscertificeringer (WELL Health Safety, Fitwel) og en nylig ENERGY STAR®-vurdering på 76.
Bygningen ejes af Empire State Realty Trust (ESRT), en leder inden for energieffektivitet, bæredygtighed og sunde bygninger.
NYSERDA Program: FlexTech
Beliggenhed: Manhattan
Type: Erhverv/ detail + kontor
Størrelse: 527,600 sq ft
Projektmedlemmer: ESRT og Buro-Happold
System udskiftet (fase 1): Dampkedelanlæg
Nyt system (fase 1): Luft-til-vand varmepumper & opvarmning af varmtvandsstige
Forventede årlige naturgasbesparelser (slutningen af fase 1): $80,000 og 6,220 MMBTU
Forventede årlige CO2-besparelser (slutningen af fase XNUMX): 300 tCO2e
Da ESRT ansøgte om NYSERDAs FlexTech-program, ønskede det at udvikle en business case for emissionsreduktion. ESRT havde også en liste over mål for et energiledelsesteam, der omfattede: en omfattende eksisterende systemundersøgelse; en evaluering af bygningens potentiale for net-nul veje og tilhørende tekno-økonomisk gennemgang; en analyse af effektiviteten af en helbygningstilgang; og mere.
Nuværende systemer + udstyr:
De hydroniske (vandbaserede) varme- og kølesystemer omfattede en blanding af teknologier og komponenter. Nogle komponenter havde nylige installationsdatoer, mens andre bevægede sig mod slutningen af deres levetid.
Kølesystem:
- Central køleanlæg
- Køletårne med celler (forbruger 7 % af den samlede bygningsenergi) – installeret 2015
- To 325 tons vandkølede kølere – installeret 1999
Varmesystem:
- Naturgas-til-dampkedelanlæg (forbruger 38.8% af den samlede bygningsenergi)
- To lavtryks dampkedler - installeret i 1996 og 2003
- Damp perimeter radiatorer
- Elektriske enhedsvarmere
Energiundersøgelsen (vurdering)
ESRT valgte Buro Happold (BH), en Flextech-konsulent, til at udføre energiundersøgelsen. Undersøgelsen, der begyndte i foråret 2021, omfattede besøg på stedet, bygningstest, vurdering af elektrisk infrastruktur og dokumentationsgennemgang.
BH udpegede fire primære udfordringer:
- En naturgaskomponent - en kilde til emissioner og ineffektivitet - ville skulle udskiftes.
- Begrænset kapacitet i det eksisterende centrale anlægssystem, som er sammensat af vandkølede kølere installeret i 1999, og køletårne installeret i 2015.
- Næsten hundrede lejere, der ville kræve opvarmning/køling eftermontering med minimal forstyrrelse.
- Budgetmæssige overvejelser.
Hvorfor bruge luft-til-vand varmepumper på 250 West 57th Street?
I stedet for at erstatte de eksisterende vandkølede kølere i naturalier, blev luft-til-vand varmepumper valgt. Den kritiske fordel ved luft-til-vand varmepumper er, at de tilbyder en højere varmeydelse for hver enhed energiinput sammenlignet med elektrisk modstand og traditionelle brændstofkilder. AWHP'er overfører energi, ikke genererer den.
I dette tilfælde løser AWHP'er flere problemer.
De:
- imødekomme et øjeblikkeligt behov for yderligere kølekapacitet
- gøre det muligt for bygningen at skifte væk fra at installere hybride direkte ekspansionsenheder (DX) på lejers etager til køling efter arbejdstid, hvilket eliminerer behovet for en kølesystemdriftsingeniør
- give en kulstoffattig løsning til opvarmning i køligere vejr
- forbedre centralanlæggets modstandsdygtighed
Den nye varmepumpeinstallation vil blive knyttet til det eksisterende kølevandssystem samt et nyt varmtvandsstigrør. Selvom det vil tage flere år for lejerne at binde sig helt ind i det nye varmtvandsstigrør, efterhånden som indretningen er færdig, vil varme fra varmepumperne stadig kunne udnyttes på dag 1, fordi det eksisterende kølevandssystem vil blive omdannet til en skiftesystem, som tillader opvarmning via de eksisterende AHU-kølespiraler.
De fem AWHP'er, der forventes i løbet af 2024, bærer en betydelig belastning:
- Køling: 55.4 tons hver, 277 tons i alt
- Opvarmning: 569.4 MBH hver, 2,847 MBH i alt
HURTIG FAKTA:
Luft-til-vand varmepumper vandt EPAs "emerging technology"-prisen i 2019.
1: Eksisterende system
Muligheder for elektrificering
- Køletårne på taget distribuerer CDW til kælderkøleanlægget.
- Chillere bruger CDW til at generere CHW, der går til lejerens AHU'er til indblæsningsluft ved 55°F.
- VAV'er (variabel luftmængde) betjener tilluft fra den konditionerede luft fra AHU'er, uden mulighed for yderligere zonetemperaturregulering.
- Dampkedler genererer damp til at distribuere til perimeter dampradiatorer til opvarmning af lejers rum
Et skema over det eksisterende varme/kølesystem. (Kredit: Buro Happold. Brugt med tilladelse.)
Fase-1 anbefalinger
I november 2021 fremlagde BH energiledelsesteamet sin to-fasede anbefaling. Fase XNUMX inkluderede:
- tagmontering af fem modulære luft-til-vand varmepumper
- en ny opvarmning til varmt vand
- elektrisk stigrørsinstallation for at rumme fase to AWHP elektrisk forbindelse
De fem varmepumper vil blive integreret i den eksisterende og nye vandbaserede infrastruktur. De ville forvandle hovedstigrøret til kølet vand til et dobbelt temperaturskiftesystem, arbejde med eksisterende luftbehandlingsenheder (AHU'er) og udligne en procentdel af belastningen af dampopvarmning og kølevandskøling på "Dag 1."
Lejers HVAC-opgraderinger vil omfatte sammenkobling af VAV-systemet i det nye varmtvandsrør for at elektrificere bygningen fuldt ud. Andre gradvise opgraderinger, der blev anbefalet - som omfattede offentlige rum, belysning og bygningsskærm - kunne ske på rullende basis, når lejemålene vælter.
2: Foreslået System Dag 1 Drift
Opvarmning til eksisterende AHU-spiraler for at reducere dampforbrug natten over HHW-haner på hver etage for fremtidig tilslutning til VAV-varmeflader
- ASHP'er giver HHW-funktioner til lejers AHU'er ved at trykke på CHW-stigrøret.
- AHU'ers kølespiraler har nu dobbelt temperatur og kan levere varm luft, der spænder fra 55-75°F, til VAV'erne.
- Dampkedler og radiatorer vil kræve mindre brug og kapacitet, da delvis opvarmning vil blive leveret fra AHU'erne.
Et skema over operationer på dag 1. (Kredit: Buro Happold. Brugt med tilladelse.)
Fase-to anbefalinger
Fase 2030 planlagde installation af yderligere luft-til-vand varmepumper på taget i XNUMX. Når de er færdige, vil varmepumperne overtage den vandbaserede infrastruktur, bære den fulde varme-/afkølingsbelastning og eliminere behovet for den eksisterende køler og kedel.
Denne tofasede plan blev godkendt i december 2023.
3: Foreslået system m/ VAV-genopvarmning
Nye lejerindretninger skal VAV-genopvarmes og tilsluttes nyt HHW-stigrør
- HHW-hanerne fra HHW-stigrøret i brandtårnet forbindes til lejers VAV-genopvarmningsspiraler.
- Dampkedler og radiatorer vil kræve endnu mindre brug og kapacitet, da opvarmning hovedsageligt vil blive leveret fra ASHP'er til lejers AHU'er og VAV-genopvarmning. VAV'er kan yderligere justere AHU-tilførselsluften til temperaturer mellem 55-85°F.
- Elektrificering kommer fra mindre afhængighed af dampsystemet og køleanlægget.
Et skema, der viser VAV-spoler, med nedsat afhængighed af dampsystemet. (Kredit: Buro Happold. Brugt med tilladelse.)
Forfølgelse af Net-Zero
ESRTs arbejdsdefinition af eksisterende bygninger med netto-nul har tre dele:
- Reducer bygningens driftsmæssige emissioner drastisk
- Partner med et net med vedvarende indkøb, der er tilpasset New Yorks Climate Act
- Udligne resterende emissioner gennem ren energiproduktion og/eller vedvarende energicertifikater (REC'er), der bruger en gennemsigtig regnskabs- og rapporteringsproces
Efter disse trin vil ESRTs netto årlige CO2-udledning af bygningsdrift - når de to faser er afsluttet - være lig nul.
Derudover vil ESRT-porteføljen inden 2035 målrette netto-nul-emissioner gennem en 80% operationel reduktion af kulstof. Dette vil blive opnået gennem en kombination af energieffektivitetstiltag, et mere vedvarende energiforsyningsnet, en 20 % offset med off-site ren energiproduktion og REC'er.
Erfaringer
Holdet gav et par tips til andre, der var forberedt på at indfase ren energiopgradering:
- Når der opstår muligheder eller behov for at udskifte udstyr, så brug muligheden for at fremme kulstof- og energieffektivitet.
- Strategisk tid kulstof- og energieffektivitetsforbedringer baseret på levetiden af eksisterende udstyr. Dette forbedrer tilbagebetalingen og ROI af disse forbedringer på grund af de lave trinvise omkostninger sammenlignet med erstatning i naturalier.
NYSERDA Flexible Technical Assistance (FlexTech)-programmet understøtter New York State kommercielle, industrielle og multifamilie-kunder ved at give en omkostningsandel for troværdige, objektive tekniske assistancetjenester. Disse tjenester kan omfatte, men er ikke begrænset til, målrettede eller omfattende energiundersøgelser, undersøgelser efter idriftsættelse, undersøgelser af elektrificering/elektrificeringsberedskab og energimasterplanlægning.
En oversigt over støtteberettigede omkostningsdelte tjenester og servicedefinitioner kan findes på FlexTech Dokumenter og ressourcer side.
Dette casestudie er baseret på de tjenester, der leveres og grafik, der er skabt af Buro Happold Consulting Engineers PC
Opdag, hvordan du kan reducere energiomkostningerne og inkorporere ren energi.
Besøg NYSERDA's FlexTech program at lære mere.