CN102027299A - 建筑物的加热和冷却网络 - Google Patents

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Abstract

一种对多于一个房屋分别进行加热和冷却的装置，其中至少两个小房屋(1)被连接到地面(25)中的公共能量储藏装置(2)，并且控制装置(3)被设置成在连接到能量储藏装置(2)的管道(4)中输送热载体。本发明的特征在于：每个小房屋(1)被设置成具有分离的各自的热泵装置，并且每个热泵装置被连接到管道(4)，从而首先热载体能够流过热泵，其次小房屋(1)被相对于彼此并行地连接到管道(4)。

Description

建筑物的加热和冷却网络
技术领域
本发明涉及一种用于多个小房屋的加热和/或冷却的方法和装置。
背景技术
现今，通常对于小房屋使用所谓的地热加热，也就是通过连接到在地面中循环的热载体的热泵加热。在某些情况下，这种布置在夏季也用于小房屋的冷却。
这种地热加热布置的常见问题是钻孔(也被称为能量井)周围的地面，在加热操作期间有比所需更凉的风险，当冬季加热操作期间作为热载体的地面局部温度过低时负面影响该布置的效率，使钻孔冷却。
当进行新的安装时，在给定区域内更多小房屋的所有者安装地热时考虑规定距离变得越来越困难，其中规定距离是通常相邻两钻孔之间约30米，以便不会对彼此造成热的负面影响。例如，这可导致在建筑物稠密的区域中地面的总体冷却，这又降低了该布置的效率。
为了避免这些问题，可能安装一个几个所有者公共的地热加热布置，该布置使用一个或几个公共钻孔。这种方式能够实现对孔或多个孔中热载体的流动的改进的控制，从而可减轻上述问题的影响。
这种系统可包括中央加热泵，热量或冷量以远程加热或远程冷却的方式从该加热泵分配到连接的所有者。
然而，这种系统在任何一时间仅允许加热或冷却操作。例如，这意味着必须安装分离的系统，以便同时提供连接的所有者的室内空气的冷却和自来水的加热。这也是如果某些房屋所有者希望加热室内空气，同时其它人希望冷却空气的情况，例如当室外温度接近20度时，有时可能假想这种情况。
而且，中央热泵和分配布置的安装和维修是昂贵的。
发明内容
本发明解决了上述问题。
因此，本发明涉及一种对多于一个房屋分别进行加热和冷却的装置，其中至少两个小房屋被连接到地面内的公共能量储藏装置，其中控制装置被设置成在连接到能量储藏装置的管道中输送热载体，其特征在于，每个小房屋被布置成具有分离的各自的热泵装置，每个热泵装置被连接到管道，从而首先热载体能够流过热泵装置，其次小房屋相对于彼此并行地连接到管道。
附图说明
下面，将参考本发明的典型实施例和附图详细描述本发明，其中：
图1是说明根据本发明的小房屋和能量储藏装置的区域的说明性简图。
图2是更详细地示出根据本发明的能量储藏装置的说明性简图。
图3是更详细地示出根据本发明的热泵装置的说明性简图。
具体实施方式
在图1中，示出多个小房屋1，所有小房屋都连接到公共能量储藏装置2。小房屋1的数量可以改变，但是为了实现本发明的目的，至少两个小房屋必须连接到能量储藏装置2。此外，本发明的发明人已公开了以特别有效的方式使用单个公共能量储藏装置2能够加热和/或冷却约10-100数量的平均大小的小房屋或相应建筑容积。
能量储藏装置2包括多个例如通过钻孔的方式布置在地面中的孔。考虑这种安装伴随的干扰和在随后的维修期间进入的可能性，能量储藏装置2可被建造在适当的位置。优选地，能量储藏装置2被建造在小房屋附近的公共或无建筑区域，诸如一块草覆盖的土地，例如在公园或小树林中。
控制装置3被设置成控制热载体在连接到小房屋1以及能量储藏装置2的管道4中的输送。热载体可以是适当的传统类型，诸如添加防冻剂的水。优选地，管道4包括其中输送热载体的封闭系统。
每个小房屋1装配有各自的热泵装置。而且，每个小房屋1以小房屋彼此并行地连接到管道4的方式被连接到管道4，并且因此也连接到能量储藏装置2。这种并行连接例如能够通过布置两个用于热载体的主管道4a、4b来实现，其中一个主管道在给定时间点被设置成从能量储藏装置2输送热载体，而另一个主管道在给定时间点被设置成将热载体输送回能量储藏装置2，两个主管道4a、4b在它们各自的远端相互连接，从而热载体被首先从能量储藏装置2经由主管道的第一主管道引导，之后立即经由第二主管道返回到能量储藏装置2。随后，每个小房屋1分别连接到第一主管道和第二主管道，从而热载体被从第一主管道抽出且经由第二主管道返回。当然，也可以使用其它适当的管道构造，诸如多于两个主管道的形式等。
每个小房屋1中的管道4和各自的热泵装置被如此布置，以使得热载体经由各自的热泵布置从第一主管道输送到第二主管道。因此，如果可逆的热泵装置被用在某个小房屋中，热泵装置可以通过对流经热泵装置的热载体增加热能或从其中减少热能而产生冷量或热量，该热泵装置又可以例如，通过冷却室内空气或加热室内空气或自来水而局部地用于小房屋中。如果热泵装置不可逆，它可以设置成借助于流经其中的热载体而仅产生热量或仅产生冷量。
由于小房屋1并行地与能量储藏装置2连接，单个小房屋对热载体的热影响，作为从所述的小房屋返回的热载体与剩余的流入主管道中的热载体混合的结果，将在热载体到达剩余的小房屋时仅有限程度地影响热载体的温度。这对每个小房屋中的加热和冷却操作都适用。
换言之，如果所述的小房屋独立地从热载体增加或移除热量，独立的小房屋将仅有限程度地影响被输送到其它小房屋的热载体的温度。由于能量储藏装置包括多个钻到地面中的孔，热载体通过所述孔输送，从能量储藏装置流出的热载体将保持大约恒定的温度，该温度基本上对应附近地理位置的全年平均温度。因此，某些房屋可能利用流经它们各自的热泵装置的热载体进行冷却，同时其它房屋被操作进行加热。通过合计在所有连接的小房屋1中分别增加和利用的热能，确定返回到能量储藏装置2的热载体的温度。
通过使用用于几个小房屋1的中央能量储藏装置2，而不是为每个小房屋使用一个局部能量储藏装置(这是当每个小房屋1具有分离的地热布置的情形)，能实现更好地保持地面能量平衡的优点。具体地，即使在小房屋中高强度和长期加热操作期间，热载体通过能量储藏装置2的不同能量井的通过量将是可控的，从而围绕个别能量井的地面不被冷却太多以致效率有比所需的变差的风险。而且，在加热操作期间，由于热载体的平均温度可以更高，因而可增加热泵装置的效率。
通过将每个小房屋并行地连接到能量储藏装置2，两个相邻小房屋之间不会出现大量的损失。而且，如上所述，每个小房屋可在每个时间点被可选地设置加热或冷却操作，与其它小房屋的操作模式无关。这在夏季、例如当通常希望热水的同时，某些小房屋需要冷却的室内空气时特别有用。例如，理想的是自来水的加热和室内空气的冷却之间的交替操作。在这些特定情况下，从热载体获取以产生热水的热能能够部分地对应在室内空气冷却过程中增加到热载体的热能。
通过在每个小房屋中布置分离的热泵布置，可实现使用标准类型热泵的优势，从而暗含了相当节约成本和快速的安装、良好的进入以便成本有效的进行维修和备用零件以及在例如每个个别房屋中的加热/冷却系统的功能和尺寸方面的较大灵活性。
为了尽可能增加能量储藏装置2的效率，优选使用瑞典专利申请No.0600428-7中描述的类型的能量储藏装置。图2中示出这种能量储藏装置6。
根据优选实施例，能量储藏装置2包括至少四个能量井21，控制装置3被布置成经由该能量井在封闭系统中循环热载体，从而分别加热或冷却各能量井21周围的地面25。能量井21基本上沿着至少两个同心圆22、23、24布置。在图2中，示出三个同心圆22、23、24，其中最里面的圆22仅包括一个能量井。
控制装置3包括控制构件31，该控制构件31被布置成控制第一阀系统32，该阀系统32又被布置成控制到沿同心圆布置的能量井的热载体，从而分别加热或冷却沿着所述的圆的地面。管道沿着每个圆22、23、24布置，其中热载体能够从阀系统32经由沿所述的圆布置的能量井一个接一个地流动，最后回到阀系统32。
多个温度传感器33被分别沿每个圆22、23、24的每个流出和回流管道布置，温度传感器33被连接到控制构件31。这样，控制构件31能够控制第一阀系统32，从而根据操作条件，热载体仅通过某一个圆或某几个圆循环。
因此，控制装置3被布置成使得控制构件31经由第一阀系统32控制热载体，使得当热载体的温度高于周围地面25的温度时，内圆先于外圆被加热，这是当小房屋1平均起来被操作以冷却室内空气时的情况。相反，热载体被控制，使得当热载体的温度低于地面25的温度时，外圆先于内圆被冷却，这是当小房屋1平均起来被操作以加热室内空气和/或自来水时的情况。
上述主管道被连接到第一阀系统32，使得热载体被分配到小房屋1(图2中未示出)。
通过以这种方式布置能量储藏装置2，实现有效存储的热量或冷量能够被随后需求利用的优势，如在上面提到的瑞典专利申请中所描述的。结果，与几个小房屋具有它们自己的地热装置、不对热量和冷量流出进行公共管理和控制的情况下操作的情况相比，能够以相当高效率的方式保持公共能量储藏装置2中的能量平衡。特别地，由于在夏季可能将在室内空气冷却期间产生的热能有效地存储在能量储藏装置2中，然后在冬季从能量储藏装置2再次利用该存储的热能，从而实现主要的经济利益。
为了充分地从本发明的优势中获益，优选至少布置在小房屋1中的热泵装置的一个被设置成能可选地产生热量或冷量，以便以加热室内空气和/或自来水或者冷却室内空气的方式在小房屋中局部使用。结果，有利地，每个小房屋可独立地利用能量储藏装置2中的热量和冷量，而与其余小房屋的当前操作模式无关。
根据优选实施例，为此，使用瑞典专利申请No.0602688-4中所述类型的可逆热泵装置。在图3中以简化的形式描绘了这种热泵装置100。
热泵装置100包括两侧101，102，其中在操作期间，一侧是冷侧另一侧是暖侧。侧101经由导管101a、101b连接到能量储藏装置2。侧102经由导管102a、102b连接到加热/冷却单元(未示出)。在加热操作期间，侧102是暖侧，并且加热/冷却单元被设置成以本身传统方式加热所述的小房屋的室内空气或热水。同时，在这种情况下侧101是冷侧。在冷却操作期间，侧102代替冷侧，并且加热/冷却单元被设置成冷却室内空气。同时，侧101是暖侧。因此，侧101、102能够以更接近上述瑞典专利申请中描述的方式彼此更换角色，也可用以下方式。
各自的热交换器103、104被连接到所述侧101、102的每一个。包括膨胀阀(未示出)的第二阀系统105被连接到各自的热交换器103、104的每一个。此外，压缩机106被连接到第二阀系统105。第二阀系统105被设置成可选地将热泵装置100的暖侧或冷侧连接到加热/冷却单元，从而加热/冷却单元可选地能够发出热量或冷量。这通过第二阀系统105实现，该第二阀系统105被设置成使热交换器103、104、压缩机106和膨胀阀相互连接，从而在热泵装置中形成封闭环，第二热载体通过该封闭环循环，从而在与膨胀阀和热交换器103、104结合的压缩机106的帮助下实现热泵作用。利用这种阀系统来使第二热载体的流动方向方向，也可以在热泵装置100中实现暖侧和冷侧的更换。
热泵装置是液-液类型的。这导致多种优势，诸如有效地同时加热几个房间的可能性和在较热气候下操作时的低冷凝度。
因此，这种热泵装置100是可逆的，在加热和冷却操作期间提供很好的效率和经济节约。优选至少小房屋1之一、更优选几个和最优选所有小房屋1都装配有这种类型的热泵装置100，由于高效和可逆的热泵装置和根据本发明的公共能量储藏装置2一起使用，多个小房屋1并行地连接到公共能量储藏装置2，对于系统在整体上可能更容易获得良好的能量平衡。
优选地，至少设置在小房屋中的热泵装置中的其中一个在加热操作期间被设置成降低热载体的温度约3到4℃。
类似地，优选至少设置在小房屋中的热泵装置中的其中一个在冷却期间被设置成升高热载体的温度约3到4℃。
因此，通过利用本发明，分别实现几个小房屋的有效和节约成本的加热和冷却，从而降低比使用传统技术低的效率的风险。而且，实现的优势是连接到系统的不同小房屋能够根据需要而可选地流出热量或冷量，而不需要考虑相邻小房屋的使用模式。最后，获得一系统，该系统很大程度上由可商业获得的标准部件构成，随之带来成本效率、备用零件的维修和通用性、灵活性等方面的优势。
上面已经描述了优选实施例。然而，对于本领域技术人员而言在不背离本发明主旨的情况下对描述的实施例进行各种改变是显而易见的。因此，本发明不限于描述的实施例，而是可在所附权利要求的范围内进行改变。

Claims (12)

1.一种对多于一个房屋分别进行加热和冷却的装置，其中至少两个小房屋(1)被连接到地面(25)中的公共能量储藏装置(2)，并且其中控制装置(3)被设置成在连接到能量储藏装置(2)的管道(4)中输送热载体，其特征在于，每个小房屋(1)被设置成具有分离的各自的热泵装置，并且每个热泵装置被连接到管道(4)，从而首先热载体能够流过热泵装置，其次小房屋(1)相对于彼此并行地连接到管道(4)。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述能量储藏装置(2)包括至少四个能量井(21)，控制装置(3)被设置成通过所述能量井在封闭系统中循环热载体，从而分别加热或冷却地面(25)，所述能量井(21)被大致沿至少两个同心圆(22；23；24)布置，所述控制装置(3)包括被设置成控制第一阀系统(32)的控制构件(31)，该第一阀系统又被设置成将热载体引导到沿圆布置的能量井，从而分别沿圆加热或冷却地面，所述控制构件(31)被设置成控制第一阀系统(32)，从而当热载体的温度高于周围地面(25)的温度时，内圆先于外圆被加热，并且当热载体的温度低于地面(25)的温度时，外圆先于内圆被冷却。
3.如权利要求1或2所述的装置，其特征在于，至少设置在小房屋(1)中的热泵装置中的其中一个被设置成能选择地产生热量或冷量，以便以加热室内空气和/或自来水或者冷却室内空气的方式在小房屋中局部使用。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，所述至少一个热泵装置(100)包括两侧(101；102)，其中一侧是冷侧，一侧是暖侧，热交换器(103；104)分别连接到所述冷侧和所述暖侧，热交换器中的其中一个(103)被连接到加热/冷却单元，第二热交换器(104)被连接到管道(4)，第二阀系统(105)被设置成能选择地将热泵装置(100)的暖侧或冷侧连接到加热/冷却单元，从而加热/冷却单元能选择地发出热量或冷量，所述的热泵(100)是液-液型的。
5.如前述权利要求中任一项所述的装置，其特征在于，被连接到能量储藏装置(2)的小房屋(1)的数量在10到100之间。
6.一种对多于一个小房屋分别进行加热和冷却的方法，其中使至少两个小房屋(1)连接到地面(25)中的公共能量储藏装置(2)，并且使控制装置(3)在连接到所述能量储藏装置(2)的管道(4)中输送热载体，其特征在于，使每个小房屋(1)装配有分离的各自的热泵装置，并且使每个热泵装置连接到管道(4)，从而首先能够使热载体流过热泵装置，其次使小房屋(1)相对于彼此并行地连接到管道(4)。
7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，使所述能量储藏装置(2)包括至少四个能量井(21)，使控制装置(3)通过能量井在封闭系统中循环热载体，从而分别加热或冷却地面(25)，使能量井(21)大致沿至少两个同心圆(22；23；24)布置，使控制装置(3)包括控制第一阀系统(32)的控制构件(31)，又使该第一阀系统将热载体引导到沿圆布置的能量井，从而分别沿圆加热或冷却地面，使控制构件(31)控制第一阀系统(32)，从而当热载体的温度高于周围地面(25)的温度时，内圆先于外圆被加热，并且当热载体的温度低于地面(25)的温度时，外圆先于内圆被冷却。
8.如权利要求6或7所述的方法，其特征在于，使至少设置在小房屋(1)中的热泵装置中的其中一个能选择地产生热量或冷量，以便以加热室内空气和/或自来水或者冷却室内空气的方式在小房屋中局部使用。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，使所述至少一个热泵装置(100)包括两侧(101；102)，使其中一侧是冷侧，一侧是暖侧，使热交换器(103；104)分别连接到所述冷侧和所述暖侧，使热交换器中的其中一个(103)连接到加热/冷却单元，使第二热交换器(104)连接到管道(4)，使第二阀系统(105)能选择地将热泵装置(100)的暖侧或冷侧连接到加热/冷却单元，从而使加热/冷却单元能选择地发出热量或冷量，所述的热泵(100)是液-液型的。
10.如前述权利要求7-9中任一项所述的方法，其特征在于，使被连接到能量储藏装置(2)的小房屋(1)的数量在10到100之间。
11.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，使所述至少一个热泵装置在加热操作期间降低热载体的温度约3-4℃。
12.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，使所述至少一个热泵装置在冷却操作期间升高热载体的温度约3-4℃。
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