CN108603667B - 用于区域热能分配系统的局部热能消耗器组件和局部热能生成器组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及与包括热导管和冷导管(12、14)的热能回路(10)连接的局部热能消耗器组件(20)和局部热能生成器组件(30)。局部热能消耗器组件(20)经由泵(24)或阀(23)而选择性地连接至热导管(12)。局部热能生成器组件(30)经由泵(34)或阀(33)而选择性地连接至冷导管(14)。通过对热导管和冷导管(12、14)的传热液体之间的局部压差进行判断来控制阀(23；33)或泵(24；34)的使用。
Description
技术领域
本发明涉及与包括热导管和冷导管的热能回路连接的局部热能消耗器组件和局部热能生成器组件。
背景技术
几乎世界上所有大型发达城市都具有与它们的基础设施集成为一体的至少两种能源网；一种网用于提供电能，而另一种网用于提供空间加热和热自来水制备。现今用于提供空间加热和热自来水制备的常用网是提供可燃气体(通常为矿物燃料气体)的气体网。气体网提供的气体在局部燃烧以用于提供空间加热和热自来水。用于空间加热和热自来水制备的气体网的替代方案是区域供热网。另外，电网的电能可以用于空间加热和热自来水制备。另外，电网的电能可以用于空间冷却。电网的电能还用于驱动冰箱和冷冻机。
相应地，常规的建筑物加热和冷却系统主要使用高等级能源(诸如电力和矿物燃料等)或工业废热形式的能源来提供空间加热和/或冷却，并且对建筑物中使用的水进行加热或冷却。此外，还在城市中安装区域冷却网以用于空间冷却的情况越来越普遍。对建筑物空间和水进行加热或冷却的过程将该高等级能量转换为具有高熵的低等级废热，该低等级废热离开建筑物并返回到环境。
因此，在如何向城市提供供热和供冷方面存在改进的需求。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题中的至少一些。
根据第一方面，提供一种局部热能消耗器组件。所述局部热能消耗器组件布置为与热能回路连接，所述热能回路包括热导管和冷导管，所述热导管构造为允许第一温度的传热液体流过，所述冷导管构造为允许第二温度的传热液体流过，所述第二温度低于所述第一温度。所述局部热能消耗器组件包括：热能消耗器阀；热能消耗器泵；热能消耗器热交换器，所述热能消耗器热交换器经由所述热能消耗器阀能够与热导管连接以允许传热液体从所述热导管流入所述热能消耗器热交换器中，所述热能消耗器热交换器经由所述热能消耗器泵能够与所述热导管连接以将传热液体从所述热导管泵送到所述热能消耗器热交换器中，并且所述热能消耗器热交换器能够与所述冷导管连接以允许传热液体从所述热能消耗器热交换器返回到所述冷导管，其中，所述热能消耗器热交换器布置为将热能从传热液体传递到所述热能消耗器热交换器的周围环境，使得返回到所述冷导管的传热液体具有低于所述第一温度的温度并且优选地具有等于所述第二温度的温度；第一压差判断装置，其适于判断(determine)所述热导管的传热液体和所述冷导管的传热液体之间的第一局部压差；以及第一控制器，其布置为基于所述第一局部压差而选择性地控制所述热能消耗器阀或所述热能消耗器泵的使用(即，选择性地控制是使用所述热能消耗器阀还是使用所述热能消耗器泵)。
根据第二方面，提供一种局部热能生成器组件。所述局部热能生成器组件布置为与热能回路连接，所述热能回路包括热导管和冷导管，所述热导管构造为允许第一温度的传热液体流过，所述冷导管构造为允许第二温度的传热液体流过，所述第二温度低于所述第一温度。所述局部热能生成器组件，包括：热能生成器阀；热能生成器泵；热能生成器热交换器，所述热能生成器热交换器经由所述热能生成器阀能够与所述冷导管连接以允许传热液体从所述冷导管流入所述热能生成器热交换器中，所述热能生成器热交换器经由所述热能生成器泵能够与所述冷导管连接以将传热液体从所述冷导管泵送到所述热能生成器热交换器中，并且所述热能生成器热交换器能够与所述热导管连接以允许传热液体从所述热能生成器热交换器返回到所述热导管，其中，所述热能生成器热交换器布置为将热能从其周围环境传递到传热液体，使得返回到所述热导管的传热液体具有高于所述第二温度的温度并且优选地具有等于所述第一温度的温度；第二压差判断装置，其适于判断所述热导管的传热液体和所述冷导管的传热液体之间的第二局部压差；以及第二控制器，其布置为基于所述第二局部压差而选择性地控制所述热能生成器阀或所述热能生成器泵的使用。
词汇“阀”应当被解释为这样的装置：其构造为当阀处于打开状态时以受控的方式允许传热液体流过阀。此外，阀还可以布置为使得传热液体的流过阀的流量(flow rate)可以被控制。因此，阀可以是布置为对流过的传热液体的流量进行调节的调节阀。
词汇“泵”应当被解释为这样的装置：其构造为当泵处于主动泵送状态时以受控的方式允许传热液体被泵送通过泵。此外，泵还可以布置为使得传热液体的流过泵的流量可以被控制。
从而，局部热能消耗器组件和局部热能生成器组件布置为与包括热导管和冷导管的热能回路连接。局部热能消耗器组件经由泵或阀而选择性地连接至热导管(即，选择性地经由泵和阀中的一者与热导管连接)。局部热能生成器组件经由泵或阀而选择性地连接至冷导管。通过对热导管的传热液体和冷导管的传热液体之间的局部压差进行判断来控制阀或泵的使用。
词汇“选择性地连接”应被解释为相关的热交换器在一个时间点或者经由泵，或者经由阀而与相应导管流体连接。因此，可以对相关的热交换器应当经由泵还是经由阀与相应导管流体连接进行选择。
局部热能消耗器组件和局部热能生成器组件被简单地连接到作为区域热能分配系统的一部分的热能回路。热能消耗器组件和局部热能生成器组件的设计允许它们与热能回路连接，其中，热导管的传热液体和冷导管的传热液体之间的压力允许在空间上和时间上变化。这是由于局部热能消耗器组件和局部热能生成器组件分别包括第一压差判断装置和第二压差判断装置，并且由于局部热能消耗器组件和局部热能生成器组件经由阀和泵而分别选择性地连接至热导管和冷导管。
第一控制器可以布置为当第一局部压差指示热导管的传热液体的第一局部压力高于冷导管的传热液体的第一局部压力时，选择性地使用所述热能消耗器阀。
第一控制器可以布置为当第一局部压差指示热导管的传热液体的第一局部压力低于或等于冷导管的传热液体的第一局部压力时，选择性地使用所述热能消耗器泵。
所述热能消耗器热交换器可以选自由用于舒适加热(comfort heating)的热泵、用于热自来水制备的热泵和用于除雪除冰的热泵组成的组。
所述第一压差判断装置可以包括热导管压力判断装置和冷导管压力判断装置，其中，所述热导管压力判断装置布置为与所述热导管连接以用于测量所述热导管的传热液体的第一局部压力，所述冷导管压力判断装置布置为与所述冷导管连接以用于测量所述冷导管的传热液体的第一局部压力，并且所述第一局部压差装置布置为对作为所述热导管的传热液体的第一局部压力与所述冷导管的传热液体的第一局部压力之间的压差的所述第一局部压差进行判断。
热导管压力判断装置可以在热能消耗器热交换器与热导管连接的位置附近与热导管连接。
冷导管压力判断装置可以在热能消耗器热交换器与冷导管连接的位置附近与冷导管连接。
第二控制器可以布置为当第二局部压差指示冷导管的传热液体的第二局部压力高于热导管的传热液体的第二局部压力时，选择性地使用所述热能生成器阀。
第二控制器可以布置为当第二局部压差指示冷导管的传热液体的第二局部压力低于或等于热导管的传热液体的第二局部压力时，选择性地使用热能生成器泵。
所述热能生成器热交换器可以选自由用于局部舒适冷却的冷却机、强制排气通风系统中的热交换器、废水系统中的热交换器、冷冻机和用于计算机中心的冷却机组成的组。
所述第二压差判断装置可以包括热导管压力判断装置和冷导管压力判断装置，其中，所述热导管压力判断装置布置为与所述热导管连接以用于测量所述热导管的传热液体的第一局部压力，所述冷导管压力判断装置布置为与所述冷导管连接以用于测量所述冷导管的传热液体的第一局部压力，并且所述第二局部压差装置布置为对作为所述热导管的传热液体的第一局部压力与所述冷导管的传热液体的第一局部压力之间的压差的所述第一局部压差进行判断。
热导管压力判断装置可以在热能生成器热交换器与热导管连接的位置附近与热导管连接。
冷导管压力判断装置在热能生成器热交换器与冷导管连接的位置附近与冷导管连接。
第一温度与第二温度之间的温度差可以在5至16℃的范围内，优选地在7至12℃的范围内，更加优选地在8至10℃的范围内。
根据第三方面，提供一种热能组件。所述热能组件包括根据上述和下述实施例中任一实施例所述的局部热能消耗器组件以及根据上述和下述实施例中任一实施例所述的局部热能生成器组件。
所述第一压差判断装置和所述第二压差判断装置可以集成为单个单元。
所述第一压差判断装置和所述第二压差判断装置可以是分开的装置。
所述第一控制器和所述第二控制器可以集成为单个单元。
所述第一控制器和所述第二控制器可以是分开的装置。
根据第四方面，提供一种用于控制热能消耗器热交换器的方法，所述热能消耗器热交换器经由热能消耗器阀和热能消耗器泵选择性地连接至热导管，所述热导管构造为允许第一温度的传热液体流过，并且所述热能消耗器热交换器经由返回导管连接至冷导管，所述冷导管构造为允许第二温度的传热液体流过，其中，所述第二温度低于所述第一温度。所述方法包括：判断所述热导管的传热液体与所述冷导管的传热液体之间的第一局部压差；以及基于所述第一局部压差，选择性地启动所述热能消耗器阀或所述热能消耗器泵，以允许传热液体从所述热导管进入所述热能消耗器热交换器中。
所述热能消耗器阀可以设定为当所述第一局部压差指示所述热导管的传热液体的第一局部压力高于所述冷导管的传热液体的第一局部压力时被选择性地启动。
所述热能消耗器泵可以设定为当所述第一局部压差指示所述热导管的传热液体的第一局部压力低于或等于所述冷导管的传热液体的第一局部压力时被选择性地启动。
根据第五方面，提供一种用于控制热能生成器热交换器的方法，所述热能生成器热交换器经由热能生成器阀和热能生成器泵选择性地连接至冷导管，所述冷导管构造为允许第二温度的传热液体流过，并且所述热能生成器热交换器经由返回导管连接至热导管，所述热导管构造为允许第一温度的传热液体流过，其中，所述第二温度低于所述第一温度。所述方法包括：判断所述热导管的传热液体与所述冷导管的传热液体之间的第二局部压差；以及基于所述第二局部压差，选择性地控制所述热能生成器阀或所述热能生成器泵的使用，以允许传热液体从所述冷导管进入所述热能生成器热交换器中。
所述热能生成器阀可以设定为当所述第二局部压差指示所述冷导管的传热液体的第二局部压力高于所述热导管的传热液体的第二局部压力时被选择性地启动。
所述热能生成器泵可以设定为当所述第二局部压差指示所述冷导管的传热液体的第二局部压力低于或等于所述热导管的传热液体的第二局部压力时被选择性地启动。
根据下面给出的详细描述，本发明的进一步适用范围将变得显而易见。然而，应理解的是，详细描述和具体实例在表示本发明的优选实施例的同时，仅以示意的方式给出，这是由于根据该详细描述，本发明的范围内的各种变化和修改对本领域的技术人员将变得显而易见。
因此，应当理解的是，本发明不限于所描述的装置的特定构件部分或所描述的方法的步骤，因为这种装置和方法可以变化。还应理解的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不用于限定。应注意的是，在说明书和所附权利要求书中使用的“一”、“一个”、“一种”和“所述”旨在表示一个或多个元件，除非上下文另有清楚的指示。因此，例如，“一个单元”或“所述单元”的指代对象可以包括数个装置或类似物。此外，词汇“包括”、“包含”、“含有”以及类似的词汇不排除其它元件或步骤。
附图说明
现在，将参考示出本发明的实施例的附图更加详细地描述本发明的这些和其它方面。提供附图是为了示出本发明的实施例的基本结构。相同的附图标记始终表示相同的元件。
图1是区域热能分配系统的示意图。
图2是与热能回路连接的局部热能消耗器组件和局部热能生成器组件的示意图。
图3是局部热能消耗器组件的控制的框图。
图4是局部热能生成器组件的控制的框图。
具体实施方式
现在，在下文中将参考示出本发明的当前优选实施例的附图更加充分地描述本发明。然而，本发明能够以许多不同形式体现，并且不应解释为被限制于在本文中所列举的实施例；相反，提供这些实施例以便对于技术人员来说，本发明是彻底和完全的，并且充分地表达本发明的范围。
在图1中，示出了区域热能分配系统1。区域热能分配系统1包括热能回路10和多栋建筑物5。多栋建筑物5与热能回路10热联接。热能回路10布置为使流过热能回路10的传热液体中的热能循环并储存该热能。
根据一个实施例，传热液体包括水。然而，根据其它实施例，可以使用其它传热液体。一些非限定性实例为氨、油、乙醇和诸如二醇等防冻液。传热液体还可以包括上述传热液体中的两种或更多种的混合物。
热能回路10包括允许传热液体流过的两种导管12、14。两种导管12、14的传热液体的温度被设定为不相同。热能回路10中的热导管12构造为允许第一温度的传热液体流过。热能回路10中的冷导管14构造为允许第二温度的传热液体流过。第二温度低于第一温度。
在传热液体是水的情况下，热的传热液体的适当温度范围为5至45℃之间，并且冷的传热液体的适当温度范围为0至40℃之间。第一温度与第二温度之间的适当温度差在5至16℃的范围内，优选地在7至12℃的范围内，更加优选地在8至10℃的范围内。
优选的是，该系统被设定为以随气候而变化的滑移温度差(sliding temperaturedifference)运行。滑移温度差的值优选为是固定的。因此，该温度差总是被设定为以固定的温度差值瞬间滑移。
热导管12和冷导管14是分离的。热导管12和冷导管14可以并联布置。热导管12和冷导管14可以布置为管道的闭环。热导管12和冷导管14在建筑物5处流体互连，以允许热能传递到建筑物5以及从建筑物5传递热能。这将在下面进一步详细讨论。
热能回路10的两种导管12、14可以由塑料的、复合的、混凝土的或金属的管道形成。根据一个实施例，可以使用高密度聚乙烯(HDPE)管道。管道可以是单壁管道。管道可以是不保温的。根据一个实施例，热能回路10主要布置在地下。地(ground)将用作热能回路10的热惰性体。因此，管道的保温没有额外的价值。例外情况是安装在气候非常温暖的城市或气候非常寒冷的城市中。在这些城市每年的关键时期(critical part)，地的惰性的害处可能更多于好处。在这些城市可能需要管道的保温。
根据一个实施例，热能回路10的两种导管12、14的尺寸被设计为适于高达1MPa(10巴)的压力。根据其它实施例，热能回路10的两种导管12、14的尺寸可以被设计为适于高达0.6MPa(6巴)的压力或用于高达1.6MPa(16巴)的压力。
每栋建筑物5包括一个或多个局部热能消耗器组件20和一个或多个局部热能生成器组件30中的至少一者。因此，每栋建筑物包括至少一个局部热能消耗器组件20或至少一个局部热能生成器组件30。一栋特定的建筑物5可以包括多于一个局部热能消耗器组件20。一栋特定的建筑物5可以包括多于一个局部热能生成器组件30。一栋特定的建筑物5可以包括局部热能消耗器组件20和局部热能生成器组件30这两者。
局部热能消耗器组件20用作散热器。因此，局部热能消耗器组件20布置为从热能回路10去除热能。或者换言之，局部热能消耗器组件20布置为将来自热能回路10的传热液体的热能传递到局部热能消耗器组件20的周围环境。这通过这样来实现：将从热导管12取得的传热液体的热能传递到局部热能消耗器组件20的周围环境，使得返回到冷导管14的传热液体具有低于第一温度的温度，并且优选为具有等于第二温度的温度。
局部热能生成器组件30用作热源。因此，局部热能生成器组件30布置为将热能存储到热能回路10。或者换言之，局部热能生成器组件30布置为将热能从其周围环境传递到热能回路10的传热液体。这通过这样来实现：将热能从局部热能生成器组件30的周围环境传递到从冷导管12取得的传热液体，使得返回到热导管12的传热液体具有高于第二温度的温度，并且优选为具有等于第一温度的温度。
可以将一个或多个局部热能消耗器组件20安装在建筑物5中作为用于不同加热需求的局部加热器。作为非限定性实例，局部加热器可以布置为实施空间加热或热自来水制备。作为选择或以组合的方式，局部加热器可以实施水池加热或冰雪清除。因此，局部热能消耗器组件20布置为从热导管12的传热液体获得热量，并且产生流入冷导管14的已被冷却的传热液体。因此，局部热能消耗器组件20使热导管12和冷导管14流体互连，使得热的传热液体可以从热导管12流过局部热能消耗器组件20，随后在传热液体中的热能已被局部热能消耗器组件20消耗之后传热液体进入冷导管14。局部热能消耗器组件20运行为从热导管12吸取热能以加热建筑物5，随后将冷却的传热液体存储到冷导管14中。
可以将一个或多个局部热能生成器组件30安装在不同的建筑物5中作为用于不同冷却需求的局部冷却器。作为非限定性实例，局部冷却器可以布置为实施空间冷却或用于冷冻机和冰箱的冷却。作为选择或以组合的方式，局部冷却器可以为溜冰场和滑雪中心或者制冰和制雪提供冷却。因此，局部热能生成器组件30从冷导管14的传热液体获得冷却，并产生流入热导管12的受热的传热液体。因此，局部热能生成器组件30使冷导管14和热导管12流体互连，使得冷的传热液体可以从冷导管14流过局部热能生成器组件30，随后在热能已通过局部热能生成器组件30生成到传热液体中之后传热液体进入热导管12。局部热能生成器组件30运行为将热量从建筑物5抽出以冷却建筑物5，并且将抽出的热量存储在热导管12中。
参考图2，现在将讨论局部热能消耗器组件20和局部热能生成器组件30的功能。在图2中，一个局部热能消耗器组件20和一个局部热能生成器组件30与热能回路10连接。当然，可以有与热能回路10连接的更多个局部热能消耗器组件或局部热能生成器组件。
局部热能消耗器组件20包括热能消耗器热交换器22、热能消耗器阀23、热能消耗器泵24、第一压差判断装置26和第一控制器28。
热能消耗器热交换器22经由热能消耗器阀23和热能消耗器泵24选择性地连接至热导管12。在选择了经由热能消耗器阀23将热能消耗器热交换器22连接到热导管12时，来自热导管12的传热液体被允许流进热能消耗器热交换器22。在选择了经由热能消耗器泵24将热能消耗器热交换器22连接到热导管12时，来自热导管12的传热液体被泵送到热能消耗器热交换器22中。如将在下面更详细地讨论的，选择允许传热液体从热导管12流入热能消耗器热交换器22还是选择将传热液体从热导管12泵送到热能消耗器热交换器22中，是基于热导管12与冷导管14之间的局部压差作出的。
热能消耗器阀23和热能消耗器泵24可以布置为分开的装置。热能消耗器阀23和热能消耗器泵24可以布置为单个装置。如图2所示，热能消耗器阀23和热能消耗器泵24可以并联布置。热能消耗器阀23和热能消耗器泵24可以串联布置。在其中热能消耗器阀23和热能消耗器泵24串联布置的后一实施例中，泵布置为设定在允许传热液体流过的非激活状态。
热能消耗器热交换器22还与冷导管14连接，以允许传热液体从热能消耗器热交换器22返回到冷导管14。
第一压差判断装置26适于判断热能回路10的第一局部压差Δp1。优选地，在热能消耗器热交换器22与热能回路10连接的位置附近测量第一局部压差。第一压差判断装置26可以包括第一热导管压力判断装置26a和第一冷导管压力判断装置26b。第一热导管压力判断装置布置为与热导管12连接，以用于测量热导管的传热液体的第一局部压力p1h。第一冷导管压力判断装置布置为与冷导管14连接，以用于测量冷导管的传热液体的第一局部压力p1c。第一局部压差装置26布置为对作为热导管的传热液体的第一局部压力与冷导管的传热液体的第一局部压力之间的压差的第一局部压差进行判断。因此，第一局部压差可以被定义为热导管的传热液体的第一局部压力与冷导管的传热液体的第一局部压力之间的局部压差。优选地，在热能消耗器热交换器22与热导管12连接的位置附近测量热导管的传热液体的第一局部压力。优选地，在热能消耗器热交换器22与冷导管14连接的位置附近测量冷导管的传热液体的第一局部压力。第一压差判断装置26可以实现为硬件装置、软件装置或其组合。第一压差判断装置26布置为将第一局部压差Δp1传送给第一控制器28。
第一控制器28可以实现为硬件控制器、软件控制器或其组合。第一控制器28布置为选择性地控制热能消耗器阀23或热能消耗器泵24的使用。第一控制器28布置为基于由第一压差判断装置26提供的第一局部压差而执行选择性的控制。第一控制器28布置为与热能消耗器阀23和热能消耗器泵24通信，以用于控制热能消耗器阀23和热能消耗器泵24。第一控制器28布置为当第一局部压差指示热导管的传热液体的第一局部压力高于冷导管的传热液体的第一局部压力时，选择性地控制热能消耗器阀23的使用。第一控制器28布置为当第一局部压差指示热导管的传热液体的第一局部压力低于或等于冷导管的传热液体的第一局部压力时，选择性地控制热能消耗器泵24的使用。
热能消耗器热交换器22布置为将热能从传热液体传递到热能消耗器热交换器22的周围环境。返回到冷导管14的传热液体具有低于第一温度的温度。优选地，热能消耗器热交换器22被控制为使得返回到冷导管14的传热液体的温度等于第二温度。
局部热能消耗器组件20还可以包括一对消耗器组件检修阀21a、21b。消耗器组件检修阀21a、21b可以用于使热能消耗器热交换器22、热能消耗器阀23和热能消耗器泵24与热能回路10连接或断开。
局部热能消耗器组件20还可以包括第一热导管温度判断装置25a和第一冷导管温度判断装置25b。第一热导管温度判断装置布置为与热导管12连接，以用于测量热导管的传热液体的第一局部温度t1h。第一冷导管温度判断装置布置为与冷导管14连接，以用于测量冷导管的传热液体的第一局部温度t1c。第一热导管温度判断装置25a和第一冷导管温度判断装置25b与第一控制器28连接，以将所测得的传热液体的局部温度传送给第一控制器28。
局部热能消耗器组件20还可以包括第一出口温度判断装置27。第一出口温度判断装置27布置为与返回导管连接，返回导管将热能消耗器热交换器22的出口与冷导管14连接在一起。第一出口温度判断装置27布置为对离开热能消耗器热交换器22的出口并正返回冷导管14的传热液体的第一出口温度tche进行测量。第一出口温度判断装置27与第一控制器28连接，以用于将所测得的离开热能消耗器热交换器22的传热液体的第一出口温度传送给第一控制器28。
结合图3，下面将对有关如何布置第一控制器28以控制局部热能消耗器组件20的示例性实施例进行论述。
局部热能消耗器组件的开启
1.通过第一控制器28接收开启信号(S300)。该开启信号指示：局部热能消耗器组件20应当开始工作以向其周围环境发散热能。开启信号可以例如由位于局部热能消耗器组件20所处的建筑物中的调温器(未示出)发出。
2.根据以下公式来判断第一局部输送压差△p1dp(S302)：
△p1dp＝p1c-p1h+△pche
其中，△pche是用于克服热能消耗器热交换器22上的压降的固定压差。
3.在第一局部输送压差△p1dp为正值的情况下：
a.向热能消耗器泵24发送开启信号(S304)。
b.使热能消耗器泵24的速度提升(S306)，从而达到流过热能消耗器热交换器22的预定流量。
c.切换到在泵运行时局部热能消耗器组件的正常运行模式，参见下文。
4.在第一局部输送压差△p1dp为负值的情况下：
a.向热能消耗器阀23发送打开信号(S312)。
b.对热能消耗器阀23的打开程度进行设定(S314)，从而达到流过热能消耗器热交换器22的预定流量。
c.切换到在阀运行时局部热能消耗器组件的正常运行模式，参见下文。
在泵运行时局部热能消耗器组件的正常运行模式
1.对热能消耗器泵24进行控制(S308)，从而将流过热能消耗器热交换器22的传热液体的流量设定为使得热能消耗器热交换器22上的温度差△tche＝t1h-tche保持在预定值。适当预定温度差在5至16℃的范围内，优选地在7至12℃的范围内，更加优选地在8至10℃的范围内。
2.对第一局部输送压差△p1dp进行判断(S310)。
3.在第一局部输送压差△p1dp为正值的情况下，返回“在泵运行时局部热能消耗器组件的正常运行模式”下方的上述第1点。
4.在第一局部输送压差△p1dp为负值的情况下：
a.转到“局部热能消耗器组件的开启”下方的上述第4点。
b.通过从第一控制器向热能消耗器泵24发送停止信号而使热能消耗器泵24停止。
在阀运行时局部热能消耗器组件的正常运行模式
1.对热能消耗器阀23进行控制(S316)，从而将流过热能消耗器热交换器22的传热液体的流量设定为使得跨过热能消耗器热交换器22的温度差△tche＝t1h-tche保持在预定值。适当预定温度差在5至16℃的范围内，优选地在7至12℃的范围内，更加优选地在8至10℃的范围内。
2.对第一局部输送压差△p1dp进行判断(S318)。
3.在第一局部输送压差△p1dp仍为负值的情况下，返回“在阀运行时局部热能消耗器组件的正常运行模式”下方的上述第1点。
4.在第一局部输送压差△p1dp为负值的情况下：
a.转到“局部热能消耗器组件的开启”下方的上述第3点。
b.通过从第一控制器向热能消耗器阀24发送关闭信号而使热能消耗器阀24关闭。
局部热能生成器组件30包括热能生成器热交换器32、热能生成器阀33、热能生成器泵34、第二压差判断装置36和第二控制器28。
热能生成器热交换器32经由热能生成器阀33和热能生成器泵34选择性地连接至冷导管14。在选择了经由热能生成器阀33将热能生成器热交换器32连接到冷导管14时，来自冷导管14的传热液体被允许流进热能生成器热交换器32。在选择了经由热能生成器泵34将热能生成器热交换器32连接到冷导管14时，来自冷导管14的传热液体被泵送到热能生成器热交换器32中。如将在下面更详细地讨论的，选择允许传热液体从冷导管14流入热能生成器热交换器32还是选择将传热液体从冷导管14泵送到热能生成器热交换器32中，是基于热导管12与冷导管14之间的局部压差作出的。
热能生成器阀33和热能生成器泵34可以布置为分开的装置。热能生成器阀33和热能生成器泵34可以布置为单个装置。如图2所示，热能生成器阀33和热能生成器泵34可以并联布置。热能生成器阀33和热能生成器泵34可以串联布置。在其中热能生成器阀33和热能生成器泵34串联布置的后一实施例中，泵布置为设定在允许传热液体流过的非激活状态。
热能生成器热交换器32还与热导管12连接，以允许传热液体从热能生成器热交换器32返回到热导管12。
第二压差判断装置36适于判断热能回路10的第二局部压差Δp2。优选地在热能生成器热交换器32与热能回路10连接的位置附近测量第二局部压差。第二压差判断装置36可以包括第二热导管压力判断装置36a和第二冷导管压力判断装置36b。第二热导管压力判断装置布置为与热导管12连接，以用于测量热导管的传热液体的第二局部压力P2h。第二冷导管压力判断装置布置为与冷导管14连接，以用于测量冷导管的传热液体的第二局部压力p2c。第二局部压差装置36布置为对作为热导管的传热液体的第二局部压力与冷导管的传热液体的第二压力之间的压差的第二局部压差进行判断。因此，第二局部压差可以被定义为热导管的传热液体的第二局部压力与冷导管的传热液体的第二局部压力之间的局部压差。优选地，在热能生成器热交换器32与热导管12连接的位置附近测量热导管的传热液体的第二局部压力。优选地，在热能生成器热交换器32与冷导管14连接的位置附近测量冷导管的传热液体的第二局部压力。
第二压差判断装置36可以实现为硬件装置、软件装置或其组合。第二压差判断装置36布置为将第二局部压差Δp2传送给第二控制器38。
第二控制器38可以实现为硬件控制器、软件控制器或其组合。第二控制器38布置为选择性地控制热能生成器阀33或热能生成器泵34的使用。第二控制器38布置为基于由第二压差判断装置36提供的第二局部压差而执行选择性的控制。第二控制器38布置为与热能生成器阀33和热能生成器泵34通信，以用于控制热能生成器阀33和热能生成器泵34。第二控制器38布置为当第二局部压差指示冷导管的传热液体的第二局部压力高于热导管的传热液体的第二局部压力时，选择性地控制热能生成器阀33的使用。第二控制器38布置为当第二局部压差指示冷导管的传热液体的第二局部压力低于或等于热导管的传热液体的第二局部压力时，选择性地控制热能生成器泵34的使用。
热能生成器热交换器32布置为将热能从其周围环境传递到传热液体。返回到热导管12的传热液体具有高于第二温度的温度。优选地，热能生成器热交换器32被控制为使得返回到热导管12的传热液体的温度等于第一温度。
局部热能生成器组件30还可以包括一对生成器组件检修阀31a、31b。生成器组件检修阀31a、31b可以用于使热能生成器热交换器32、热能生成器阀33和热能生成器泵34与热能回路10连接或断开。
局部热能生成器组件30还可以包括第二热导管温度判断装置35a和第二冷导管温度判断装置35b。第二热导管压力判断装置布置为与热导管12连接，以用于测量热导管的传热液体的第二局部温度t2h。第二冷导管温度判断装置布置为与冷导管14连接，以用于测量冷导管的传热液体的第二局部温度t2c。第二热导管温度判断装置35a和第二冷导管温度判断装置35b与第二控制器28连接，以将所测得的传热液体的局部温度传送给第二控制器28。
局部热能生成器组件30还可以包括第二出口温度判断装置37。第二出口温度判断装置37布置为与返回导管连接，返回导管将热能生成器热交换器32的出口与热导管12连接在一起。第二出口温度判断装置37布置为对离开热能生成器热交换器32的出口并正返回热导管12的传热液体的第二出口温度tghe进行测量。第二出口温度判断装置37与第二控制器38连接，以用于将所测得的离开热能生成器热交换器32的传热液体的第二出口温度传送给第二控制器38。
结合图4，下面将对有关如何布置第二控制器38以控制局部热能生成器组件30的示例性实施例进行论述。
局部热能生成器组件的开启
1.通过第二控制器38接收开启信号(S400)。该开启信号指示：局部热能生成器组件20应当开始工作以从其周围环境吸收热能。开启信号可以例如由位于局部热能生成器组件30所处的建筑物中的调温器(未示出)发出。
2.根据以下公式来判断第二局部输送压差△p2dp(S402)：
△p2dp＝p2c-p2h+△pghe
其中，△pghe是用于克服热能生成器热交换器32上的压降的固定压差。
3.在第二局部输送压差△p2dp为负值的情况下：
a.向热能生成器泵34发送开启信号(S404)。
b.使热能生成器泵34的速度提升(S406)，从而达到流过热能生成器热交换器32的预定流量。
c.切换到在泵运行时局部热能生成器组件的正常运行模式，参见下文。
4.在第二局部输送压差△p2dp为正值的情况下：
a.向热能生成器阀33发送打开信号(S412)。
b.对热能生成器阀33的打开程度进行设定(S414)，从而达到流过热能生成器热交换器32的预定流量。
c.切换到在阀运行时局部热能生成器组件的正常运行模式，参见下文。
在泵运行时局部热能生成器组件的正常运行模式
1.对热能生成器泵34进行控制(S408)，从而将流过热能生成器热交换器32的传热液体的流量设定为使得跨过热能消耗器热交换器22的温度差△tghe＝t2h-tghe保持在预定值。适当预定温度差在5至16℃的范围内，优选地在7至12℃的范围内，更加优选地在8至10℃的范围内。
2.对第二局部输送压差△p2dp进行判断(S412)。
3.在第二局部输送压差△p2dp为负值的情况下，返回“在泵运行时局部热能生成器组件的正常运行模式”下方的上述第1点。
4.在第二局部输送压差△p2dp为正值的情况下：
a.转到“局部热能生成器组件的开启”下方的上述第4点。
b.通过从第二控制器向热能生成器泵34发送停止信号而使热能生成器泵34停止。
在阀运行时局部热能生成器组件的正常运行模式
1.对热能生成器阀33进行控制(S416)，从而将流过热能生成器热交换器32的传热液体的流量设定为使得跨过热能生成器热交换器32的温度差△tghe＝t2h-tghe保持在预定值。适当预定温度差在5至16℃的范围内，优选地在7至12℃的范围内，更加优选地在8至10℃的范围内。
2.对第二局部输送压差△p2dp进行判断(S418)。
3.在第二局部输送压差△p2dp仍为正值的情况下，返回“在阀运行时局部热能生成器组件的正常运行模式”下方的上述第1点。
4.在第二局部输送压差△p2dp为正值的情况下：
a.转到“局部热能生成器组件的开启”下方的上述第3点。
b.通过从第二控制器向热能生成器阀34发送关闭信号而使热能生成器阀34关闭。
相应地，区域热能分配系统1包括热能回路10，热能回路10包括允许传热液体流过的热导管12和冷导管14。区域热能分配系统1还包括热能消耗器热交换器22和热能生成器热交换器32。热能消耗器热交换器22经由热能消耗器阀23或热能消耗器泵24选择性地连接至热导管12。热能生成器热交换器32经由热能生成器阀23或热能生成器泵24选择性地连接至冷导管14。
在图2所示的实施例中，第一压差判断装置26和第二压差判断装置36是两个物理上不同的压差判断装置。然而，根据另一个实施例，一个特定的局部热能消耗器组件20和一个特定的局部热能生成器组件30可以共享同一个压差判断装置。因此，第一压差判断装置26和第二压差判断装置36在物理上可以是同一个压差判断装置。根据另一实施例，两个特定的局部热能消耗器组件20可以共享同一个压差判断装置。根据又一实施例，两个特定的局部热能生成器组件30可以共享同一个压差判断装置。
在图2所示的实施例中，第一控制器28和第二控制器38是两个物理上不同的控制器。然而，根据另一实施例，一个特定的局部热能消耗器组件20和一个特定的局部热能生成器组件30可以共享同一个控制器。因此，第一控制器26和第二控制器36在物理上可以是同一个控制器。根据另一实施例，两个特定的局部热能消耗器组件20可以共享同一个控制器。根据又一实施例，两个特定的局部热能生成器组件30可以共享同一个控制器。
优选地，以限定的温度差作出使用热能消耗器热交换器22和热能生成器热交换器32吸收或发散热量的要求。8至10℃的温度差对应于通过热能消耗器热交换器22和热能生成器热交换器32的最佳流量。
热导管12和冷导管14之间的局部压差可以沿着热能回路10变化。特别地，热导管12和冷导管14之间的局部压差从热导管12和冷导管14中的一者的角度来看可以从正压差变化到负压差。因此，有时特定的局部热能消耗器/生成器组件20、30可能需要将传热液体泵送通过相应的热能消耗器/生成器热交换器22、32，并且有时特定的局部热能消耗器/生成器组件20、20可能需要使传热液体流过相应的热能消耗器/生成器热交换器22、32。相应地，可以使系统1内的所有泵送发生在局部热能消耗器/生成器组件20、30中。由于需要的流量和压力有限，可以使用小型频率控制循环泵。
区域热能分配系统1允许热导管12的传热液体与冷导管14的传热液体之间的局部压差沿热能回路10变化。特别地，热导管12的传热液体与冷导管14的传热液体之间的局部压差从热导管12和冷导管14中的一者的角度来看可以从正压差变化到负压差。区域热能分配系统1还允许使系统内的所有泵送发生在局部热消耗器/生成器组件20、30中。由于需要的流量和压力有限，因此可以使用小型频率控制循环泵。因此，提供了容易构建的区域热能分配系统1。进一步提供了容易控制的区域热能分配系统1。
区域热能分配系统的基本构思基于发明人这样的洞察：现代城市自身提供的热能可以在城市内重复使用。重复使用的热能可以被区域热能分配系统1获取并且用于例如空间加热或热自来水制备。此外，在区域热能分配系统内还将处理对空间冷却不断增加的需求。在区域热能分配系统1内，城市内的建筑物5被互连，并且可以以容易且简单的方式重新分配低温废能以用于不同的局部需求。除此之外，区域热能分配系统将被提供用于：
·由于城市内能量流的最佳重复使用而使一次能源的使用最小化。
·限制城市内的烟囱或壁炉的需求，这是由于局部燃烧气体或其它燃料的需求将减小。
·限制城市内对冷却塔或冷却转换器的需求，这是由于由冷却装置产生的过剩热量可以被传输走并且在区域热能分配系统1内重复使用。
因此，区域热能分配系统1提供了城市内的热能的智能竞争使用(smart dueluse)。区域热能分配系统1在被集成到城市中时可以在城市内的加热和冷却应用中利用低等级废热能。这将通过消除对城市中的气体网或区域供热网和冷却网的需求而减小城市的一次能源的消耗。
区域热能分配系统1可以包括热服务设备(thermal server plant)2。热服务设备2用作外部热源和/或散热器。热服务设备2的功能是保持热能回路10的热导管12和冷导管14之间的温度差。即，热服务设备2可以用于平衡区域热能分配系统1，使得当热能回路10达到温度端点时，热服务设备2布置为将热能吸收到热能回路10或使热能从热能回路10散发。在冬季，当热导管12更可能达到其最低温度端点时，热服务设备2用于向热能回路10添加热能。在夏季，当冷导管更可能达到其最高温度端点时，热服务设备2用于从热能回路10减去热能。
本领域的技术人员应认识到，本发明决不限于上述优选实施例。相反，在所附权利要求的范围内可以进行许多修改和变化。
例如，热能消耗器泵24和/或热能生成器泵24可以例如是频率控制循环泵。
热能消耗器阀23和/或热能生成器阀33可以是调节阀。
另外，通过对附图、公开内容和所附权利要求书的研究，技术人员在实施所要求保护的本发明时能够理解和实现所披露的实施例的变型。
Claims (20)
1.一种局部热能消耗器组件，其布置为与热能回路连接，所述热能回路包括热导管(12)和冷导管(14)，所述热导管(12)构造为允许第一温度的传热液体流过，所述冷导管(14)构造为允许第二温度的传热液体流过，所述第二温度低于所述第一温度，所述局部热能消耗器组件包括：
热能消耗器阀(23)；
热能消耗器泵(24)；
热能消耗器热交换器(22)，所述热能消耗器热交换器(22)经由所述热能消耗器阀(23)能够与热导管(12)连接以允许传热液体从所述热导管(12)流入所述热能消耗器热交换器(22)中，所述热能消耗器热交换器(22)经由所述热能消耗器泵(24)能够与所述热导管(12)连接以将传热液体从所述热导管(12)泵送到所述热能消耗器热交换器(22)中，并且所述热能消耗器热交换器(22)能够与所述冷导管(14)连接以允许传热液体从所述热能消耗器热交换器(22)返回到所述冷导管(14)，其中，所述热能消耗器热交换器(22)布置为将热能从传热液体传递到所述热能消耗器热交换器(22)的周围环境，使得返回到所述冷导管(14)的传热液体具有低于所述第一温度的温度；
第一压差判断装置(26)，其适于判断所述热导管的传热液体和所述冷导管的传热液体之间的第一局部压差Δp1；以及
第一控制器(28)，其布置为当所述第一局部压差指示所述热导管(12)的传热液体的第一局部压力高于所述冷导管(14)的传热液体的第一局部压力时，选择性地使用所述热能消耗器阀(23)；并且当所述第一局部压差指示所述热导管(12)的传热液体的第一局部压力低于或等于所述冷导管(14)的传热液体的第一局部压力时，选择性地使用所述热能消耗器泵(24)。
2.根据权利要求1所述的局部热能消耗器组件，其中，返回到所述冷导管(14)的传热液体具有等于所述第二温度的温度。
3.根据权利要求1所述的局部热能消耗器组件，其中，所述第一压差判断装置(26)包括热导管压力判断装置和冷导管压力判断装置，所述热导管压力判断装置布置为与所述热导管(12)连接以用于测量所述热导管的传热液体的第一局部压力，所述冷导管压力判断装置布置为与所述冷导管(14)连接以用于测量所述冷导管的传热液体的第一局部压力，并且所述第一局部压差装置(26)布置为对作为所述热导管的传热液体的第一局部压力与所述冷导管的传热液体的第一局部压力之间的压差的所述第一局部压差进行判断。
4.根据权利要求3所述的局部热能消耗器组件，其中，所述热导管压力判断装置在所述热能消耗器热交换器(22)与所述热导管(12)连接的位置附近与所述热导管(12)连接，并且所述冷导管压力判断装置在所述热能消耗器热交换器(22)与所述冷导管(14)连接的位置附近与所述冷导管(14)连接。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的局部热能消耗器组件，其中，所述第一温度与所述第二温度之间的温度差在5至16℃的范围内。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的局部热能消耗器组件，其中，所述第一温度与所述第二温度之间的温度差在7至12℃的范围内。
7.根据权利要求1至4中任一项所述的局部热能消耗器组件，其中，所述第一温度与所述第二温度之间的温度差在8至10℃的范围内。
8.一种局部热能生成器组件，其布置为与热能回路连接，所述热能回路包括热导管(12)和冷导管(14)，所述热导管(12)构造为允许第一温度的传热液体流过，所述冷导管(14)构造为允许第二温度的传热液体流过，所述第二温度低于所述第一温度，所述局部热能生成器组件包括：
热能生成器阀(33)；
热能生成器泵(34)；
热能生成器热交换器(32)，所述热能生成器热交换器(32)经由所述热能生成器阀(33)能够与所述冷导管(14)连接以允许传热液体从所述冷导管(14)流入所述热能生成器热交换器(32)中，所述热能生成器热交换器(32)经由所述热能生成器泵(34)能够与所述冷导管(14)连接以将传热液体从所述冷导管(14)泵送到所述热能生成器热交换器(32)中，并且所述热能生成器热交换器(32)能够与所述热导管(12)连接以允许传热液体从所述热能生成器热交换器(32)返回到所述热导管(12)，其中，所述热能生成器热交换器(32)布置为将热能从其周围环境传递到传热液体，使得返回到所述热导管(12)的传热液体具有高于所述第二温度的温度；
第二压差判断装置(36)，其适于判断所述热导管的传热液体和所述冷导管的传热液体之间的第二局部压差Δp2；以及
第二控制器(38)，其布置为当所述第二局部压差指示所述冷导管(14)的传热液体的第二局部压力高于所述热导管(12)的传热液体的第二局部压力时，选择性地使用所述热能生成器阀(33)，并且当所述第二局部压差指示所述冷导管(14)的传热液体的第二局部压力低于或等于所述热导管(12)的传热液体的第二局部压力时，选择性地使用所述热能生成器泵(34)。
9.根据权利要求8所述的局部热能生成器组件，其中返回到所述热导管(12)的传热液体具有等于所述第一温度的温度。
10.根据权利要求8所述的局部热能生成器组件，其中，所述第二压差判断装置(36)包括热导管压力判断装置和冷导管压力判断装置，所述热导管压力判断装置布置为与所述热导管(12)连接以用于测量所述热导管的传热液体的第一局部压力，所述冷导管压力判断装置布置为与所述冷导管(14)连接以用于测量所述冷导管的传热液体的第一局部压力，并且所述第二局部压差装置(36)布置为对作为所述热导管的传热液体的第一局部压力与所述冷导管的传热液体的第一局部压力之间的压差的所述第一局部压差进行判断。
11.根据权利要求10所述的局部热能生成器组件，其中，所述热导管压力判断装置在所述热能生成器热交换器(32)与所述热导管(12)连接的位置附近与所述热导管(12)连接，并且所述冷导管压力判断装置在所述热能生成器热交换器(32)与所述冷导管(14)连接的位置附近与所述冷导管(14)连接。
12.权利要求8至10中任一项所述的局部热能生成器组件，其中，所述第一温度与所述第二温度之间的温度差在5至16℃的范围内。
13.权利要求8至10中任一项所述的局部热能生成器组件，其中，所述第一温度与所述第二温度之间的温度差在7至12℃的范围内。
14.权利要求8至10中任一项所述的局部热能生成器组件，其中，所述第一温度与所述第二温度之间的温度差在8至10℃的范围内。
15.一种热能组件，其包括根据权利要求1至7中任一项所述的局部热能消耗器组件和根据权利要求8至14中任一项所述的局部热能生成器组件。
16.根据权利要求15所述的热能组件，其中，根据权利要求1至7中任一项所述的局部热能消耗器组件中的所述第一压差判断装置(26)和根据权利要求8至14中任一项所述的局部热能生成器组件中的所述第二压差判断装置(36)集成为单个单元。
17.根据权利要求15所述的热能组件，其中，根据权利要求1至7中任一项所述的局部热能消耗器组件中的所述第一压差判断装置(26)和根据权利要求8至14中任一项所述的局部热能生成器组件中的所述第二压差判断装置(36)为分开的装置。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的热能组件，其中，根据权利要求1至7中任一项所述的局部热能消耗器组件中的所述第一控制器(28)和根据权利要求8至14中任一项所述的局部热能生成器组件中的所述第二控制器(38)集成为单个单元或者根据权利要求1至7中任一项所述的局部热能消耗器组件中的所述第一控制器(28)和根据权利要求8至14中任一项所述的局部热能生成器组件中的所述第二控制器(38)为分开的装置。
19.一种用于控制热能消耗器热交换器(22)的方法，所述热能消耗器热交换器(22)经由热能消耗器阀(23)和热能消耗器泵(24)选择性地连接至热导管(12)，所述热导管(12)构造为允许第一温度的传热液体流过，并且所述热能消耗器热交换器(22)经由返回导管连接至冷导管(14)，所述冷导管(14)构造为允许第二温度的传热液体流过，其中，所述第二温度低于所述第一温度，所述方法包括：
判断所述热导管(12)的传热液体与所述冷导管(14)的传热液体之间的第一局部压差；以及
基于所述第一局部压差，选择性地启动所述热能消耗器阀(23)或所述热能消耗器泵(24)，以允许传热液体从所述热导管(12)进入所述热能消耗器热交换器(22)中，
其中，所述热能消耗器阀(23)设定为当所述第一局部压差指示所述热导管的传热液体的第一局部压力高于所述冷导管的传热液体的第一局部压力时被选择性地启动，并且所述热能消耗器泵(24)设定为当所述第一局部压差指示所述热导管的传热液体的第一局部压力低于或等于所述冷导管的传热液体的第一局部压力时被选择性地启动。
20.一种用于控制热能生成器热交换器(32)的方法，所述热能生成器热交换器(32)经由热能生成器阀(33)和热能生成器泵(34)选择性地连接至冷导管(14)，所述冷导管(14)构造为允许第二温度的传热液体流过，并且所述热能生成器热交换器(32)经由返回导管连接至热导管(12)，所述热导管(12)构造为允许第一温度的传热液体流过，其中，所述第二温度低于所述第一温度，所述方法包括：
判断所述热导管(12)的传热液体与所述冷导管(14)的传热液体之间的第二局部压差；以及
基于所述第二局部压差，选择性地控制所述热能生成器阀(33)或所述热能生成器泵(34)的使用，以允许传热液体从所述冷导管(14)进入所述热能生成器热交换器(32)中，
其中，所述热能生成器阀(33)设定为当所述第二局部压差指示所述冷导管的传热液体的第二局部压力高于所述热导管的传热液体的第二局部压力时被选择性地启动，并且所述热能生成器泵(34)设定为当所述第二局部压差指示所述冷导管的传热液体的第二局部压力低于或等于所述热导管的传热液体的第二局部压力时被选择性地启动。
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