DD244616A1

DD244616A1 - ARRANGEMENT FOR AIR-CONDITIONING IRRADIATION PLANT

Info

Publication number: DD244616A1
Application number: DD28475685A
Authority: DD
Inventors: Friedrich Fehst; Guenther Andrae; Dieter Modes; Thomas Pretzsch; Heinz Fittkau; Helmut Seifert
Original assignee: Akad Wissenschaften Ddr
Priority date: 1985-12-19
Filing date: 1985-12-19
Publication date: 1987-04-08

Abstract

Das Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Energieoekonomie beim Betrieb von Bestrahlungsanlagen mit Teilchenbeschleunigern durch moeglichst hohe Nutzung der Abfallwaerme. Das wird erreicht, indem die Kaeltekreislaeufe zur Raumklimagestaltung und zur Kuehlung der Beschleuniger als Waermepumpen betrieben werden und ueber einen geschlossenen Kuehlkreislauf mit einem Niedertemperaturheizkreis ueber einen Waermespeicher gekoppelt sind, wobei die Kaeltekreislaeufe zur Raumklimagestaltung untereinander parallel, aber in Reihe zu den Kaeltekreislaeufen der Beschleuniger geschaltet sind.The aim of the invention is to improve the energy economy in the operation of irradiation systems with particle accelerators by the highest possible utilization of waste heat. This is achieved by the Keltkreislaeufe for room climate design and the cooling of the accelerator are operated as heat pumps and are coupled via a closed cooling circuit with a Niedertemperaturheizkreis via a heat storage, the Keltkreislaeufe for Raumklimagestaltung parallel to each other, but in series with the Keltkreislaeufen the accelerator ,

Description

Hierzu 1 Seite ZeichnungFor this 1 page drawing

Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Klimatisierung der verschiedenen Räume von Bestrahlungsanlagen und zur Temperaturstabilisierung des Kühlwassers von Beschleunigern in diesen Anlagen. Sie eignet sich darüber hinaus auch für Nuklidbestrahlungsanlagen und andere analoge Anlagen.The invention relates to an arrangement for the air conditioning of the various rooms of irradiation facilities and for the temperature stabilization of the cooling water of accelerators in these plants. It is also suitable for nuclide irradiation facilities and other analogue facilities.

Characteristic of the known technical solutions

Beim Betreiben von Teilchenbeschleunigern in Bestrahlungsanlagen werden große Wärmemengen sowohl direkt im Beschleuniger als auch im sogenannten Bestrahlungsraum freigesetzt. Zur Aufrechterhaltung der Funktion der Beschleuniger und des Raumklimas wird diese Wärme an die Umgebung abgeleitet. Im ersteren Falle kommt in der Regel Wasser als Kühlmedium zum Einsatz, im zweiten Falle Luft. Da der Luftwechsel im Bestrahlungsraum aufgrund der möglichen Belastung mit toxischen und/oder radioaktiven Komponenten sehr intensiv sein muß, erfordert das andererseits den Einsatz eines großen Anteils an Primärenergie zur Erwärmung der angesaugten Frischluft. Dagegen ist die Klimatisierung der anderen Räume der Bestrahlungsahlage (Versorgungs-, Steuer-, Vorbereitungs- und andere Räume) mit geringerem Aufwand möglich. Zur Verbesserung der Energieökonomie vorzugsweise bei der Klimatisierung von Großrechenanlagen oder bei lüftungstechnischen Anlagen mit hoher innerer Wärme- und/oder Feuchtelast wurde vorgeschlagen (DD-WP 134565), den Verflüssiger des eingesetzten Kompaktklimagerätes mit den Wärmeverbrauchern, einem Wärmespeicher und einer Abwärmeanlage so zu verbinden, daß vom Verflüssiger die direkte Wärmeversorgung der Verbraucher, die Aufladung des Speichers oder die Abwärmeableitung erfolgt.When operating particle accelerators in irradiation facilities, large quantities of heat are released both directly in the accelerator and in the so-called irradiation space. To maintain the function of the accelerator and the indoor climate, this heat is dissipated to the environment. In the former case, water is usually used as the cooling medium, in the second case air. Since the air exchange in the irradiation room must be very intense due to the possible exposure to toxic and / or radioactive components, on the other hand requires the use of a large proportion of primary energy to heat the fresh air sucked. In contrast, the air conditioning of the other rooms of the irradiation payment (supply, control, preparation and other rooms) with less effort is possible. To improve the energy economy, preferably in the air conditioning of large computer systems or ventilation systems with high internal heat and / or moisture load has been proposed (DD-WP 134565) to connect the condenser of the compact air conditioner used with the heat consumers, a heat storage and a waste heat plant so that the condenser, the direct heat supply to the consumer, the charging of the memory or the waste heat dissipation takes place.

Diese Lösung ist auf Bestrahlungsanlagen nicht anwendbar, da hier mehrere Kreisläufe mit z.T. sehr unterschiedlichen Parametern und auch Medien vorhanden sind.This solution is not applicable to irradiation facilities, as here several circuits with z.T. very different parameters and media are available.

Object of the invention

Das Ziel der Erfindung ist die Verbesserung der Energieökonomie bei der Klimatisierungvon Bestrahlungsanlagen.The object of the invention is to improve the energy economy in the air conditioning of irradiation facilities.

Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung von Kompaktklimageräten und Wärmespeicher zu finden, die sowohl die Klimatisierung der verschiedenen Räume der Bestrahlungsanlage als auch die Temperaturstabilisierung der Kühlkreise der Teilchenbeschleuniger unter möglichst hoher Nutzung der anfallenden Wärme ermöglicht.The invention has for its object to find an arrangement of compact air conditioners and heat storage, which allows both the air conditioning of the different rooms of the irradiation system and the temperature stabilization of the cooling circuits of the particle accelerator with maximum use of the heat.

Die Aufgabe wird gelöst, indem alle in der Bestrahlungsanlage für die Raumkiimagestaltung vorhandenen und mit je einem Kompaktklimagerät ausgestatteten Kältekreisläufe und die Kältekreisläufe zur Kühlung der Teilchenbeschleuniger als intensive Wärmepumpen betrieben werden und über einen geschlossenen Kühlkreislauf mit einem Niedertemperaturheizkreis über einen Wärmespeicher gekoppelt sind, wobei die den Beschleunigern zugeordneten Kältekreise in Reihe (in Richtung des Speichers) zu den parallel in den Kühlkreislauf eingebundenen Kältekreisen zur Raumklimagestaltung geschaltet sind. Dabei erweist es sich als günstig, die Kältekreise zur Raumklimagestaltung mit einem anderen Kältemittel zu betreiben als die Kältekreise der Beschleuniger, um einerseits eine hohe Effektivität bei der Wärmeabführung an den geschlossenen Kühlkreislauf, andererseits aber auch eine hohe Effektivität bei der Verwertung der Wärme im Niedertemperaturheizkreis zu erreichen. Es empfiehlt sich weiterhin, in den geschlossenen Kühlkreislauf eine zusätzliche Abwärmeanlage einzubinden, um z. B. bei reduzierter Abwärmenutzung im Niedertemperaturheizkreis die technische Hauptfunktion der Bestrahlungsanlage — den Betrieb der Beschleuniger — zu gewährleisten. Schließlich sollte auch noch eine zusätzliche Wärmequelle im Niedertemperaturheizkreis installiert werden, die dann in Betrieb genommen wird, wenn die Wärmequellen für den Wärmepumpenbetrieb nicht ausreichen.The object is achieved by all present in the irradiation system for Raumkiimagestaltung and equipped with a compact air conditioner refrigeration circuits and the refrigeration circuits for cooling the particle accelerators are operated as intensive heat pumps and are coupled via a closed cooling circuit with a Niedertemperaturheizkreis a heat storage, wherein the Accelerators associated cooling circuits in series (in the direction of the memory) are connected to the parallel integrated into the cooling circuit cooling circuits for room climate design. It proves to be beneficial to operate the refrigerant circuits for room climate design with a different refrigerant than the refrigerant circuits of the accelerator, on the one hand a high efficiency in heat dissipation to the closed cooling circuit, on the other hand, a high efficiency in the utilization of heat in the low temperature to reach. It is also recommended to include in the closed cooling circuit an additional waste heat system to z. B. with reduced waste heat in Niedertemperaturheizkreis the main technical function of the irradiation system - to ensure the operation of the accelerator. Finally, an additional heat source should be installed in the low-temperature heating circuit, which is then put into operation when the heat sources for the heat pump operation are insufficient.

Der Speicher, vorzugsweise ein sogenannter Schichtspeicher, dient der Kopplung des geschlossenen Kühlkreislaufs mit dem Niedertemperaturheizkreis und fungiert sowohl als Kühl- als auch als Wärmereservoire.The memory, preferably a so-called stratified tank, serves to couple the closed cooling circuit with the low-temperature heating circuit and functions both as a cooling reservoir and as a heat reservoir.

Wärmenutzer im Gesamtsystem sind die Wärmebedarfsträger lufttechnische Anlagen, Raumheizung, Warmwasserbereitung und andere. Sie werden durch den Niedertemperaturheizkreis versorgt, wobei das Heizmedium, z. B. Wasser, im oberen Bereich des Schichtenspeichers entnommen wird.Heat users in the overall system are the heat carriers air conditioning systems, space heating, water heating and others. They are supplied by the low-temperature heating circuit, wherein the heating medium, for. As water is removed in the upper part of the stratified storage.

Die Erfindung ermöglicht durch die Abwärmenutzung eine wesentliche Reduzierung der Auslegung und eine wirtschaftliche Betriebsführung der gesamten Anlage.The invention allows by the use of waste heat a significant reduction in the design and economic operation of the entire system.

embodiment

Die Bestrahlungsanlage besteht aus einem Bestrahlungsraum, in dem sich ein Elektronenbeschleuniger befindet, und funktionsbedingten Nebenräumen. Die Raumklimagestaltung für den Bestrahlungsraum erfolgt getrennt von der Raumklimagestaltung der übrigen Räume. Der Elektronenbeschleuniger wird mit Wasser gekühlt, wobei aus Sicherheitsgründen ein geschlossener Primärkreislauf 3 installiert ist, der seine Wärme über einen Wärmeübertrager 4 an einen Sekundärkreislauf 5 abgibt.The irradiation facility consists of an irradiation room in which there is an electron accelerator, and functional secondary rooms. The room climate design for the irradiation room is separate from the room climate design of the other rooms. The electron accelerator is cooled with water, for safety reasons, a closed primary circuit 3 is installed, which emits its heat via a heat exchanger 4 to a secondary circuit 5.

Die Anordnung zur Klimatisierung der Räume der Bestrahlungsanlage und zur Kühlung des Beschleunigers (siehe auch die Figur) besteht aus zwei Kompaktklimageräten β und 7 bzw. einem Kaltwassersatz 8, einem Schichtenspeicher 9 sowie einem geschlossenen Kühlkreislauf 10 und einem Niedertemperaturheizkreis 11. In den geschlossenen Kühlkreislauf 10 ist eine zusätzliche Abwärmeanlage 12 eingebunden; der Niedertemperaturheizkreis 11 kann zusätzlich mit Fremdenergie 13 nachgeheizt werden.The arrangement for air conditioning of the rooms of the irradiation system and for cooling the accelerator (see also the figure) consists of two compact air conditioners β and 7 or a chiller 8, a stratified storage 9 and a closed cooling circuit 10 and a Niedertemperaturheizkreis 11. In the closed cooling circuit 10th an additional waste heat plant 12 is integrated; the low-temperature heating circuit 11 can be additionally reheated with external energy 13.

Der Luftkreis 1 für den Bestrahlungsraum arbeitet wegen der möglichen Belastung mit radioaktiven oder/und toxischen Komponenten mit 100%iger Außenluftversorgung, der Luftkreis 2 für die übrigen Räume dagegen mit minimalem Außenluftanteil. In beiden Fällen ist der Luftmassenstrom zu kühlen oder zu heizen. Für die energiewirtschaftliche Betrachtung sind die Luftheizer und die Kältekreise der Kompaktklimageräte 6 und 7, die aus den Hauptbestandteilen Verdampfer als Luftkühler, Verdichter und Verflüssiger bestehen, von Bedeutung. Die beim Kühlprozeß vom umlaufenden Kühlmittel im Luftkühler aufgenommene Wärme wird durch den Verdichter auf das zur Weiternutzung bzw. zur Abwärmeableitung benötigte Temperaturniveau gehoben und steht am Verflüssiger zur Verfügung. Diese Wärme wird mittels Kühlkreislauf 10 dem Schichtenspeicher 9 zugeführt. Für den Heizprozeß werden die Luftheizer mit Wärme aus dem Schichtenspeicher 9 mittels Niedertemperaturheizkreis 11 versorgt. Zur Reduzierung der Heizleistung im Luftkreis 1 bzw. 2 erfolgt die Vorwärmung des Außenluftmassenstromes durch Rückgewinnung der Energie des Fortluftmassenstromes in einem Rekuperator (in der Figur nicht gezeigt).The air circuit 1 for the irradiation room works because of the possible exposure to radioactive and / or toxic components with 100% outdoor air supply, the air circuit 2 for the other rooms, however, with a minimal proportion of outside air. In both cases, the air mass flow is to be cooled or heated. For the energy industry, the air heaters and the refrigeration circuits of the compact air conditioners 6 and 7, which consist of the main components evaporator as air cooler, compressor and condenser, are of importance. The heat absorbed in the cooling process by the circulating coolant in the air cooler is lifted by the compressor to the temperature level required for further utilization or waste heat removal and is available at the condenser. This heat is supplied to the stratified storage 9 by means of the cooling circuit 10. For the heating process, the air heaters are supplied with heat from the stratified storage tank 9 by means of low-temperature heating circuit 11. To reduce the heating power in the air circuit 1 or 2, the preheating of the outside air mass flow is carried out by recovering the energy of the exhaust air mass flow in a recuperator (not shown in the figure).

Der Sekundärkälteträgerkreis 5 wird mit den Hauptbestandteilen Wärmeübertrager 4, Kaltwassersatz 8 und Umwälzpumpe betrieben. Die vom Sekundärkälteträgerkreis 5 im Wärmeübertrager 4 vom Kälteträger aufgenommene Wärme aus der Kühlung des Beschleunigers wird im Verdampfer des Kältekreislaufs vom umlaufenden Kühlmittel aufgenommen, durch den Verdichter auf das erforderliche Temperaturniveau gehoben und am Verflüssiger zur Abwärmenutzung angeboten. Die wassergekühlten Verflüssiger der Kältekreisläufe der Kompaktklimageräte 6 und 7 für die Luftkreise 1 und 2 sind parallel geschaltet bezüglich des Schichtspeichers 9, der des Kaltwassersatzes 8 dagegen in Reihe dazu. Das Kältemittel des Kaltwassersatzes 8 hat dabei einen höheren Kondensationspunkt als das Kältemittel der Kompaktklimageräte 6 und 7. Durch den Speicher 9 (und die zusätzliche Abwärmeanlage 12) wird die technologische Hauptfunktion durch Kühlung des Beschleunigers aufrechterhalten; die wirtschaftliche Bedeutung besteht jedoch in der Kopplung des Kühlkreislaufs 10 mit dem Niedertemperaturheizkreis 11 durch den Schichtspeicher 9. Trotz wechselnder Lastbedingungen in den Kältekreisläufen und unterschiedlichen Leistungsanforderungen der Wärmebedarfsträger Luftheizer bzw. Raumheizung und Warmwasserbereitung (14) werden dem Niedertemperaturheizkreis 11 über den Speicher 9 kontinuierlich Heizmedien mit konstanter Vorlauftemperatur angeboten.The secondary refrigerant circuit 5 is operated with the main components heat exchanger 4, chiller 8 and circulating pump. The absorbed by the secondary refrigerant circuit 5 in the heat exchanger 4 from the brine heat from the cooling of the accelerator is taken in the evaporator of the refrigeration cycle from the circulating coolant, lifted by the compressor to the required temperature level and offered to the condenser for waste heat recovery. The water-cooled condenser of the refrigeration circuits of the compact air conditioners 6 and 7 for the air circuits 1 and 2 are connected in parallel with respect to the stratified storage 9, the chiller 8 in contrast thereto in series. The refrigerant of the chiller 8 has a higher condensation point than the refrigerant of the compact air conditioners 6 and 7. Through the memory 9 (and the additional waste heat plant 12), the main technological function is maintained by cooling the accelerator; However, the economic importance consists in the coupling of the cooling circuit 10 with the Niedertemperaturheizkreis 11 through the layer memory 9. Despite changing load conditions in the refrigeration circuits and different power requirements of the heat carrier air heater or space heating and hot water (14) the low temperature heating circuit 11 via the memory 9 continuously heating media offered with constant flow temperature.

Der ideale Betriebszustand ist die Übereinstimmung von Abwärmeangebot und Heizwärmebedarf. In diesem Falle wird der ausgekühlte Wärmeträger aus dem Niedertemperaturheizkreis 11 direkt den Verflüssigern zugeführt. Bei Abwärmeüberschuß wird die zusätzliche Abwärmeanlage 12 eingeschaltet und die anteilige Kühlung des Wärmeträgers durch Abwärmeableitung an die Umgebung gesichert. Bei Abwärmedefizit wird der Niedertemperaturheizkreis 11 durch Fremdenergie 13 nachgeheizt.The ideal operating condition is the correspondence between waste heat supply and heating demand. In this case, the cooled heat transfer medium from the low-temperature heating circuit 11 is fed directly to the liquefiers. In waste heat excess, the additional waste heat system 12 is turned on and secured the proportionate cooling of the heat carrier by dissipating heat to the environment. In waste heat deficit, the low-temperature heating circuit 11 is reheated by external energy 13.

Claims

Invention claim:

1. Arrangement for air conditioning of the rooms in irradiation facilities and for the temperature stabilization of the cooling water of particle accelerators in these plants, consisting of compact air conditioners, chillers, heat storage, waste heat and external heat source, characterized in that the cooling circuits of all compact air conditioning units (6; 7) and chillers (8) are coupled via a closed cooling circuit (10) with a Niedertemperaturheizkreis (11) by means of heat storage (9), wherein the accelerators associated cooling circuits with respect to the memory (9) are connected in series with the parallel integrated cooling circuits of the room climate design.

2. Arrangement according to item!, Characterized in that the accelerators associated cooling circuits operate with a refrigerant whose condensation temperature is higher than that of the refrigerant of the refrigeration circuits for room air conditioning.