ES2587030T3 - Sistema de bomba de calor - Google Patents

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Abstract

Un sistema de bomba de calor (1) que comprende: una unidad de fuente de calor (2) que tiene un compresor de capacidad variable (21) para comprimir refrigerante y un intercambiador de calor del sector de fuente de calor (24) que puede funcionar como un radiador de refrigerante; una pluralidad de unidades de uso (4a, 4b) conectadas a la unidad de fuente de calor (2) y que tienen intercambiadores de calor del sector de uso (41a, 41b) que funcionan como evaporadores de refrigerante y pueden enfriar un medio acuoso; un controlador de capacidad de funcionamiento (12b) configurado para realizar un control de la capacidad de funcionamiento en el compresor (21) de modo que la temperatura de evaporación del refrigerante en cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso (41a, 41b) alcance una primera temperatura de evaporación deseada; y una unidad de decisión de temperatura (12a, 191a, 191b) para calcular como segundas temperaturas de evaporación deseadas las temperaturas de evaporación para permitir que la temperatura del medio acuoso en las salidas de los intercambiadores de calor del sector de uso (41a, 41b) en las respectivas unidades de uso (4a, 4b) en funcionamiento alcance temperaturas fijadas predeterminadas, y hacer que el valor mínimo de las segundas temperaturas de evaporación deseadas sea la primera temperatura de evaporación deseada, y válvulas de ajuste de caudal (42a, 42b) que pueden variar los caudales del refrigerante que fluye a través de los intercambiadores de calor del sector de uso (41a, 41b); caracterizado porque el sistema de bomba de calor (1) comprende además: un controlador del grado de apertura (192a, 192b) configurado para realizar un control para variar los grados de apertura de las válvulas de ajuste de caudal (42a, 42b) cuando las temperaturas de evaporación o la primera temperatura de evaporación deseada son menores que las segundas temperaturas de evaporación deseadas y las temperaturas del medio acuoso en las salidas de los intercambiadores de calor del sector de uso (41a, 41b) son menores que las temperaturas fijadas predeterminadas; circuitos de medio acuoso (80a, 80b) que tienen bombas de circulación del tipo de capacidad variable (43a, 43b) y que hacen circular un medio acuoso que experimenta intercambio de calor con el refrigerante en los intercambiadores de calor del sector de uso (41a, 41b); y un controlador de capacidad de bombeo (193a, 193b) configurado para realizar un control para variar la capacidad de funcionamiento de las bombas de circulación (43a, 43b) cuando las temperaturas de evaporación o la primera temperatura de evaporación deseada son menores que las segundas temperaturas de evaporación deseadas y las temperaturas del medio acuoso en las salidas de los intercambiadores de calor del sector de uso (41a, 41b) son menores que las temperaturas fijadas predeterminadas.

Description

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cuando cada una de las unidades de uso 4a, 4b esté realizando la operación de enfriamiento por aire (es decir, la operación de enfriamiento de medio acuoso). Por ejemplo, las temperaturas Tsa, Tsb fijadas del medio acuoso en las salidas de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b, es decir, la temperatura del agua de enfriamiento requerida para ser usada en las unidades de enfriamiento/calentamiento de uso de agua 9a, 9b se fija en “7ºC” en la unidad de uso 4a y “5ºC” en la unidad de uso 4b. En este caso, para que las temperaturas Tw1a, Tw1b del medio acuoso en las respectivas salidas de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b alcancen las temperaturas Tsa, Tsb fijadas correspondientes (específicamente, 7ºC y 5ºC), los datos que indican las temperaturas adecuadas necesarias de las temperaturas Te de evaporación del refrigerante en cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b se reciben mediante la unidad de correspondencia del sector de fuente de calor 11 tal como las “segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas”, descritas anteriormente, de cada una de las unidades de uso 4a, 4b.
Para la acción de recibir las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas, no hay ninguna restricción impuesta sobre la temporización con la que la unidad de correspondencia del sector de fuente de calor 11 puede recibir las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas. Por ejemplo, cuando las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas se vuelven a calcular debido a que se cambian las temperaturas Tsa, Tsb fijadas, la unidad de correspondencia del sector de fuente de calor 11 puede recibir las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas desde las unidades de uso 4a, 4b correspondientes después de que se hayan calculado de nuevo. La unidad de correspondencia del sector de fuente de calor 11 puede recibir también las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas desde todas las unidades de uso 4a, 4b en el sistema de bomba de calor 1 en intervalos de tiempo establecidos, tales como cada hora, por ejemplo.
La unidad de correspondencia del sector de fuente de calor 11 puede transmitir también una primera temperatura Tte1 de evaporación deseada decidida por los controladores del sector de uso 19a, 19b a cada una de las unidades de correspondencia del sector de uso 18a, 18b. La primera temperatura Tte1 de evaporación deseada se describe a continuación en la sección “-Controlador del sector de fuente de calor-.”
-Controlador del sector de fuente de calor-
El controlador del sector de fuente de calor 12 está configurado a partir de un microordenador compuesto por una CPU y memoria, y está provisto en el interior de la unidad de fuente de calor 2. El controlador del sector de fuente de calor 12 está conectado con el motor de compresión del sector de fuente de calor 21a, el mecanismo de conmutación del sector de fuente de calor 23, la válvula de expansión del sector de fuente de calor 25 y los diversos sensores 33 a 36 de la unidad de fuente de calor 2, tal como se muestra en la figura 2. El controlador del sector de fuente de calor 12 controla la velocidad de rotación del motor de compresión del sector de fuente de calor 21a, el estado de conmutación del mecanismo de conmutación del sector de fuente de calor 23, el grado de apertura de la válvula de expansión del sector de fuente de calor 25, y otros factores basándose en los resultados de detección de los diversos sensores 33 a 36.
Particularmente, el controlador del sector de fuente de calor 12 según la presente realización determina la primera temperatura Tte1 de evaporación deseada y controla la capacidad de funcionamiento del compresor del sector de fuente de calor 21 basándose en la primera temperatura Tte1 de evaporación deseada. Para realizar tal control, el controlador del sector de fuente de calor 12 principalmente funciona como una unidad de decisión de primera temperatura de evaporación 12a deseada (equivalente a parte de una unidad de decisión de temperatura) y un controlador de capacidad de funcionamiento 12b.
-Unidad de decisión de primera temperatura de evaporación deseada-
La unidad de decisión de primera temperatura de evaporación 12a deseada extrae un valor mínimo de las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas, calculadas respectivamente por los controladores del sector de uso 19a, 19b de cada una de las unidades de uso 4a, 4b, y decide este valor mínimo como la primera temperatura Tte1 de evaporación deseada. Es decir, la unidad de decisión de primera temperatura de evaporación 12a deseada hace de la menor de las segundas temperaturas de evaporación deseadas la primera temperatura Tte1 de evaporación deseada, entre la pluralidad de segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas, decididas basándose en las temperaturas Tsa, Tsb fijadas de cada una de las unidades de uso 4a, 4b.
-Controlador de capacidad de funcionamiento-
El controlador de capacidad de funcionamiento 12b controla la capacidad de funcionamiento del compresor del sector de fuente de calor 21, controlando la velocidad de rotación (es decir, la frecuencia de funcionamiento) del motor de compresión del sector de fuente de calor 21a, de modo que la temperatura Te de evaporación del refrigerante en cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b alcance la primera temperatura Tte1 de evaporación deseada. Es decir, en un sistema 1 en el que las temperaturas Tsa, Tsb fijadas del agua de enfriamiento en cada una de las unidades de uso 4a, 4b difieren de cada una de las unidades de uso 4a, 4b, el controlador de capacidad de funcionamiento 12b controla la capacidad de funcionamiento del compresor del sector de fuente de calor 21 basándose en la menor de las segundas temperaturas de evaporación deseadas (es decir, la
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las velocidades de rotación (es decir, las frecuencias de funcionamiento) de cada uno de los motores de bombas de circulación 44a, 44b, de modo que las diferencias Twa, Twb de temperatura de salida/entrada determinadas alcancen las diferencias Twsa, Twsb de temperatura predeterminadas, controlando de ese modo las capacidades de funcionamiento de cada una de las bombas de circulación 43a, 43b, y ajustando los caudales en los circuitos de medio acuoso 80a, 80b. Por ejemplo, cuando las diferencias Twa, Twb de temperatura de salida/entrada son mayores que las diferencias Twsa, Twsb de temperatura predeterminadas, los controladores de capacidad de bombeo 193a, 193b determinan que el caudal del medio acuoso que circula a través de los circuitos de medio acuoso 80a, 80b es bajo y aumentan las velocidades de rotación (es decir las frecuencias de funcionamiento) de los motores de bombas de circulación 44a, 44b, aumentando de ese modo las capacidades de funcionamiento de las bombas de circulación 43a, 43b. Por lo contrario, cuando las diferencias Twa, Twb de temperatura de salida/entrada son menores que las diferencias Twsa, Twsb de temperatura predeterminadas, los controladores de capacidad de bombeo 193a, 193b determinan que el caudal del medio acuoso que circula a través de los circuitos de medio acuoso 80a, 80b es alto y reducen las velocidades de rotación (es decir, las frecuencias de funcionamiento) de los motores de bombas de circulación 44a, 44b, reduciendo de ese modo las capacidades de funcionamiento de las bombas de circulación 43a, 43b.
Las diferencias Twsa, Twsb de temperatura predeterminadas en el presente documento se fijan de manera adecuada mediante cálculos de mesa, simulaciones, experimentos u otro procedimiento, basándose en las temperaturas Tsa, Tsb fijadas del medio acuoso, las capacidades de las bombas de circulación 43a, 43b, la información diversa del refrigerante del sector de fuente de calor (por ejemplo, el tipo de refrigerante, características y similares) y otros factores, por ejemplo.
Cuando las respectivas unidades de uso 4a, 4b están realizando la operación de enfriamiento por aire (es decir, la operación de enfriamiento de medio acuoso), la temperatura Te actual de evaporación es menor que las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas, calculadas en las respectivas unidades de uso 4a, 4b (Te < Tte2a, Tte2b), y las temperaturas Tw1a, Tw1b del medio acuoso en las salidas de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b son menores que las temperaturas Tsa, Tsb fijadas, predeterminadas en las respectivas unidades de uso 4a, 4b (Tw1a < Tsa, Tw1b < Tsb); cada uno de los controladores de capacidad de bombeo 193a, 193b realiza un control para variar las capacidades de funcionamiento de las bombas de circulación 43a, 43b en las respectivas unidades de uso 4a, 4b. Específicamente, cuando la temperatura Te de evaporación es menor que las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas (Te < Tte2a, Tte2b) y las temperaturas Tw1a, Tw1b del medio acuoso (es decir el agua de enfriamiento) en las salidas de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b son menores que las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas (Tw1a < Tsa, Tw1b < Tsb), cada uno de los controladores de capacidad de bombeo 193a, 193b controla las capacidades de funcionamiento de las bombas de circulación 43a, 43b, de modo que las temperaturas del medio acuoso en las entradas de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b (específicamente, los resultados de detección de los sensores de temperatura de entrada de medio acuoso 51a, 51b) alcancen valores obtenidos, restando las diferencias Twsa, Twsb de temperatura predeterminadas de las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas (Twra = Tsa -Twsa, Twrb = Tsb -Twsb). Las capacidades de funcionamiento de las bombas de circulación 43a, 43b se controlan en el presente documento para disminuirlas.
Particularmente, en la presente realización, el control de capacidad de funcionamiento de las bombas de circulación 43a, 43b mencionadas anteriormente se realiza después de que se haya realizado el control del grado de apertura de las válvulas de ajuste de caudal del sector de uso 42a, 42b, mediante los controladores del grado de apertura 192a, 192b, tal como se ha descrito anteriormente, y se realiza cuando las temperaturas Tw1a, Tw1b del medio acuoso en las salidas de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b son menores que las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas (Tw1a < Tsa, Tw1b < Tsb), con el fin de que la temperatura Te de evaporación sea menor que las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas (Te < Tte2a, Tte2b). Es decir, incluso si el caudal del refrigerante del sector de fuente de calor se reduce mediante el control del grado de apertura de las válvulas de ajuste de caudal del sector de uso 42a, 42b, en casos en los que todavía no haya habido una resolución de que las temperaturas Tw1a, Tw1b del medio acuoso en las salidas de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b sean iguales o menores que las temperaturas Tsa, Tsb fijadas del medio acuoso en las respectivas unidades de uso 4a, 4b, las velocidades de circulación del medio acuoso en los circuitos de medio acuoso 80a, 80b se controlan variando las capacidades de funcionamiento de las bombas de circulación 43a, 43b. Esto es debido a que hay un límite para aumentar la temperatura del medio acuoso en el control del grado de apertura de las válvulas de ajuste de caudal del sector de uso 42a, 42b y, por tanto, se controlan las capacidades de funcionamiento de las bombas de circulación 43a, 43b con el fin de compensarlas consecuentemente. Cuando el grado de sobrecalentamiento es demasiado grande, el aceite de máquina refrigerante se acumula en los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b que funcionan como evaporadores, y hay un riesgo de que el aceite de máquina refrigerante no sea devuelto al sector de la unidad de fuente de calor 2. Por tanto, en el sistema de bomba de calor 1 según la presente realización, las capacidades de funcionamiento de las bombas de circulación 43a, 43b se controlan con el fin de garantizar que el sistema 1 es fiable. Cuando el caudal del refrigerante del sector de fuente de calor se reduce mediante el control del grado de apertura de las válvulas de ajuste de caudal del sector de uso 42a, 42b, puede realizarse un control para reducir las capacidades de las bombas de circulación 43a, 43b debido a las diferencias Twa, Twb de temperatura de salida/entrada en el sector del medio acuoso en los
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intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b.
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A continuación, se describirá la acción del sistema de bomba de calor 1. La operación de suministro de agua caliente, la operación de calentamiento por aire y la operación de enfriamiento por aire son ejemplos de los tipos de operaciones del sistema de bomba de calor 1.
-Operación de suministro de agua caliente y operación de calentamiento por aire-
Durante la operación de suministro de agua caliente, o bien la operación de calentamiento por aire, en el circuito refrigerante del sector de fuente de calor 20, el mecanismo de conmutación del sector de fuente de calor 23 se conmuta al estado de operación de evaporación del sector de fuente de calor (el estado mostrado mediante las líneas discontinuas del mecanismo de conmutación del sector de fuente de calor 23 en la figura 1), y la válvula de expansión de retorno a admisión 26a se cierra. El intercambiador de calor del sector de fuente de calor 24 funciona como un evaporador y cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b funcionan como radiadores.
En el circuito refrigerante del sector de fuente de calor 20 en un estado de este tipo, el refrigerante del sector de fuente de calor de una presión constante en el ciclo de refrigeración se extrae a través del tubo de admisión del sector de fuente de calor 21c, hacia el compresor del sector de fuente de calor 21, se comprime a una alta presión en el ciclo de refrigeración, y entonces se descarga al tubo de descarga del sector de fuente de calor 21b. El refrigerante de alta presión del sector de fuente de calor descargado al tubo de descarga del sector de fuente de calor 21b tiene el aceite de máquina refrigerante separado en el separador de aceite 22a. El aceite de máquina de refrigeración separado del refrigerante del sector de fuente de calor en el separador de aceite 22a se devuelve al tubo de admisión del sector de fuente de calor 21c a través del tubo de retorno de aceite 22b. El refrigerante de alta presión del sector de fuente de calor, del cual se ha separado el aceite de máquina refrigerante, se envía a través del mecanismo de conmutación del sector de fuente de calor 23, el segundo tubo de refrigerante gaseoso del sector de fuente de calor 23b y la válvula de cierre del sector gaseoso 30, al tubo de comunicación de refrigerante gaseoso 14 de la unidad de fuente de calor 2.
El refrigerante de alta presión del sector de fuente de calor enviado al tubo de comunicación de refrigerante gaseoso 14 se envía a cada una de las unidades de uso 4a, 4b. El refrigerante de alta presión del sector de fuente de calor enviado a cada una de las unidades de uso 4a, 4b se envía cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b, por medio de cada uno de los tubos refrigerantes del sector de uso 46a, 46b. El refrigerante de alta presión del sector de fuente de calor enviado a cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b irradia calor en cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b, mediante intercambio de calor con el medio acuoso que circula respectivamente a través de los circuitos de medio acuoso 80a, 80b. Habiendo irradiado calor en cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b, el refrigerante de alta presión del sector de fuente de calor se envía desde cada una de las unidades de uso 4a, 4b al tubo de comunicación de refrigerante líquido 13 a través de las válvulas de ajuste de caudal del sector de uso 42a, 42b y los tubos refrigerantes del sector de uso 45a, 45b.
El refrigerante del sector de fuente de calor enviado al tubo de comunicación de refrigerante líquido 13 se envía a la unidad de fuente de calor 2. El refrigerante del sector de fuente de calor enviado a la unidad de fuente de calor 2 se envía a través de la válvula de cierre del sector líquido 29 al super-enfriador 27. El refrigerante del sector de fuente de calor enviado al super-enfriador 27 se envía a la válvula de expansión del sector de fuente de calor sin experimentar intercambio de calor en el super-enfriador 27, puesto que el refrigerante del sector de fuente de calor no fluye hasta el tubo de retorno a admisión 26 (es decir, la válvula de expansión de retorno a admisión 26a está cerrada). El refrigerante del sector de fuente de calor enviado a la válvula de expansión del sector de fuente de calor 25 se despresuriza en la válvula de expansión del sector de fuente de calor 25, en un estado bifásico gas-líquido a presión constante, y entonces se envía a través del tubo de refrigerante líquido del sector de fuente de calor 24a al intercambiador de calor del sector de fuente de calor 24. El refrigerante de baja presión enviado al intercambiador de calor del sector de fuente de calor 24 se evapora en el intercambiador de calor del sector de fuente de calor 24 mediante el intercambio de calor con aire exterior suministrado por el ventilador del sector de fuente de calor 32. El refrigerante de baja presión del sector de fuente de calor, evaporado en el intercambiador de calor del sector de fuente de calor 24, se envía a través del primer tubo de refrigerante gaseoso del sector de fuente de calor 23a y el mecanismo de conmutación del sector de fuente de calor 23, al acumulador del sector de fuente de calor 28. El refrigerante de baja presión del sector de fuente de calor enviado al acumulador del sector de fuente de calor 28 se extrae de nuevo hacia el compresor del sector de fuente de calor 21 a través del tubo de admisión del sector de fuente de calor 21c.
Tanto en la operación de suministro de agua caliente como en la operación de calentamiento por aire, la operación de calentamiento de medio acuoso se realiza en cada uno de los circuitos de medio acuoso 80a, 80b. Es decir, el medio acuoso que circula a través de ambos circuitos de medio acuoso 80a, 80b se calienta mediante la radiación de calor del refrigerante del sector de fuente de calor en cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso
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41a, 41b. El medio acuoso (es decir agua caliente) calentado en cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b, se extrae hacia cada una de las bombas de circulación 43a, 43b por medio de los respectivos tubos de salida de agua del sector de uso 48a, 48b y se aumenta su presión.
Durante la operación de suministro de agua caliente, cada uno de los mecanismos de conmutación de medio acuoso 161a, 161b se conmuta a un estado en el que el medio acuoso no se suministra a las unidades de enfriamiento/calentamiento de uso de agua 9a, 9b, sino que el medio acuoso se suministra solamente al sector de cada una de las unidades de almacenamiento de agua caliente 8a, 8b. Por tanto, durante la operación de suministro de agua caliente, el medio acuoso (es decir, agua caliente) que aumentó su presión mediante cada una de las bombas de circulación 43a, 43b se envía desde cada una de las unidades de uso 4a, 4b a cada una de las unidades de almacenamiento de agua caliente 8a, 8b por medio de los respectivos tubos de comunicación de medio acuoso 16a, 16b. El medio acuoso enviado a cada una de las unidades de almacenamiento de agua caliente 8a, 8b irradia calor en cada una de las bobinas de intercambio de calor 82a, 82b, mediante intercambio de calor con el medio acuoso en los depósitos de almacenamiento de agua caliente 81a, 81b. De ese modo, se calienta el medio acuoso en cada uno de los depósitos de almacenamiento de agua caliente 81a, 81b.
Durante la operación de calentamiento por aire, cada uno de los mecanismos de conmutación de medio acuoso 161a, 161b se conmuta a un estado en el que el medio acuoso se suministra, bien a las unidades de almacenamiento de agua caliente 8a, 8b y las unidades de enfriamiento/calentamiento de uso de agua 9a, 9b, o solamente a las unidades de enfriamiento/calentamiento de uso de agua 9a, 9b. Por tanto, durante la operación de calentamiento por aire, el medio acuoso (es decir, agua caliente) que aumentó su presión mediante cada una de las bombas de circulación 43a, 43b se envía desde las unidades de uso 4a, 4b por medio de los tubos de comunicación de medio acuoso 16a, 16b, respectivamente, bien a las unidades de almacenamiento de agua caliente 8a, 8b y las unidades de enfriamiento/calentamiento de uso de agua 9a, 9b, o solamente a las unidades de enfriamiento/calentamiento de uso de agua 9a, 9b. El medio acuoso (es decir, agua caliente) enviado a cada una de las unidades de almacenamiento de agua caliente 8a, 8b irradia calor en cada de las bobinas de intercambio de calor 82a, 82b mediante intercambio de calor con el medio acuoso en los depósitos de almacenamiento de agua caliente 81a, 81b. De ese modo, se calienta el medio acuoso en cada uno de los depósitos de almacenamiento de agua caliente 81a, 81b. El medio acuoso enviado a cada una de las unidades de enfriamiento/calentamiento de uso de agua 9a, 9b también irradia calor en los respectivos paneles de intercambio de calor 91a, 91b. De ese modo, se calienta la pared de la habitación o el suelo de la habitación.
-Operación de refrigeración por aire-
En este caso, en el circuito refrigerante del sector de fuente de calor 20, el mecanismo de conmutación del sector de fuente de calor 23 se conmuta al estado de operación de radiación de calor del sector de fuente de calor (el estado mostrado por las líneas continuas del mecanismo de conmutación del sector de fuente de calor 23 en la figura 1), y la válvula de expansión de retorno a admisión 26a se abre. El intercambiador de calor del sector de fuente de calor 24 funciona como un radiador, y cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b funciona como evaporador.
En el circuito refrigerante del sector de fuente de calor 20 en un estado de este tipo, el refrigerante de baja presión del sector de fuente de calor en el ciclo de refrigeración se extrae hacia el compresor del sector de fuente de calor 21 a través del tubo de admisión del sector de fuente de calor 21c y se comprime a una alta presión en el ciclo de refrigeración, y entonces se descarga al tubo de descarga del sector de fuente de calor 21b. El refrigerante de alta presión del sector de fuente de calor descargado al tubo de descarga del sector de fuente de calor 21b se separa del aceite de máquina refrigerante en el separador de aceite 22a. El aceite de máquina refrigerante separado del refrigerante del sector de fuente de calor en el separador de aceite 22a se devuelve al tubo de admisión del sector de fuente de calor 21c a través del tubo de retorno de aceite 22b. El refrigerante de alta presión del sector de fuente de calor, del cual se ha separado el aceite de máquina refrigerante, se envía a través del mecanismo de conmutación del sector de fuente de calor 23 y el primer tubo de refrigerante gaseoso del sector de fuente de calor 23a al intercambiador de calor del sector de fuente de calor 24. El refrigerante de alta presión del sector de fuente de calor enviado al intercambiador de calor del sector de fuente de calor 24 irradia calor en el intercambiador de calor del sector de fuente de calor 24 mediante intercambio de calor con el aire exterior suministrado por el ventilador del sector de fuente de calor 32. El refrigerante de alta presión del sector de fuente de calor que ha irradiado calor en el intercambiador de calor del sector de fuente de calor se envía a través de la válvula de expansión del sector de fuente de calor 25 al super-enfriador 27. El refrigerante del sector de fuente de calor enviado al super-enfriador 27 se enfría hasta un estado super-enfriado mediante intercambio de calor con el refrigerante del sector de fuente de calor, desviado desde el tubo de refrigerante líquido del sector de fuente de calor 24a hasta el tubo de retorno a admisión
26. El refrigerante del sector de fuente de calor que fluye a través el tubo de retorno a admisión 26 se devuelve al tubo de admisión del sector de fuente de calor 21c. El refrigerante del sector de fuente de calor enfriado en el superenfriador 27 se envía desde la unidad de fuente de calor 2 al tubo de comunicación de refrigerante líquido 13 a través del tubo de refrigerante líquido del sector de fuente de calor 24a y la válvula de cierre del sector líquido 29.
El refrigerante de alta presión del sector de fuente de calor, enviado desde la unidad de fuente de calor 2 al tubo de comunicación de refrigerante líquido 13, se envía a cada una de las unidades de uso 4a, 4b. El refrigerante de alta
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presión del sector de fuente de calor, enviado a cada una de las unidades de uso 4a, 4b, se envía a cada una de las válvulas 42a, 42b de ajuste de caudal del sector de uso, por medio de los respectivos tubos refrigerantes del sector de uso 45a, 45b. En las válvulas de ajuste de caudal del sector de uso 42a, 42b, el refrigerante de alta presión del sector de fuente de calor se despresuriza hasta un estado bifásico gas-líquido de baja presión, y se envía a cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b. El refrigerante de baja presión del sector de fuente de calor, enviado a cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b, se evapora mediante intercambio de calor con el medio acuoso que circula a través de los respectivos circuitos de medio acuoso 80a, 80b. El refrigerante de baja presión del sector de fuente de calor, evaporado en cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b, se envía al tubo de comunicación de refrigerante gaseoso 14 a través de los respectivos tubos refrigerantes del sector de uso 46a, 46b.
El refrigerante del sector de fuente de calor enviado al tubo de comunicación de refrigerante gaseoso 14 se envía a la unidad de fuente de calor 2. El refrigerante del sector de fuente de calor, enviado a la unidad de fuente de calor 2, se envía a través de la válvula de cierre del sector gaseoso 30, el segundo tubo de refrigerante gaseoso del sector de fuente de calor 23b y el mecanismo de conmutación del sector de fuente de calor 23, al acumulador del sector de fuente de calor 28. El refrigerante de baja presión del sector de fuente de calor enviado al acumulador del sector de fuente de calor 28 se extrae de nuevo hacia el compresor del sector de fuente de calor 21 a través del tubo de admisión del sector de fuente de calor 21c.
En cada uno de los circuitos de medio acuoso 80a, 80b, se realiza la operación de enfriamiento de medio acuoso. Específicamente, el medio acuoso que circula a través de los respectivos circuitos de medio acuoso 80a, 80b se enfría mediante la evaporación del refrigerante del sector de fuente de calor en cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b. El medio acuoso (es decir, agua de enfriamiento) enfriada en cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b, se extrae hacia cada una de las bombas de circulación 43a, 43b por medio de los respectivos tubos de salida de agua del sector de uso 48a, 48b y se aumenta su presión.
Durante la operación de enfriamiento por aire, cada uno de los mecanismos de conmutación de medio acuoso 161a, 161b se conmuta a un estado en el que el medio acuoso no se suministra al sector de cada una de las unidades de almacenamiento de agua caliente 8a, 8b, sino que el medio acuoso se suministra solamente a cada una de las unidades de enfriamiento/calentamiento de uso de agua 9a, 9b. Por tanto, durante la operación de enfriamiento por aire, el medio acuoso (es decir, agua de enfriamiento) que aumentó su presión mediante cada una de las bombas de circulación 43a, 43b, se envía desde cada una de las unidades de uso 4a, 4b hasta cada una de las unidades de enfriamiento/calentamiento de uso de agua 9a, 9b, respectivamente por medio de los tubos de comunicación de medio acuoso 16a, 16b. El medio acuoso (es decir, agua de enfriamiento) enviado a cada una de las unidades de enfriamiento/calentamiento de uso de agua 9a, 9b absorbe calor en los respectivos paneles de intercambio de calor 91a, 91b. De ese modo, se enfría la pared de la habitación o el suelo de la habitación.
-Flujo de acción global del sistema de bomba de calor 1-
Las figuras 4 y 5 son diagramas de flujo que muestran el flujo de la acción global del sistema 1 cuando el sistema de bomba de calor 1 según la presente realización está realizando la operación de enfriamiento por aire. A continuación en el presente documento, los grados de apertura de las válvulas de ajuste de caudal del sector de uso 42a, 42b están “abiertos” al comenzar, y se realiza el control de capacidad de funcionamiento de modo que las capacidades de funcionamiento de las bombas de circulación 43a, 43b alcancen una capacidad predeterminada.
Etapas S1 a S3: Un usuario o similar introduce las temperaturas Tsa, Tsb fijadas del medio acuoso en cada una de las unidades de uso 4a, 4b por medio de un controlador remoto (no mostrado) o similar (S1). En este caso, los controladores del sector de uso 19a, 19b que funcionan como las unidades de cálculo 191a, 191b de las segundas temperaturas de evaporación deseadas en cada una de las unidades de uso 4a, 4b calculan las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas en las respectivas unidades de uso 4a, 4b. En otras palabras, los controladores del sector de uso 19a, 19b calculan las temperaturas Te de evaporación, por lo cual las temperaturas del medio acuoso en las salidas de cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b alcanzarán las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas, y designan estas temperaturas como las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas (S2). Entonces, las unidades de correspondencia del sector de uso 18a, 18b de cada una de las unidades de uso 4a, 4b transmiten las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas, que son los resultados de cálculo, a la unidad de fuente de calor 2 (S4), y la unidad de correspondencia del sector de fuente de calor 11 de la unidad de fuente de calor 2 recibe esta transmisión (S3).
Etapas S4 a S5: En la unidad de fuente de calor 2, el controlador del sector de fuente de calor 12 que funciona como la unidad de decisión de la primera temperatura de evaporación deseada 12a decide, como la primera temperatura Tte1 de evaporación deseada, el valor mínimo entre las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas, calculadas por cada una de las unidades de uso 4a, 4b (S4). La unidad de correspondencia del sector de fuente de calor 11 transmite la primera temperatura Tte1 de evaporación deseada decidida a cada una de las unidades de uso 4a, 4b (S4), y las unidades de correspondencia del sector de uso 18a, 18b de cada una de las unidades de uso 4a, 4b reciben esta transmisión (S5).
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<Características>
El sistema de bomba de calor 1 tiene las siguientes características.
(1)
En el sistema de bomba de calor 1, cuando se está realizando la operación de enfriamiento por aire, el valor mínimo entre las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas, que permiten que las temperaturas Tw1a, Tw1b de cada medio acuoso en las salidas de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b de las unidades de uso 4a, 4b alcancen las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas, se decide como la primera temperatura Tte1 de evaporación deseada. Entonces, se realiza el control de capacidad de funcionamiento del compresor del sector de fuente de calor 21 de modo que las temperaturas Te de evaporación del refrigerante en cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b alcancen esta primera temperatura Tte1 de evaporación deseada. De ese modo, en el sistema de bomba de calor 1, en el que una pluralidad de unidades de uso 4a, 4b que tienen diferentes temperaturas Tsa, Tsb fijadas del medio acuoso están conectadas a una única fuente de calor, se suministra un medio acuoso de la temperatura óptima a cada una de las unidades de uso 4a, 4b. Por tanto, se puede impedir una ineficacia innecesaria, dado que es posible conseguir un sistema en el que agua de temperaturas independientes pueda usarse sin usar un procedimiento en el que la operación tiene lugar constantemente a la temperatura mínima del agua del medio acuoso, predicha entre todas las unidades de uso 4a, 4b.
El control de capacidad de funcionamiento del compresor del sector de fuente de calor 21 se realiza según los valores de las temperaturas Tsa, Tsb fijadas de modo que las temperaturas Te de evaporación del refrigerante en cada uno de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b alcancen la primera temperatura Tte1 de evaporación deseada, por lo cual las temperaturas Tw1a, Tw1b del medio acuoso en las salidas de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b pueden alcanzar las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas. En este caso, no hay necesidad de una válvula de paso o similar, que había sido necesaria en casos de uso del procedimiento en los que la operación tiene lugar constantemente a la temperatura mínima del agua del medio acuoso, y por tanto puede reducirse el coste del sistema de bomba de calor 1.
(2)
Cuando se realiza el control de capacidad de funcionamiento del compresor del sector de fuente de calor 21 de la unidad de fuente de calor 2 basándose en el valor mínimo (es decir, la primera temperatura Tte1 de evaporación deseada) entre las respectivas segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas entre la pluralidad de unidades de uso 4a, 4b, hay un riesgo, según las unidades de uso 4a, 4b, de que las temperaturas Te de evaporación sean menores que las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas correspondientes (Te < Tte2a, Tte2b) y las temperaturas Tw1a, Tw1b de salida del medio acuoso en los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b sean menores que las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas. Sin embargo, en este sistema de bomba de calor 1, cuando las temperaturas Te de evaporación son menores que las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas (Te < Tte2a, Tte2b) y las temperaturas Tw1a, Tw1b del medio acuoso en las salidas de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b son menores que las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas (Tw1a < Tsa, Tw1b < Tsb), se realiza el control para variar los grados de apertura de las válvulas de ajuste de caudal del sector de uso 42a, 42b. De ese modo, pueden controlarse los caudales del refrigerante del sector de fuente de calor que fluyen dentro de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b, y pueden ajustarse las temperaturas del medio acuoso emitidas desde cada una de las unidades de uso 4a, 4b.
(3)
Específicamente, cuando las temperaturas Te de evaporación son menores que las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas (Te < Tte2a, Tte2b) y las temperaturas Tw1a, Tw1b del medio acuoso en las salidas de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b son menores que las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas (Tw1a < Tsa, Tw1b < Tsb), se reducen los grados de apertura de las válvulas de ajuste de caudal del sector de uso 42a, 42b. De ese modo, se reducen los caudales del refrigerante que fluye dentro de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b, y las capacidades de intercambio de calor entre el refrigerante y el medio acuoso en los intercambiadores 41a, 41b de calor del sector de uso 41a, 41b disminuyen en comparación con antes de que se redujesen los grados de apertura de las válvulas de ajuste de caudal del sector de uso 42a, 42b. Por consiguiente, después de que el medio acuoso haya experimentado el intercambio de calor en los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b, las temperaturas del medio acuoso aumentan en comparación con antes de que se redujesen los grados de apertura de las válvulas de ajuste de caudal del sector de uso 42a, 42b. Por tanto, se optimizan las temperaturas del medio acuoso emitido desde cada una de las unidades de uso 4a, 4b.
(4)
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En este sistema de bomba de calor 1, cuando las temperaturas Te de evaporación en las unidades de uso 4a, 4b son menores que las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas (Te < Tte2a, Tte2b) y las temperaturas Tw1a, Tw1b de salida del medio acuoso en los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b son menores que las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas (Tw1a < Tsa, Tw1b < Tsb), se realiza el control para variar las capacidades de funcionamiento de las bombas de circulación 43a, 43b. De ese modo, pueden controlarse los caudales del medio acuoso que circula dentro de los circuitos de medio acuoso 80a, 80b, y pueden ajustarse las temperaturas del medio acuoso emitido desde cada una de las unidades de uso 4a, 4b.
(5)
Específicamente, cuando las temperaturas Te de evaporación en las unidades de uso 4a, 4b son menores que las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas (Te < Tte2a, Tte2b) y las temperaturas Tw1a, Tw1b de salida del medio acuoso en los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b son menores que las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas (Tw1a < Tsa, Tw1b < Tsb), se controlan las capacidades de funcionamiento de las bombas de circulación 43a, 43b de modo que las respectivas temperaturas Twra, Twrb de entrada de medio acuoso de los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b alcancen los valores obtenidos restando las diferencias Twsa, Twsb de temperatura predeterminadas de las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas. De ese modo, pueden controlarse las temperaturas Tw1a, Tw1b de salida del medio acuoso en los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b hasta temperaturas obtenidas sumando las diferencias Twsa, Twsb de temperatura predeterminadas a las temperaturas Twra, Twrb de entrada, es decir, las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas. Por tanto, se optimizan las temperaturas del medio acuoso emitido desde cada una de las unidades de uso 4a, 4b.
(6)
Particularmente, en este sistema de bomba de calor 1, cuando las temperaturas Te de evaporación en las unidades de uso 4a, 4b son menores que las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas (Te < Tte2a, Tte2b) y las temperaturas Tw1a, Tw1b de salida del medio acuoso en los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b son menores que las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas (Tw1a < Tsa, Tw1b < Tsb), en primer lugar, se realiza el control del grado de apertura de las válvulas de ajuste de caudal del sector de uso 42a, 42b. Dado que entonces las temperaturas Te de evaporación aún son menores que las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas (Te < Tte2a, Tte2b), incluso cuando se realiza el control del grado de apertura, el control se realiza para variar las capacidades de funcionamiento de las bombas de circulación 43a, 43b en casos en los que las temperaturas Tw1a, Tw1b de salida del medio acuoso en los intercambiadores de calor del sector de uso 41a, 41b no hayan alcanzado las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas. En otras palabras, en primer lugar, se ajustan los caudales del refrigerante que fluye a través de los intercambiadores de calor del sector de uso41a, 41b y cuando, a pesar de esto, las temperaturas Tw1a, Tw1b de salida del medio acuoso no alcanzan las temperaturas Tsa, Tsb fijadas predeterminadas, se ajustan los caudales del medio acuoso que circula dentro de los circuitos de medio acuoso 80a, 80b. De ese modo, pueden optimizarse de manera fiable las temperaturas del medio acuoso emitido desde cada una de las unidades de uso 4a, 4b.
<Modificaciones del sistema de bomba de calor 1 según la presente realización >
(A)
Con el sistema de bomba de calor 1 descrito anteriormente, se describió un caso en el que se calcularon las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas en el sector que tiene cada una de las unidades de uso 4a, 4b y se calculó la primera temperatura Tte1 de evaporación deseada en el sector que tiene la unidad de fuente de calor 2. Sin embargo, las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas de las unidades de uso 4a, 4b individuales pueden calcularse en el sector que tiene la unidad de fuente de calor 2 de la misma manera que la primera temperatura Tte1 de evaporación deseada.
La figura 6 muestra un diagrama esquemático del controlador del sector de fuente de calor 12 de este caso y los dispositivos que le rodean, y la figura 7 muestra un diagrama esquemático de los controladores del sector de uso 19a, 19b y los dispositivos que les rodean. En este caso, en vez de funcionar como la unidad de decisión de primera temperatura de evaporación deseada 12a de la figura 2 descrita anteriormente, el controlador del sector de fuente de calor 12 puede funcionar como una unidad de decisión de temperatura 12c para calcular las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas de las unidades de uso 4a, 4b individuales y decidir la primera temperatura Tte1 de evaporación deseada, tal como se muestra en la figura 6. Los controladores del sector de uso 19a, 19b pueden funcionar también como los controladores del grado de apertura 192a, 192b y los controladores de capacidad de bombeo 193a, 193b, tal como se muestra en la figura 7, sin funcionar como las unidades de cálculo de las segundas temperaturas de evaporación deseadas 191a, 191b, mostradas en la figura 3.
Cuando las segundas temperaturas Tte2a, Tte2b de evaporación deseadas de las unidades de uso 4a, 4b individuales se calculan en el sector que tiene la unidad de fuente de calor 2, cada de las temperaturas Tsa, Tsb fijadas, los estados del grado de apertura de cada una de las válvulas de ajuste de caudal del sector de uso 42a,
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