ES2952271T3

ES2952271T3 - Sistema de interconexión hidráulica para red térmica

Info

Publication number: ES2952271T3
Application number: ES20723177T
Authority: ES
Inventors: David Orlando
Original assignee: Apterix SA
Current assignee: Apterix SA
Priority date: 2019-05-13
Filing date: 2020-05-08
Publication date: 2023-10-30
Anticipated expiration: 2040-05-08
Also published as: WO2020229368A1; EP3969819B1; EP3969819A1; EP3969819C0

Abstract

Unidad de interconexión hidráulica (8) para un sistema de distribución de energía térmica (1) de un edificio conectado a una red de distribución remota de energía térmica de baja temperatura (2) ("red de energía monotubo"), comprendiendo el edificio una red térmica de alta temperatura. red de distribución de energía (3) ("red AT"), una red de agua caliente del edificio (4) y una bomba de calor (5). La unidad de interconexión hidráulica comprende: - un intercambiador de calor (14); - un circuito de conexión de alta temperatura (16) que pasa a través del intercambiador de calor (14) y que comprende una entrada (32a) y una salida (32b); - un circuito de conexión de baja temperatura (18) que comprende una entrada (34a) y una salida (34b), - un circuito de conexión de calefacción (20) que comprende una entrada (36a) y una salida (36b), y - una conexión de bomba de calor circuito (22) que comprende un circuito evaporador (22a) con una entrada (28a) y una salida (28b) y un circuito condensador (22b) con una entrada (30a) y una salida (30b), la entrada (36a) del el circuito de conexión de calefacción está conectado a la salida (30b) del circuito de condensación del circuito de conexión de bomba de calor (22), estando conectada la entrada (28a) del circuito de evaporador (22a) a la salida (34b) del circuito de baja temperatura. circuito de conexión (18). La unidad de interconexión hidráulica comprende además: - una primera válvula mezcladora (V1) que interconecta la entrada (34a) del circuito de conexión de baja temperatura (18) a la entrada (32a) del circuito de conexión de alta temperatura (16) y a la salida (28b) del circuito evaporador (22a) para poder inyectar fluido caloportador procedente del circuito de conexión de baja temperatura (18) al circuito de conexión de alta temperatura (16), y - una segunda válvula mezcladora (V2) interconectar la entrada (36a) del circuito de conexión de calefacción (20), mediante un bypass (38) que pasa por el intercambiador de calor (14), y la entrada (30a) del circuito condensador (22b), a la salida (36b) del circuito de conexión de calefacción (20) de manera que sea posible inyectar el fluido caloportador que pasa a través del intercambiador de calor (14) con el fluido caloportador que regresa del circuito condensador (22b). (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN

Sistema de interconexión hidráulica para red térmica

La presente invención se refiere a un sistema de interconexión hidráulica para redes de distribución de energía térmica, especialmente redes que comprenden bombas de calor acopladas a una red de distribución a distancia de baja temperatura. La red de distribución de energía térmica puede servir especialmente para el suministro de calor o frío a los edificios, por ejemplo edificios de un barrio urbano, conectados a la red.

Existen numerosos módulos de conexión hidráulica para bombas de calor, dispuestos para distribuir, en un circuito de calefacción clásico de un edificio, el agua caliente sanitaria y el agua caliente de calefacción del edificio. Algunos módulos hidráulicos comprenden también un intercambiador de calor que permite producir enfriamiento libre (conocido por la denominación en inglés «free cooling») por medio de un registro terrestre de tipo sondas verticales u horizontales.

Sin embargo, los sistemas convencionales no permiten integrar de manera eficaz redes de distribución de energía térmica a distancia (también denominadas redes de calefacción a distancia «CAD») con las redes de energía térmica locales, teniendo en cuenta las diferencias de temperaturas así como las variaciones de temperatura y los flujos de los fluidos caloportadores posibles entre las diversas redes según las condiciones, por ejemplo las condiciones de uso, meteorológicas y geotérmicas.

En particular, la conciliación de las redes de distribución de energía térmica a distancia de baja temperatura (denominadas «red de anergía») y las bombas de calor conectadas en esta red de anergía con una gran resiliencia y una eficiencia máxima no se ha conseguido con los sistemas existentes. Para una gran resiliencia y una eficiencia máxima es crucial asegurarse de que las temperaturas medias de funcionamiento de los registros terrestres son positivas con el fin de evitar la congelación del subsuelo, lo que tendría consecuencias que pueden ser muy negativas en el rendimiento y la resiliencia de dicha red de distribución de energía térmica.

Una red de anergía comprende normalmente un tubo en el que circula un fluido caloportador conectado a una pluralidad de clientes consumidores de energía y uno o varios productores de energía. Existen varias formas de conectar hidráulicamente las instalaciones de los clientes o productores al tubo (también denominado «monotubo») de la red de anergía. El principio más simple es el circuito en serie, en el que la red monotubo se conecta en serie en las instalaciones de los clientes consumidores de energía. Un inconveniente de este esquema es que las últimas instalaciones tendrán potencialmente menos calor. Otro inconveniente es que la necesidad de bombeo para hacer circular el agua será importante a causa de las pérdidas de carga lineal y singular que se acumulan.

Otro principio muy usado hoy en día es la conexión en serie con una válvula de derivación que permite transferir mejor la energía de calor hasta los últimos clientes. Las pérdidas de carga de la red y el coste adicional del material siguen siendo, pese a ello, importantes.

Se describen ejemplos de sistemas de interconexión hidráulicos para redes de distribución de energía térmica en los documentos CH712729A1 y EP2354677A1.

Un objeto general de la invención es suministrar un sistema de interconexión hidráulico para redes de distribución de energía térmica que palie los inconvenientes de los sistemas existentes.

Un primer objeto particular de la invención es permitir una integración eficaz y resiliente de una red de distribución de energía térmica a distancia de baja temperatura con una red de energía térmica local con una bomba de calor, por ejemplo una red de energía térmica de un edificio.

Un segundo objeto particular de la invención es suministrar una conexión hidráulica que permita conectar hidráulicamente las instalaciones de los clientes o productores al tubo de la red de anergía que presenta una alta eficiencia y una buena resiliencia de la red.

Los objetos de la invención se realizan mediante una unidad de interconexión hidráulica según la reivindicación 1.

Los objetos de la invención se realizan mediante un procedimiento de funcionamiento de una unidad de interconexión hidráulica según la reivindicación 4.

Los objetos de la invención se realizan mediante un sistema de distribución de energía térmica de un edificio según la reivindicación 12.

Las reivindicaciones dependientes describen características ventajosas de la invención.

En la presente invención se describe una unidad de interconexión hidráulica para un sistema de distribución de energía térmica de un edificio conectado a una red de distribución a distancia de energía térmica de baja temperatura («red de anergía monotubo»), comprendiendo el edificio una red de distribución de energía térmica de alta temperatura («red AT»), una red de agua caliente del edificio y una bomba de calor. La unidad de interconexión hidráulica comprende: - un intercambiador de calor;

- un circuito de conexión de alta temperatura que pasa a través del intercambiador de calor y que comprende una entrada y una salida;

- un circuito de conexión de baja temperatura que comprende una entrada y una salida;

- un circuito de conexión de calefacción que comprende una entrada y una salida; y

- un circuito de conexión de bomba de calor que comprende un circuito evaporador con una entrada y una salida y un circuito condensador con una entrada y una salida, estando la entrada del circuito de conexión de calefacción conectada a la salida del circuito de conexión de bomba de calor, estando la entrada del circuito evaporador conectada a la salida del circuito de conexión de baja temperatura.

La unidad de interconexión hidráulica comprende además:

- una primera válvula mezcladora que interconecta la entrada del circuito de conexión de baja temperatura con la entrada del circuito de conexión de alta temperatura y con la salida del circuito evaporador de manera que puede inyectar el fluido caloportador que proviene del circuito de conexión de baja temperatura en el circuito de conexión de alta temperatura, y

- una segunda válvula mezcladora que interconecta la entrada del circuito de conexión de calefacción, por medio de una derivación que pasa por el intercambiador de calor, y la entrada del circuito condensador, con la salida del circuito de conexión de calefacción con el fin de poder inyectar el fluido caloportador que pasa por el intercambiador de calor con el fluido caloportador que vuelve del circuito condensador.

En una realización ventajosa, el circuito evaporador comprende una bomba instalada en la unidad de interconexión hidráulica para la circulación del fluido caloportador del circuito evaporador.

En una realización ventajosa, el circuito condensador comprende una bomba instalada en la unidad de interconexión hidráulica para la circulación del fluido caloportador del circuito condensador.

En la presente invención se describe también un procedimiento de funcionamiento de una unidad de interconexión hidráulica, que comprende varios modos de funcionamiento, comprendiendo un modo de funcionamiento la producción de agua caliente para la red de agua caliente del edificio, en la que el circuito de conexión de baja temperatura está conectado a la red de anergía que suministra la energía necesaria para el circuito evaporador de la bomba de calor, llevando el circuito condensador de la bomba de calor la temperatura del fluido caloportador de la red de agua caliente del edificio a la temperatura deseada para permitir alcanzar una referencia de temperatura elegida, estando la primera válvula mezcladora en una posición en la que la desviación del fluido caloportador del circuito de conexión de baja temperatura a través del intercambiador de calor está cerrada, y estando la segunda válvula mezcladora en una posición en la que la desviación del fluido caloportador del circuito de conexión de calefacción a través del intercambiador de calor está cerrada.

En una realización ventajosa, un modo de funcionamiento comprende la producción de agua caliente para la red de agua caliente del edificio usando la red de distribución de energía térmica de alta temperatura, realizándose la transferencia energética por medio del intercambiador de calor, de manera que la transferencia térmica es controlada por la modulación de velocidad de una bomba de circulación del circuito de agua de calefacción y/o la modulación de velocidad de una bomba de circulación del fluido caloportador del circuito AT.

En una realización ventajosa, un modo de funcionamiento comprende la producción de agua caliente para la red de agua caliente del edificio con un modo de seguridad cuando la temperatura de la red de anergía es inferior a 0°C, tal que las dos válvulas mezcladoras están controladas por un sistema de medida, control y regulación (MCR) conectado eléctricamente a la unidad de interconexión hidráulica para ajustar la transferencia térmica del circuito condensador de la bomba de calor al circuito evaporador por medio del intercambiador de calor con el fin de mantener una temperatura del fluido caloportador a la salida del circuito evaporador a una temperatura constante, tal que el caudal de los dos fluidos caloportadores del circuito condensador y del circuito evaporador se ajusta para permitir obtener dicha temperatura.

En una realización ventajosa, un modo de funcionamiento comprende un enfriamiento natural sin el funcionamiento de la bomba de calor («free cooling»), según el cual la producción de agua fría necesaria para el circuito de conexión de calefacción es traída de la red de anergía, siendo el fluido caloportador del circuito de conexión de baja temperatura acoplado a la red de anergía desviado, al menos en parte, por la segunda válvula mezcladora a través del intercambiador de calor, y el fluido caloportador del circuito de conexión de calefacción es desviado, al menos en parte, por la primera válvula mezcladora a través del intercambiador de calor, de manera que el caudal de los dos fluidos caloportadores se ajusta para permitir obtener la temperatura de referencia deseada.

En una realización ventajosa, un modo de funcionamiento comprende la producción de frío por medio de la red de distribución de energía térmica de alta temperatura acoplada a una fuente de frío, realizándose la transferencia energética por medio del intercambiador de calor y controlándose por la modulación de velocidad de una bomba de circulación del circuito de agua de calefacción y/o la modulación de velocidad de una bomba de circulación del fluido caloportador del circuito AT.

En una realización ventajosa, un modo de funcionamiento comprende la producción de agua caliente para la red de agua caliente del edificio usando la red de distribución de energía térmica de alta temperatura en combinación con la bomba de calor, siendo el fluido caloportador de la red de distribución de energía térmica de alta temperatura inyectado en el circuito evaporador de la bomba de calor, con el circuito de conexión de baja temperatura acoplado a la red de anergía en marcha.

En una realización ventajosa, un modo de funcionamiento comprende la producción de agua caliente para la red de agua caliente del edificio usando la red de distribución de energía térmica AT en combinación con la bomba de calor, siendo el gradiente de temperatura del fluido caloportador que proviene de la red AT más elevado que el gradiente de temperatura producido por la bomba de calor, estando la transferencia térmica por medio del intercambiador de calor controlada con la modulación de la segunda válvula mezcladora.

En una realización ventajosa, un modo de funcionamiento comprende la producción de agua caliente para la red de agua caliente del edificio usando la red de distribución de energía térmica AT en combinación con la bomba de calor para el suministro a otro edificio, de manera que una parte de la energía necesaria para la red AT es producida por la bomba de calor, siendo el gradiente de temperatura del fluido caloportador que proviene de la red AT menos elevado que el gradiente producido por la bomba de calor, estando la transferencia térmica por medio del intercambiador de calor controlada con la modulación de la segunda válvula mezcladora.

En la presente invención, según un segundo aspecto de la invención, se describe un sistema de conexión de un circuito hidráulico de una red de anergía a una unidad de interconexión hidráulica de un edificio, por medio de un intercambiador de calor, que comprende un dispositivo de bifurcación que incluye dos racores de bifurcación de tres vías que interconectan un tubo principal de la red de anergía a dos tubos de bifurcación conectados hidráulicamente al intercambiador de calor, comprendiendo el racor de bifurcación de tres vías una parte de tubo en línea montada en línea con el tubo principal de la red de anergía y una parte de tubo en ángulo orientado de tal forma que el sentido del fluido caloportador de la red de anergía tenga un ángulo de derivación de salida del tubo principal, respectivamente de entrada en el tubo principal, de entre 30 grados y 60 grados, preferentemente de aproximadamente 45 grados.

En una realización ventajosa, el sistema comprende una válvula de cierre en al menos uno de dichos tubos de bifurcación.

En la presente invención, el sistema de distribución de energía térmica de un edificio comprende una unidad de interconexión hidráulica como se describe anteriormente y un sistema de conexión de un circuito hidráulico como se describe anteriormente.

En una realización ventajosa, el sistema de distribución de energía térmica comprende además un sistema de medida, control y regulación (MCR) conectado eléctricamente a la unidad de interconexión hidráulica para controlar las bombas y válvulas de la unidad de interconexión hidráulica en función de las temperaturas medidas y de las referencias de control de funcionamiento del sistema.

Otros objetos y aspectos ventajosos de la invención se desprenderán de la lectura de las reivindicaciones y/o de la descripción detallada que se ofrece a continuación de realizaciones de la invención en relación con las figuras, en las que:

La Fig. 1 es una vista esquemática de un sistema de distribución de energía térmica que comprende una unidad de interconexión hidráulica según una realización de la invención;

La Fig. 1a es una vista esquemática de una porción de circuito de interfaz entre una red de distribución a distancia de energía térmica de baja temperatura (red de anergía) y una unidad de interconexión hidráulica según una realización de la invención;

La Fig. 2a es una vista esquemática de una unidad de interconexión hidráulica según una realización de la invención, que ilustra las entradas y salidas;

La Fig. 2b es una vista esquemática de una unidad de interconexión hidráulica según una realización de la invención, que ilustra esquemáticamente el circuito hidráulico del sistema;

Las Fig. 3a a 3h son vistas de la unidad de interconexión hidráulica de las figuras 2a y 2b, que ilustran diferentes modos de funcionamiento del sistema según las realizaciones de la invención;

La Fig. 4 es una vista de un dispositivo de bifurcación hidráulico para la conexión de un monotubo a una instalación de consumidor según una realización de la invención;

Las Fig. 5a a 5b son esquemas simplificados que ilustran modos de operación del dispositivo de bifurcación hidráulico de la figura 4;

La figura 6a ilustra un ejemplo de una válvula mezcladora de tres vías usada en una unidad de interconexión hidráulica según una realización de la invención;

La figura 6b ilustra los caudales de los circuitos de la válvula de la figura 6a en función de la posición de la válvula.

En referencia a las figuras, empezando por la figura 1, un sistema de distribución 5 de energía térmica 1 comprende una unidad de interconexión hidráulica 8 conectada hidráulicamente a una red de distribución a distancia de energía térmica de baja temperatura 2, denominada red de anergía, una red de distribución de energía térmica de alta temperatura 3, una red de agua caliente del edificio 4 y una bomba de calor 5. El sistema de distribución de energía térmica 1 comprende además un sistema de medida, control y regulación (sistema MCR) 6 conectado eléctricamente a la unidad de interconexión hidráulica 8 para, entre otros, controlar las bombas y válvulas de la unidad de interconexión hidráulica.

El sistema de distribución de energía térmica 1 puede comprender además un intercambiador de calor 7 que acopla la red de anergía 2 a la unidad de interconexión hidráulica 8.

La bomba de calor comprende un circuito evaporador 5a y un circuito condensador 5b. El circuito evaporador 5a es la parte de baja presión de la bomba de calor y el circuito condensador 5b es la parte de alta presión de la bomba de calor. La bomba de calor puede ser una bomba de calor geotérmica o una bomba de calor de aire.

El circuito evaporador 5a comprende una entrada 28a y una salida 28b, conectadas a la red de anergía 2 por medio del intercambiador de calor 7, así como a la red AT 3.

El circuito condensador 5b comprende una entrada 30a y una salida 30b, conectadas a la red de agua caliente del edificio 4.

La red de anergía 2 comprende al menos un tubo, que aquí se denominará «monotubo», en el que circula un fluido caloportador entre al menos un emisor de calor y una pluralidad de consumidores de calor situados a distancia del emisor. La red de anergía 2 es normalmente una red urbana que interconecta una pluralidad de edificios de un barrio residencial o industrial, o de un barrio mixto residencial e industrial. La red de anergía está en gran parte enterrada y puede usar el suelo para acumular energía térmica, por ejemplo debido a la producción de calor solar en verano o para un enfriamiento de los edificios, o para liberar energía térmica, por ejemplo en invierno para calentar los edificios o el agua sanitaria. Las redes de distribución a distancia de energía térmica de baja temperatura 2 de este tipo son conocidas de por sí y no es necesario describirlas en detalle en la presente invención.

La red de anergía 2 puede acoplarse ventajosamente a la unidad de interconexión hidráulica 8 por un intercambiador de calor 7, de manera que el fluido caloportador de la red de anergía es independiente del fluido caloportador que circula en la unidad de interconexión hidráulica 8.

El fluido caloportador que circula en la red de anergía 2 puede ser normalmente agua o salmuera. La salmuera permite que la red de anergía haga circular el fluido caloportador a temperaturas inferiores a 0°C.

El fluido caloportador que circula en el intercambiador de calor 7 en el lado de la unidad de interconexión hidráulica 8, y que circula también en un circuito evaporador 5a de la bomba de calor 5 y en la red AT 3, debe poder soportar temperaturas inferiores a 0°C y superiores a la temperatura de la red AT 3, especialmente en una gama de temperaturas comprendida normalmente entre -20°C y 90°C. Este fluido puede ser, por ejemplo, agua glicolada, bien conocida en los sistemas térmicos.

La red de distribución de energía térmica de alta temperatura 3 comprende al menos dos tubos 26a, 26b en los que circula, en circuito cerrado, un fluido caloportador entre la unidad de interconexión hidráulica 8 y una fuente de calor alta temperatura (AT), tal como un generador térmico fotovoltaico, solar o de combustible. La fuente de calor AT puede ser una fuente de calor local, en concreto, una fuente de energía generada en el edificio en el que se encuentra la unidad de interconexión hidráulica 8, o una fuente de calor a distancia, por ejemplo resultante de una operación industrial, tal como una fábrica de transformación de materiales, o de una central de producción de energía. En este último caso, el circuito cerrado de la red AT conectado a la unidad de interconexión hidráulica puede acoplarse a la fuente de calor producido a distancia por un intercambiador de calor (variante no ilustrada), de manera que el circuito cerrado de la red AT 3 esté dispuesto localmente (en el edificio en el que está montada la unidad de interconexión, preferentemente cerca de la unidad de interconexión 8).

La red de agua caliente del edificio 4 puede comprender normalmente una red de calefacción del edificio 4a y una red de agua caliente sanitaria (red ACS) 4b, que puede comprender por ejemplo uno o varios termos para el almacenamiento de agua caliente sanitaria. El termo ACS puede comprender además un elemento de calentamiento eléctri

ca

fuera de la unidad de interconexión hidráulica 8. Los circuitos de la red de calefacción del edificio 4a y de la red ACS 4b también pueden ser independientes hidráulicamente entre sí, por ejemplo acoplando el circuito de calefacción con el circuito ACS por medio de un intercambiador de calor (variante no ilustrada).

El sistema MCR 6 se instala normalmente y preferentemente en el edificio en el que está montada la unidad de interconexión, y se conecta a diversas sondas de temperatura (incluida una sonda exterior) y a las diversas unidades del sistema de distribución de energía térmica en el edificio, para la regulación de la unidad de interconexión hidráulica 8 y la bomba de calor 5 así como de las válvulas y bombas de la red de agua caliente del edificio 4, la red AT 3 y el circuito de conexión de baja temperatura 18 acoplado a la red de anergía 2.

La unidad de interconexión hidráulica 8 comprende un intercambiador de calor 14, un circuito de conexión de alta temperatura 16 que comprende una entrada 32a y una salida 32b, un circuito de conexión de baja temperatura 18 que comprende una entrada 34a y una salida 34b, un circuito de conexión de calefacción 20 que comprende una entrada 36a y una salida 36b y un circuito de conexión de bomba de calor 22. El circuito de conexión de bomba de calor, como se menciona anteriormente, comprende un circuito evaporador 22a con una entrada 28a y una salida 28b y un circuito condensador 22b con una entrada 30a y una salida 30b.

El uso de los términos «entrada» y «salida» anteriores indica la entrada de fluido, respectivamente la salida de fluido, de la unidad de interconexión hidráulica.

El término «circuito de conexión» usado en la presente descripción puede comprender solo una pequeña porción de conducto, o varias porciones de conducto, de manera que un «circuito de conexión» se define principalmente por su entrada y su salida de la unidad de interconexión hidráulica.

La unidad de interconexión hidráulica 8 comprende además válvulas mezcladoras V1, V2.

Una válvula mezcladora V1 interconecta la entrada 34a del circuito de conexión de baja temperatura 18 a la entrada 32a del circuito de conexión de alta temperatura 16 y a la salida 28b del circuito evaporador 28b de manera que puede inyectar el fluido caloportador que proviene de la red de baja temperatura 18 en la red AT 3 que pasa a través del intercambiador de calor 14, de forma que disminuye la transferencia de energía al circuito de conexión de calefacción 20 y aumenta la energía conservada en el circuito evaporador 22a.

Una segunda válvula mezcladora V2 interconecta la entrada 36a del circuito de conexión de calefacción 20, por medio de una derivación 38 que pasa por el intercambiador de calor 14, y la entrada 30a del circuito condensador 22b de la bomba de calor 5, con la salida 36b del circuito de conexión de calefacción 20 con el fin de poder inyectar el fluido caloportador que pasa por el intercambiador de calor 14 con el fluido caloportador que vuelve del circuito condensador de la bomba de calor.

En la figura 6a se ilustra un ejemplo de una válvula mezcladora de tres vías, que muestra tres posiciones diferentes de la válvula: (i) circuito A conectado con la salida con circuito B cerrado (90°), (ii) circuito B conectado con la salida con circuito A cerrado (0°) y (iii) los dos circuitos A, B conectados con la salida (45°) para una mezcla de los flujos de los dos circuitos. La figura 6b ilustra los caudales de los circuitos A y B en función de la posición de la válvula.

Los circuitos evaporador 22a y condensador 22b pueden comprender cada uno una bomba P1, P2 instalada en la unidad de interconexión hidráulica para la circulación del fluido caloportador. Sin embargo, en una variante, las bombas pueden también disponerse fuera de la unidad de interconexión hidráulica 8.

En referencia a la figura 3a, en un primer modo de funcionamiento tiene lugar la producción de calefacción y la producción de agua caliente sanitaria. El circuito de conexión de baja temperatura 18 está conectado a la red de anergía 2 que suministra la energía necesaria para el circuito evaporador 22a de la bomba de calor 5. El circuito condensador 22b de la bomba de calor lleva la temperatura del fluido caloportador de la red de agua caliente del edificio 4 a la temperatura deseada para permitir alcanzar la referencia de temperatura elegida. Sucede lo mismo para la obtención de la temperatura deseada para la producción del agua caliente sanitaria. En este modo, la válvula mezcladora V1 está en una posición en la que la desviación del fluido caloportador del circuito de conexión de baja temperatura 18 a través del intercambiador de calor 14 está cerrada, y la válvula mezcladora V2 está en una posición en la que la desviación del fluido caloportador del circuito de conexión de calefacción 20 a través del intercambiador de calor 14 está cerrada.

En referencia a la figura 3b, en un segundo modo de funcionamiento tiene lugar el calentamiento por la red de distribución de energía térmica de alta temperatura 3 de la red de agua caliente del edificio 4. En este modo de funcionamiento, la energía necesaria para el agua de calefacción del edificio y el agua caliente sanitaria es producida por una unidad distinta a la bomba de calor. La transferencia energética se realiza por medio del intercambiador de calor 14, de manera que la transferencia térmica se controla mediante la modulación de velocidad de la bomba P2 de circulación del circuito de agua de calefacción y/o la modulación de velocidad de una bomba P5 (véase fig. 1) de circulación del fluido caloportador del circuito AT 3.

En referencia a la figura 3c, en un tercer modo de funcionamiento tiene lugar el calentamiento de agua de calefacción y de agua caliente sanitaria con un modo de seguridad cuando la temperatura de la red de anergía 2 es inferior a 0°C. En este caso, las dos válvulas mezcladoras V1, V2, son controladas por un autómata programable del MCR 6 para ajustar la transferencia térmica del circuito condensador 5b de la bomba de calor al circuito evaporador 5a por medio del intercambiador de calor 14 con el fin de mantener una temperatura del fluido caloportador a la salida 28b a una temperatura constante, por ejemplo a una temperatura de -5°C. El caudal de los dos fluidos caloportadores se ajustará para permitir obtener la temperatura de referencia deseada. En este modo de funcionamiento, el circuito de conexión de alta temperatura 16 puede estar en parada (es decir, la bomba P5 está parada y no hay circulación de fluido caloportador a alta temperatura).

En referencia a la figura 3d, en un cuarto modo de funcionamiento tiene lugar un enfriamiento natural sin el funcionamiento de la bomba de calor («free cooling»). La producción de agua fría necesaria para el circuito de conexión de calefacción es traída de la red de anergía cuya temperatura es inferior en verano a la temperatura del aire exterior y así se permite una transferencia del calor de la red de agua caliente del edificio 4 a la red de anergía 2. Las dos válvulas mezcladoras V1, V2 por medio de su control progresivo controlado por un autómata programable ajustarán la transferencia térmica por medio del intercambiador de calor 14. El fluido caloportador del circuito de conexión de baja temperatura 18 acoplado a la red de anergía 2 es desviado, al menos en parte, por la válvula mezcladora V2 a través del intercambiador de calor 14, y el fluido caloportador del circuito de conexión de calefacción 20 es desviado, al menos en parte, por la válvula mezcladora V1 a través del intercambiador de calor 14. El caudal de los dos fluidos caloportadores se ajusta para permitir obtener la temperatura de referencia deseada. En este modo de funcionamiento, el circuito de conexión de alta temperatura 16 está en parada, y la bomba de calor 5 está parada.

En referencia a la figura 3e, en un quinto modo de funcionamiento tiene lugar la producción de frío por medio de la red de distribución de energía térmica de alta temperatura 3. En este modo de funcionamiento, la producción de agua fría necesaria para la red de agua caliente del edificio 4 es producida, al menos en parte, por una fuente de frío que proviene de la red de distribución de energía térmica de alta temperatura 3, no por la bomba de calor. La transferencia energética se realiza por medio del intercambiador de calor 14. La transferencia térmica puede controlarse mediante la modulación de velocidad de la bomba P2 de circulación del circuito de agua de calefacción y/o la modulación de velocidad de la bomba P5 (véase fig. 1) de circulación del fluido caloportador del circuito AT 3. En este modo de funcionamiento, el circuito de conexión de baja temperatura 18 acoplado a la red de anergía 2 puede estar en parada, y la bomba de calor 5 está parada. En una variante, también es posible hacer funcionar el circuito de baja temperatura 18 (como para el modo «free cooling») además de la red AT.

En referencia a la figura 3f, en un sexto modo de funcionamiento tiene lugar la producción de agua de calefacción y de agua caliente sanitaria usando la red de distribución de energía térmica de alta temperatura 3 en combinación con la bomba de calor 5, lo que permite producir más calor que la potencia nominal de la bomba de calor 5. El fluido caloportador de la red de distribución de energía térmica de alta temperatura 3 es inyectado en el circuito evaporador de la bomba de calor, lo que permite aumentar la energía transferida del circuito evaporador al circuito condensador. En este modo de funcionamiento, el circuito de conexión de baja temperatura 18 acoplado a la red de anergía 2 está en marcha.

En referencia a la figura 3g, en un séptimo modo de funcionamiento tiene lugar la producción de agua de calefacción y de agua caliente sanitaria usando la red de distribución de energía térmica de alta temperatura 3 en combinación con la bomba de calor 5, en el que el gradiente de temperatura del fluido caloportador que proviene de la red AT 3 es más elevado que el gradiente de temperatura producido por la bomba de calor. La transferencia se realiza por medio del intercambiador de calor 14 con la modulación de la válvula mezcladora V2. Con esta combinación es posible producir más calor que la potencia nominal de la bomba de calor 5.

En referencia a la figura 3h, en un octavo modo de funcionamiento tiene lugar la producción de agua de calefacción y de agua caliente sanitaria usando la red de distribución de energía térmica de alta temperatura 3 en combinación con la bomba de calor 5 para el suministro a otro edificio o unidad defectuosa (modo denominado «maestro-esclavo»). En este modo de funcionamiento, una parte de la energía necesaria para la red AT 3 es producida por la bomba de calor 5, siendo el gradiente de temperatura del fluido caloportador que proviene de la red AT menos elevado que el gradiente producido por la bomba de calor 5. La transferencia se realiza por medio del intercambiador de calor 14 con la modulación de la válvula mezcladora V2. Con esta combinación es posible producir calor para una unidad que es defectuosa a través de la red AT.

En referencia a las figuras 4 y 5a a 5c, se ilustra un dispositivo de bifurcación (derivación) 10 de un circuito hidráulico, especialmente del circuito hidráulico de la red de anergía 2. El dispositivo de bifurcación permite conectar la red de anergía 2 a una unidad de interconexión hidráulica 8 de un edificio, especialmente por medio del intercambiador de calor 7.

El dispositivo de bifurcación 10 comprende dos racores de bifurcación de tres vías 12 que interconectan un tubo principal 24 a dos tubos de bifurcación 15a, 15b conectados hidráulicamente al intercambiador de calor 7 acoplado al circuito de conexión de baja temperatura 18 de la unidad de interconexión hidráulica 8.

El racor de bifurcación de tres vías 12 comprende una parte de tubo en línea 12a y una parte de tubo en ángulo 12b. La parte de tubo en línea 12a está montada en línea con el monotubo 24 de la red de anergía 2, de manera que los empalmes en los extremos de la parte de tubo en línea 12a tienen un diámetro nominal del tubo 24 de la red de anergía.

La parte de tubo en ángulo 12b puede tener un diámetro menor que el monotubo 12a y está orientada de tal forma que el sentido del fluido caloportador de la red de anergía 2 tenga un ángulo de derivación de salida del tubo 24, respectivamente de entrada en el tubo 24, de entre 30 grados y 60 grados, preferentemente de aproximadamente 45 grados.

El ángulo de derivación de la parte de tubo en ángulo 12 permite reducir la pérdida de carga en el flujo de líquido caloportador de la red de anergía reduciendo la turbulencia en los flujos lineal y derivados.

Un tubo de unión 17 entre los dos racores de bifurcación de tres vías 12 puede tener un diámetro nominal idéntico al tubo 24 de la red de anergía con una longitud mínima que permite una distancia mínima entre los dos tubos que salen de la bifurcación 15a, 15b con el fin de permitir la colocación de las dos válvulas de cierre Va, Vb, una en cada tubo de bifurcación 15a, 15b.

En una variante, los dos racores de bifurcación 12 y el tubo de unión 17 pueden estar hechos de una sola pieza.

La parte de tubo en ángulo 12b está conectada a uno de los tubos de bifurcación 15a, 15b por medio de un tubo de unión acodado 13 que permite conectar el racor a los tubos de bifurcación que se extienden ortogonalmente con respecto al monotubo 24 de la red de anergía 2.

En una variante, el racor de bifurcación 12 y el tubo de unión acodado 13 pueden estar hechos de una sola pieza.

En una variante, el conjunto formado por los dos racores de bifurcación 12, el tubo de unión 17 y los tubos de unión acodados 13 puede estar hecho de una sola pieza.

El dispositivo de bifurcación 10 permite ventajosamente una derivación hidráulica del fluido caloportador que circula en la red de anergía 2 según las necesidades reduciendo al mínimo la pérdida de carga.

En referencia a la figura 5a, cuando no se recibe ninguna demanda de energía por parte de una unidad de interconexión hidráulica 8 de un edificio, todo el flujo caloportador pasa al tubo principal 24 de la red de anergía 2 sin derivación hacia la unidad de interconexión hidráulica 8. De esta forma, la eficiencia es máxima, ya que no se usa ningún consumo parásito para dar suministro a un edificio que no requiere energía de la red de anergía 2. La bomba P4 en la red de anergía 4, que puede estar controlada, por ejemplo, por un autómata programable por medio de un variador de frecuencia, funciona a su velocidad mínima con un consumo eléctrico también mínimo. La bomba P3 en el circuito de bifurcación a través del intercambiador de calor 7, que puede estar también controlada, por ejemplo, por un autómata programable por medio de un variador de frecuencia, no funciona y, por tanto, tiene un consumo nulo. Las válvulas de entrada Va y de salida Vb de los tubos de bifurcación en este modo de operación pueden estar cerradas.

En referencia a la figura 5b, cuando se recibe una demanda de energía por parte de una unidad de interconexión hidráulica 8 de un edificio, una fracción del flujo caloportador de la red de anergía 2 se deriva en las bifurcaciones 15a, 15b hacia el intercambiador de calor 7 acoplado al circuito de conexión de baja temperatura 18 de la unidad de interconexión hidráulica 8. El flujo caloportador que se deriva es bombeado por la bomba P3 al circuito de bifurcación de tal forma que se obtiene la mejor eficiencia posible en la bomba de calor 5 del edificio en cuestión evitando que el flujo pueda recircular desde el tubo de bifurcación de salida 15b por medio del tubo de unión 17 hacia el tubo de bifurcación de entrada 15a.

En referencia a la figura 5c, cuando la demanda energética por parte de una o varias unidades de interconexión hidráulica 8 de uno o varios edificios es baja, la bomba principal P4 de la red de anergía 2 puede pararse y la bomba de circulación P3 en el circuito de bifurcación está en funcionamiento. El flujo del fluido caloportador es en este caso bajo y la transferencia térmica puede hacerse con el flujo que recircula desde el tubo de bifurcación de salida 15b por medio del tubo de unión 17 hacia el tubo de bifurcación de entrada 15a. En este caso de ejemplo, la eficiencia global es elevada pero con una potencia de transferencia energética limitada, lo cual sucede a menudo en verano, por ejemplo.

Lista de referencias

Sistema de distribución de energía térmica 1

red de distribución (a distancia) de energía térmica de baja temperatura 2 (red de anergía) monotubo 24

red de distribución de energía térmica de alta temperatura 3 (red AT)

tubos 26a, 26b

red de agua caliente del edificio 4

red de calefacción del edificio 4a

red de agua caliente sanitaria (red ACS) 4b

termo ACS

bomba de calor 5

circuito evaporador 5a

entrada 28a

salida 28b

circuito condensador 5b entrada 30a

salida 30b

sistema de medida, control y regulación (sistema MCR) 6

intercambiador de calor 7

unidad de interconexión hidráulica 8

intercambiador de calor 14

circuito de conexión de alta temperatura 16

entrada 32a

salida 32b

circuito de conexión de baja temperatura 18

bomba P1

entrada 34a

salida 34b

circuito de conexión de calefacción 20

bomba P2

entrada 36a

salida 36b

derivación de intercambiador de calor 38

circuito de conexión de bomba de calor 22

circuito evaporador 22a

entrada 28a

salida 28b

circuito condensador 22b

entrada 30a

salida 30b

válvulas mezcladoras V1, V2

circuito hidráulico 9

dispositivo de bifurcación (derivación) 10

racor de bifurcación de tres vías 12

parte de tubo en línea 12a

parte de tubo en ángulo 12b

tubo de unión acodado 13

tubo de unión 17

tubo de bifurcación de entrada 15a

válvula de entrada Va

tubo de bifurcación de salida 15b

válvula de salida Vb

Claims

REIVINDICACIONES

1. Unidad de interconexión hidráulica (8) para un sistema de distribución de energía térmica (1) de un edificio conectado a una red de distribución a distancia de energía térmica de baja temperatura (2), denominada "red de anergía", comprendiendo el edificio una red de distribución de energía térmica de alta temperatura (3) denominada "red AT", una red de agua caliente para edificios (4) y una bomba de calor (5), comprendiendo la unidad de interconexión hidráulica:

- un intercambiador de calor (14);

- un circuito de conexión de alta temperatura (16) que pasa a través del intercambiador de calor (14) y que comprende una entrada (32a) y una salida (32b);

- un circuito de conexión de baja temperatura (18) que comprende una entrada (34a) y una salida (34b), - un circuito de conexión de calefacción (20) que comprende una entrada (36a) y una salida (36b), y

- un circuito de conexión de bomba de calor (22) que comprende un circuito evaporador (22a) con una entrada (28a) y una salida (28b) y un circuito condensador (22b) con una entrada (30a) y una salida (30b), tal que la entrada (36a) del circuito de conexión de calefacción está conectada a la salida (30b) del circuito condensador del circuito de conexión de bomba de calor (22) y la entrada (28a) del circuito evaporador (22a) está conectada a la salida (34b) del circuito de conexión de baja temperatura (18);

comprendiendo la unidad de interconexión hidráulica (8) además:

- una primera válvula mezcladora (V1) que interconecta la entrada (34a) del circuito de conexión de baja temperatura (18) con la entrada (32a) del circuito de conexión de alta temperatura (16) y con la salida (28b) del circuito evaporador (22a) de manera que pueda inyectar el fluido caloportador que proviene del circuito de conexión de baja temperatura (18) en el circuito de conexión de alta temperatura (16), y

- una segunda válvula mezcladora (V2) que interconecta la entrada (36a) del circuito de conexión de calefacción (20), por medio de una derivación (38) que pasa por el intercambiador de calor (14), y la entrada (30a) del circuito condensador (22b), con la salida (36b) del circuito de conexión de calefacción (20) con el fin de poder inyectar el fluido caloportador que pasa por el intercambiador de calor (14) con el fluido caloportador que vuelve del circuito condensador (22b).

2. Unidad de interconexión hidráulica según la reivindicación anterior caracterizada porque el circuito evaporador (22a) comprende una bomba (P1) instalada en la unidad de interconexión hidráulica para la circulación del fluido caloportador del circuito evaporador.

3. Unidad de interconexión hidráulica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores caracterizada porque el circuito condensador (22b) comprende una bomba (P2) instalada en la unidad de interconexión hidráulica para la circulación del fluido caloportador del circuito condensador.

4. Procedimiento de funcionamiento de una unidad de interconexión hidráulica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende varios modos de funcionamiento, tales que un modo de funcionamiento comprende la producción de agua caliente para la red de agua caliente del edificio (4), caracterizado porque el circuito de conexión de baja temperatura (18) está conectado a la red de anergía (2) que suministra la energía necesaria para el circuito evaporador (22a) de la bomba de calor (5), de manera que el circuito condensador (22b) de la bomba de calor lleva la temperatura del fluido caloportador de la red de agua caliente del edificio (4) a la temperatura deseada para permitir alcanzar una referencia de temperatura elegida, estando la primera válvula mezcladora (V1) en una posición en la que la desviación del fluido caloportador del circuito de conexión de baja temperatura (18) a través del intercambiador de calor (14) está cerrada, y estando la segunda válvula mezcladora (V2) en una posición en la que la desviación del fluido caloportador del circuito de conexión de calefacción (20) a través del intercambiador de calor (14) está cerrada.

5. Procedimiento según la reivindicación anterior, caracterizado porque el circuito condensador (22b) de la unidad de interconexión hidráulica comprende una bomba (P2) instalada en la unidad de interconexión hidráulica para la circulación del fluido caloportador del circuito condensador, un modo de funcionamiento comprende la producción de agua caliente para la red de agua caliente del edificio (4) usando la red de distribución de energía térmica de alta temperatura (3), realizándose la transferencia energética por medio del intercambiador de calor (14), estando la transferencia térmica controlada por la modulación de velocidad de la bomba (P2) de circulación del circuito de agua de calefacción.

6. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un modo de funcionamiento comprende la producción de agua caliente para la red de agua caliente del edificio (4) con un modo de seguridad cuando la temperatura de la red de anergía (2) es inferior a 0°C, estando las dos válvulas mezcladoras (V1, V2) controladas por un sistema de medida, control y regulación (MCR) (6) conectado eléctricamente a la unidad de interconexión hidráulica (8) para ajustar la transferencia térmica del circuito condensador (5b) de la bomba de calor al circuito evaporador (5a) por medio del intercambiador de calor (14) con el fin de mantener una temperatura del fluido caloportador a la salida (28b) del circuito evaporador a una temperatura constante, de manera que el caudal de los dos fluidos caloportadores del circuito condensador y del circuito evaporador se ajusta para permitir obtener dicha temperatura.

7. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un modo de funcionamiento comprende un enfriamiento natural sin el funcionamiento de la bomba de calor denominado "free cooling", según el cual la producción de agua fría necesaria para el circuito de conexión de calefacción es traída desde la red de anergía, de manera que el fluido caloportador del circuito de conexión de baja temperatura (18) acoplado a la red de anergía es desviado, al menos en parte, por la primera válvula mezcladora (V1) a través del intercambiador de calor, y el fluido caloportador del circuito de conexión de calefacción es desviado, al menos en parte, por la segunda válvula mezcladora (V2) a través del intercambiador de calor, estando el caudal de los dos fluidos caloportadores ajustado para permitir obtener la temperatura de referencia deseada.

8. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un modo de funcionamiento comprende la producción de frío por medio de la red de distribución de energía térmica de alta temperatura (3) acoplado a una fuente de frío, realizándose la transferencia energética por medio del intercambiador de calor y controlándose por la modulación de velocidad de una bomba (P2) de circulación del circuito de agua de calefacción y/o la modulación de velocidad de una bomba (P5) de circulación del fluido caloportador del circuito AT (3).

9. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque

un modo de funcionamiento comprende la producción de agua caliente para la red de agua caliente del edificio (4) usando la red de distribución de energía térmica de alta temperatura (3) en combinación con la bomba de calor (5), tal que el fluido caloportador de la red de distribución de energía térmica de alta temperatura (3) se inyecta en el circuito evaporador de la bomba de calor, estando el circuito de conexión de baja temperatura (18) acoplado a la red de anergía (2) en marcha.

10. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un modo de funcionamiento comprende la producción de agua caliente para la red de agua caliente del edificio (4) usando la red de distribución de energía térmica AT (3) en combinación con la bomba de calor (5), tal que el gradiente de temperatura del fluido caloportador que proviene de la red AT es más elevado que el gradiente de temperatura producido por la bomba de calor, estando la transferencia térmica por medio del intercambiador de calor (14) controlada con la modulación de la segunda válvula mezcladora (V2).

11. Procedimiento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un modo de funcionamiento comprende la producción de agua caliente para la red de agua caliente del edificio (4) usando la red de distribución de energía térmica AT (3) en combinación con la bomba de calor (5) para el suministro a otro edificio, con una parte de la energía necesaria para la red AT producida por la bomba de calor, de manera que el gradiente de temperatura del fluido caloportador que proviene de la red AT es menos elevado que el gradiente producido por la bomba de calor, estando la transferencia térmica por medio del intercambiador de calor (14) controlada con la modulación de la segunda válvula mezcladora (V2).

12. Sistema de distribución de energía térmica (1) de un edificio que comprende una unidad de interconexión hidráulica según cualquiera de las reivindicaciones anteriores 1 a 3 y un sistema de conexión de un circuito hidráulico de una red de anergía (2) a una unidad de interconexión hidráulica (8) de un edificio, que comprende un dispositivo de bifurcación (10) que incluye dos racores de bifurcación de tres vías (12) que interconectan un tubo principal (24) de la red de anergía con dos tubos de bifurcación (15a, 15b) conectados hidráulicamente al intercambiador de calor (7), comprendiendo el racor de bifurcación de tres vías una parte de tubo en línea (12a) montada en línea con el tubo principal de la red de anergía y una parte de tubo en ángulo (12b) orientado de tal forma que el sentido del fluido caloportador de la red de anergía tenga un ángulo de derivación de salida del tubo principal, respectivamente de entrada en el tubo principal, de entre 30 grados y 60 grados, preferentemente de aproximadamente 45 grados.

13. Sistema de distribución de energía térmica según la reivindicación anterior caracterizado porque comprende un sistema de medida, control y regulación (MCR) (6) conectado eléctricamente a la unidad de interconexión hidráulica (8) para controlar las bombas y válvulas de la unidad de interconexión hidráulica en función de las temperaturas medidas y de las referencias de control de funcionamiento del sistema.

14. Sistema de distribución de energía térmica según cualquiera de las dos reivindicaciones anteriores, que comprende una válvula de cierre (Va, Vb) en al menos uno de dichos tubos de bifurcación (15a, 15b).