PL178579B1

PL178579B1 - Układ przesyłania energii ogrzewania i/lub chłodzenia z sieci rozdzielczych energii ogrzewania lub chłodzenia do sieci ogrzewania lub chłodzenia budynków

Info

Publication number: PL178579B1
Application number: PL95315628A
Authority: PL
Inventors: Seppo Leskinen
Original assignee: Abb Installaatiot Oy
Priority date: 1994-01-24
Filing date: 1995-01-23
Publication date: 2000-05-31
Also published as: CZ216296A3; DK0772754T3; CA2181565A1; NO963069D0; KR970700848A; AU1419695A; FI940343A; FI98857B; EP0772754A1; DE69510944D1; NO963069L; DE69510944T2; EP0772754B1; PL315628A1; JPH09507707A; FI940343A0; SK95996A3; CZ290038B6; ES2133724T3; EE9600081A

Abstract

1 Uklad przesylania energii ogrzewania i/lub chlodzenia z sieci r ozdzielczych energii ogrzewania lub chlodzenia do sieci ogrzewa- nia lub chlodzenia budynków za pomoca wymienników ciepla skladajacy sie z zespolu uzdatnionej wody pitnej, zespolu grzew- czego 1 zespolu klimatyzacyjnego podlaczonych do sieci miejskiej za pomoca wymienników, znamienny tym, ze wymiennik ciepla (10) typu ciecz-ciecz ukladu grzewczego (21) jest polaczony z jed- nej strony z obiegiem pierwotnym, na który sklada sie przewód (41) z zaworem (6) i zaworem dwupolozeniowym (29) podlaczony do przewodu zasilajacego cieplej wody (1) sieci miejskiej oraz prze wód (42) z zaworem (28) podlaczony do wspólnej rury powrotnej (2) sieci miejskiej, zas z drugiej strony jest polaczony z obiegiem wtórnym, na który sklada sie przewód (38) z zaworem (13) 1 pompa (16) oraz przewód (39) a ponadto zawór dwupolozemowy (29) jest polaczony przewodem (33) z przewodem zasilajacym zimnej wody (3) sieci miejskiej, zas wymiennik ciepla (11) typu ciecz-ciecz ukladu klimatyzacyjnego (22) jest polaczony z jednej strony z obie- giem pierwotnym, na który sklada sie przewód (46) z zaworem dwupolozeniowym (25) podlaczony za pomoca przewodu (43) z za- worem dwupolozeniowym (27) do obiegu pierwotnego wymienni- ka ciepla (10) pomiedzy zaworem (6) i zaworem dwupolozeniowym (29) oraz przewód (47) podlaczony do wspólnej rury powrotnej (2) sieci miejskiej, przy czym zawór dwupolozeniowy (27) jest polaczony przewodem (32) z przewodem zasilajacym zimnej wody (3) sieci miejskiej a z drugiej strony wymiennik ciepla (11) jest polaczony z obiegiem wtórnym, na który sklada sie przewód (44) z zaworem (14) i zaworem dwupolozeniowym (30) oraz pompa (17) 1 przewód (45), przy czym zawór dwupolozeniowy (30) jest polaczo- ny za pomoca przewodu (40) z obiegiem wtórnym wymiennika ciepla (10), zas przewód (34) z zaworem (31) wlaczony pomiedzy zaworem (30) i zaworem (14) laczy oba wtórne obiegi wymienni- ków ciepla (10) i (11) P L 178579 B 1 FIG. 3 PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ przesyłania energii ogrzewania i/lub chłodzenia z sieci rozdzielczych energii ogrzewania lub chłodzenia do sieci ogrzewania lub chłodzenia budynków.

W obecnych czasach budynki zbiorowego użytku sązwykle ogrzewane ciepłem miejskim, które korzystnie może być wytwarzane przez łączne wytwarzanie energii elektrycznej i cieplnej.

Ciepło to jest uzyskiwane jako ciepło skraplania turbin a zatem, w pewnym sensie, bez ponoszenia kosztów. W siłowniach kondensacyjnych wytwarzających wyłącznie elektryczność ciepło to

178 579 jest marnowane, z tego powodu skraplanie musi przebiegać w zbiornikach wodnych np. w skraplaczach z wodą morską i w powietrzu za pomocą chłodni wieżowych.

Latem ciepło niejest potrzebne do niczego więcej jak do wytwarzania gorącej wody wodociągowej. Energia elektryczna jest stosowana zarówno latem jak i zimą. Chociaż elektryczność nie jest wymagana do celów oświetleniowych, zamiast tego jest potrzebna do chłodzenia, zwłaszcza dużych budynków Wymagana energia chłodzenia jest zwykle wytwarzana z energii elektrycznej, za pomocą sprężarek chłodzących. Elektrownie cieplne musząwięc być stosowane również latem, ale wytwarzane ciepło jest tracone, tj. elektrociepłownia pracuj e tak samo nieekonomicznie, jak siłownia kondensacyjna.

Jednakże, energia chłodzenia może być wytwarzana również przy użyciu gorącej wody lub pary za pomocątzw. absorpcyjnych pomp cieplnych, przy czym najbardziej znanąz takich pomp sąagregaty litowo-bromkowo-wodne lub agregaty amoniakowo-wodne. Ciepło odpadowe może być więc wykorzystywane i zużycie elektryczności w budynkach może być jednocześnie znacznie zmniejszone. Dawałoby to znaczne polepszenie opłacalności elektrowni cieplnych, zmniejszenie emisji CO₂ itd.

Układy miejskiego chłodzenia centralnego nie stały się jednak powszechne ze względu na wysokie koszty inwestycji. Jakkolwiek cena kilowatogodziny energii chłodzenia wytworzonego w ten sposób jest niska w porównaniu z kilowatogodziną elektryczności, liczba godzin, gdy system jest używany, w tych strefach klimatycznych, gdzie opłacalne jest budowanie systemów centralnego ogrzewania, jest taka mała, że oszczędności w kosztach eksploatacji nie są wystarczające, aby pokryć koszty systemu centralnego chłodzenia, agregatu absorpcyjnego, wymienników ciepła dla budynków itd. Na przykład w Finlandii, systemy takie nie zostały jeszcze zbudowane. Większość z nich istnieje w Japonii, Korei i U.S.A.

Znane są ze stanu techniki układy przesyłania energii ogrzewania i/lub chłodzenia z sieci rozdzielczych energii ogrzewania lub chłodzenia do sieci ogrzewania lub chłodzenia budynków za pomocą wymienników ciepła składający się z zespołu uzdatnionej wody pitnej, zespołu grzewczego i zespołu klimatyzacyjnego podłączonych do sieci miejskiej za pomocąwymienników.

Fińskie zgłoszenie patentowe nr 921 034 ujawnia układ do przesyłania ciepła do budynków, dzięki któremu temperatura wody powrotnej systemu ogrzewania centralnego może być znacznie obniżona, poniżej około 20°C, o ile to konieczne. Układ tenjest oparty na idei, że nośnik ciepła emituje najpierw ciepło do ogrzewania budynków i następnie do nagrzewania powietrza wentylacji.

Fińskie zgłoszenie patentowe nr 940,342, ujawnia układ rozdzielczy energii cieplnej, wktórym stosowana jest zasada przytoczona w fińskim zgłoszeniu patentowym nr 921,034, i gdzie temperatura wody powrotnej w systemie chłodzenia i nagrzewania jest zaprojektowana jako identyczna, dzięki czemu jest możliwe zastosowanie wspólnej rury powrotnej dla wody chłodzącej i nagrzewającej, a zatem znaczne obniżenie kosztów sieci rozdzielczej. Publikacja ujawnia także wykonania, dzięki którym koszty sieci chłodzenia centralnego mogąbyć utrzymywane na niewielkim poziomie, co oczywiście czyni budowę i stosowanie systemu miejskiego chłodzenia centralnego znacznie bardziej opłacalnymi.

Główną pozycją, przy opracowywaniu zestawu kosztów przy konstrukcji systemu chłodzenia centralnego sąwymienniki ciepła, przy pomocy których energia chłodzeniajest przekazywana z centralnego systemu chłodzenia do sieci chłodzenia budynku. Ponieważ różne budynki lub ich części posiadająróżne zapotrzebowanie na chłodzenie lub ogrzewanie, ze względu na różne użycie budynków lub ich części, i ze względu na różne lokalizacje, wewnętrzne obciążenia cieplne, promieniowania słoneczne, czas użycia itd., potrzebne są oddzielne wymienniki ciepła do ogrzewania i chłodzenia. Ich udział w kosztach inwestycji całego centralnego systemu chłodzenia - według badań przeprowadzonych w Finlandii - wynosi 15%.

Celem wynalazku jest układ przesyłania energii ogrzewania i/lub chłodzenia z sieci rozdzielczych energii ogrzewania lub chłodzenia do sieci ogrzewania lub chłodzenia budynków.

Układ przesyłania energii ogrzewania i/lub chłodzenia z sieci rozdzielczych energii ogrzewania lub chłodzenia do sieci ogrzewania lub chłodzenia budynków za pomocą wymienników

178 579 ciepła składający się z zespołu uzdatnionej wody pitnej, zespołu grzewczego i zespołu klimatyzacyjnego podłączonych do sieci miejskiej za pomocąwymienników według wynalazku charakteryzuje się tym, że wymiennik ciepła typu ciecz-ciecz układu grzewczego jest połączony z jednej strony z obiegiem pierwotnym, na który składa się przewód z zaworem i zaworem dwupołożeniowym podłączony do przewodu zasilającego ciepłej wody sieci miejskiej oraz przewód z zaworem podłączony do wspólnej rury powrotnej sieci miejskiej, zaś z drugiej strony jest połączony z obiegiem wtórnym, na który składa się przewód z zaworem i pompą oraz przewód a ponadto zawór dwupołożeniowy jest połączony przewodem z przewodem zasilającym zimnej wody sieci miejskiej, zaś wymiennik ciepła typu ciecz-ciecz układu klimatyzacyjnego jest połączony z jednej strony z obiegiem pierwotnym, na który składa się przewód z zaworem dwupołożeniowym podłączony za pomocą przewodu z zaworem dwupołożeniowym do obiegu pierwotnego wymiennika ciepła pomiędzy zaworem i zaworem dwupołożeniowym oraz przewód podłączony do wspólnej rury powrotnej sieci miejskiej, przy czym zawór dwupołożeniowy jest połączony przewodem z przewodem zasilającym zimnej wody sieci miejskiej a z drugiej strony wymiennik ciepła jest połączony z obiegiem wtórnym, na który składa się przewód z zaworem i zaworem dwupołożeniowym oraz pompąi przewód, przy czym zawór dwupołożeniowy jest połączony za pomocą przewodu z obiegiem wtórnym wymiennika ciepła, zaś przewód z zaworem włączony pomiędzy zaworem i zaworem łączy oba wtórne obiegi wymienników ciepła.

Korzystnie wymienniki ciepła są połączone szeregowo względem sieci rozdzielczej przy obciążeniu szczytowym.

Korzystnie w czasie chłodzenia, wymienniki ciepła są połączone szeregowo względem zarówno sieci rozdzielczej jak i sieci chłodzenia budynku na zasadzie przeciwprądu.

Korzystnie zespoły klimatyzacjibudynkuposiadająsystem chłodzenia przez odparowanie.

Korzystnie wymiennik ciepła pomiędzy systemem ogrzewania powietrzem i siecią rozdzielczą ciepła jest podzielony na dwie części.

Korzystnie wymiennik ciepła/wymiennik ciepła pomiędzy siecią rozdzielczą i siecią budynku są umieszczone bezpośrednio w obiegu zespołu klimatyzacyjnego.

Główną zaletąwynalazkujestto, że do miejskiego chłodzenia centralnego nie sąwymagane oddzielne wymienniki ciepła, nawet jeżeli istnieje potrzeba jednoczesnego ogrzewania i chłodzenia w różnych częściach budynku. Innązaletąjest to, że w sytuacj i obciążenia szczytowego dostępnajest większa ilość przesyłanego ciepła niż w przypadku obecnych zasad projektowania, tj. uzyskiwana jest większa moc ogrzewania przy określonym przepływie wody. Następnie, koszty inwestycji systemu chłodzenia centralnego sązmniejszone o 15⁰%, jak stwierdzono powyżej, i koszty eksploatacji np. wydajność pompowania, są nieco zmniejszone w porównaniu z technikami stosowanymi do chwili obecnej.

Na figurze 1 przedstawiono schemat ogólny znanego układu przesyłania ciepła, a fig. 2 przedstawia układ z fig. 1 stosowany do bardziej zaawansowanych systemów, natomiast przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładzie wykonania, gdzie na fig. 3 pokazano uproszczony schemat ogólny pierwszego przykładu wykonania układu według wynalazku, na fig. 4 pokazano wpływ chłodzenia przez parowanie na zapotrzebowanie na chłodzenie, na fig. 5 pokazano bardziej szczegółowo schemat układu według fig. 3, na fig. 6 pokazano uproszczony schemat ogólny drugiego przykładu wykonania systemu według wynalazku, fig. 7 przedstawia bardziej szczegółowo schemat wykonania według fig. 6 i na fig. 8 przedstawiono trzeci przykład wykonania układu według wynalazku.

Na figurze 1 pokazano konwencjonalny układ przesyłania energii cieplnej. Ciepła woda jest dostarczana z ciepłowni przewodem rurowym zasilającym 1, zaś ochłodzona woda jest odprowadzana wspólną rurą powrotną 2. Zimna woda płynie innym przewodem rurowym zasilającym 3 a nagrzana wodajest odprowadzana rurąpowrotną4. Dla różnych operacji montuje się w układzie zwykle cztery różne wymienniki ciepła. Gorąca woda wodociągowajest nagrzewana w pierwszym wymienniku ciepła 9, a drugi wymiennik ciepła 10 służy dla sieci grzejników lub innego systemu ogrzewania budynku 21. Woda stosowana w urządzeniach wentylacyjnych 20, a służąca do ogrzewania powietrzajest nagrzewana w trzecim wymienniku ciepła 11, a do chłód178 579 zenia wody przeprowadzanej przez urządzenia chłodzące 19, zamontowany jest czwarty wymiennik ciepła. Temperatura na powrocie wody centralnego ogrzewania jest utrzymywana w wymaganym zakresie za pomocą zaworów 5,6, 7 i 8. Ponadto, obieg wodny zawiera zwykle pompy 16,17 i 18 oraz zawory obejściowe 13,14 i 15. Nafig. 1 pokazano tylko istotne elementy układu potrzebne dla zrozumieniajego działania. Rzeczywisty Układ połączeń przewodów jest o wiele bardziej skomplikowany.

Przy zastosowaniu obecnej techniki wymiany ciepła w bardziej zaawansowanych technicznie systemach, w których wymiennik ciepła 10 układu grzewczego i wymiennik ciepła 11 układu klimatyzacyjnego sąpołączone szeregowo - zgodnie z fińskim patentem nr 921 034 - celem obniżenia temperatury wody powrotnej w układzie centralnego ogrzewania, i w którym operacje termiczne zespołów klimatyzacyjnych sąpołączone w sposób ujawniony w fińskim zgłoszeniu patentowym nr 915 511, uzyskuje się rozwiązanie z fig. 2. W rzeczywistości, układ klimatyzacyjny 22 zawiera zwykle kilka zespołów, z których każdy obsługuje inną część budynku. Wiosną i jesienią niektóre z tych zespołów są połączone zaworem 25 z instalacją wodną wymiennika ciepła 11 podczas gdy inne sąpołączone z instalacjąwodnąwymiennika 12 rurąobejści<^'wćą26 i zaworem 23.

Prostąpodstawowąideąwynalazkujest to, że wymienniki ciepła w budynku - które w każdym przypadku sąpotrzebne do ogrzewania - są stosowane jako takie do chłodzenia latem, tj. ten sam wymiennik lub wymienniki ciepła są stosowane do przesyłania energii cieplnej w okresie ogrzewania i energii chłodzenia w okresie chłodzenia. Operacja może być wykonywana w różnych etapach, np. w taki sposób, że gdyjedna lub kilka części budynku ma być chłodzona, to wymiennik ciepła układu klimatyzacyjnego jest odłączany od sieci ogrzewania centralnego i łączony z siecią chłodzenia. W rezultacie obsługuje on te pomieszczenia budynku, które powinny być chłodzone, zaś wymiennik ciepła z układu grzewczego obsługuje nadal te pomieszczenia budynku, które mają być ogrzewane.

Przy wzroście temperatury na zewnątrz, zapotrzebowanie na nagrzewanie kończy się, natomiast wzrasta zapotrzebowanie na chłodzenie, wymiennik ciepła układu grzewczego j est także odłączany od centralnej sieci ogrzewania i łączony z centralną siecią chłodzenia. Wymienniki ciepła mogą być połączone z siecią chłodzenia budynku poprzez szeregowe połączenie na zasadzie przeciwprądowej, w wyniku czego powstaje bardzo wydajny wymiennik ciepła, przy czym taki wymiennik ciepła posiada powierzchnię dostarczającą ciepło, która jest dużo większa niż powierzchnie konwencjonalnie zaprojektowanych oddzielnych wymienników ciepła przeznaczonych do chłodzenia centralnego. Różnice temperatury sąwięc bardzo małe, i ze względu na te małe różnice, przepływ wody w systemie centralnego chłodzenia zostaje zmniejszony, tzn. wydajność pompy ulega zmniejszeniu. W pewnych przypadkach, może być nawet możliwe wykonanie mniejszych rur, w wyniku czego zostaje zmniejszona wydajność pompowania systemu chłodzenia budynku i/lub zostają zmniejszone koszty inwestycji urządzenia.

W aspekcie powyższych stwierdzeń, według wynalazku jest korzystne stworzenie dwóch funkcjonalnie oddzielnych wymienników ciepła, ponieważ wtedy jest możliwe poddanie jednocześnie ogrzewaniu i chłodzeniu różnych części budynku. Termin „funkcjonalnie oddzielne” oznacza, że wymienniki ciepła są w pełni niezależne od siebie, tak, że możliwe jest jednoczesne nagrzewanie i chłodzenie. Wymienniki ciepła mogą stanowić oddzielne zespoły, lub oddzielne wężownice rurowe lub tym podobne, zamontowane we wspólnej obudowie.

Wymienione wyżej etapy działania mogą być zasadniczo zredukowane i czasami nawet całkowicie wyeliminowane przez zamontowanie zespołów klimatyzacyjnych z systemami chłodzenia przez odparowanie, znanymi skądinąd.

Wynalazek zostanie opisany dalej bardziej szczegółowo w odniesieniu do uproszczonych schematów pokazanych na fig. 3 i 6. Przykłady schematów z fig. 3 i 6 są przedstawione bardziej szczegółowo na fig. 5 i 7.

Wymiennik ciepła 10 typu ciecz-ciecz układu grzewczego 21 jest połączony zj ednej strony obiegiem pierwotnym, na który składa się przewód 41 z zaworem 6 i zaworem dwupołożeniowym 29 podłączony do przewodu zasilającego ciepłej wody 1 sieci miejskiej oraz przewód 42

178 579 z zaworem 28 podłączony do wspólnej rury powrotnej 2 sieci miejskiej. Z drugiej strony wymiennik ciepła 10 jest połączony z obiegiem wtórnym, na który składa się przewód 38 z zaworem 13 i pompą 16 oraz przewód 3 9. Zawór dwupołożeniowy 29 jest połączony przewodem 33 z przewodem zasilającym zimnej wody 3 sieci miejskiej. Wymiennik ciepła 11 typu ciecz-ciecz układu klimatyzacyjnego 22 jest połączony z jednej strony z obiegiem pierwotnym, na który składa się przewód 46 z zaworem dwupołożeniowym 25 podłączony za pomocą przewodu 43 z zaworem dwupołożeniowym 27 do obiegu pierwotnego wymiennika ciepła 10 pomiędzy zaworem 6 i zaworem dwupołożeniowym 29 oraz przewód 47 podłączony do wspólnej rury powrotnej 2 sieci miejskiej. Zawór dwupołożeniowy 27 jest połączony przewodem 32 z przewodem zasilającym zimniej wody 3 sieci miejskiej. Z drugiej strony wymiennik ciepła 11 jest połączony z obiegiem wtórnym, na który składa się przewód 44 z zaworem 14 i zaworem dwupołożeniowym 30 oraz pompą 17 i przewód 45. Zawór dwupołożeniowy 30 jest połączony za pomocą przewodu 40 z obiegiem wtórnym wymiennika ciepła 10. Przewód 34 z zaworem 31 włączony pomiędzy zaworem 30 i zaworem 14 łączy oba wtórne obiegi wymienników ciepła 10 i 11.

Układ przesyłania energii ogrzewania i/lub chłodzenia przedstawiony na fig. 3 działa w następujący sposób. Wymiennik ciepła 9 dla gorącej wody wodociągowej zawsze pobiera wodę z przewodu zasilającego 1 miejskiej sieci ogrzewania centralnego i zwraca jądo wspólnej rury powrotnej 2. Przepływ wody jest kontrolowany zaworem 5 odpowiednio do zużycia gorącej wody wodociągowej. Ten podsystem działa w ten sam sposób we wszystkich przykładach wykonania opisanych poniżej, tak że działanie jego nie będzie opisywane powtórnie.

Podczas mroźnego okresu zimy, gdy cała infrastruktura techniczna budynku wymaga ciepła, wymiennik ciepła 10 typu ciecz-ciecz układu grzewczego 21, jak i wymiennik 11 układu klimatyzacyjnego 22 są połączone z miejską siecią centralnego ogrzewania w połączeniu szeregowym. Miejska woda gorąca przepływa z przewodu zasilającego 1 do wymiennika ciepła 10 poprzez zawór 6, który steruje przepływem wody, odpowiednio do zapotrzebowania na ciepło układu grzewczego 21. Zawory dwupołożeniowe 29 i 27 zamykająrury 32 i 33.

Woda nagrzewająca przepływa z wymiennika ciepła 10 do wymiennika ciepła 11 przez zawory 25 i 27. Jeżeli układ klimatyzacyjny 22 nie może wykorzystać całego ciepła zawartego w wodzie, to dwupołożeniowy zawór 25 pozwala na przepływ części wody za wymiennikiem ciepła 11 bezpośrednio do wspólnej rury powrotnej 2. Jeżeli ciepła nie wystarcza, to zawór 24 otwiera się i pozwala na przepływ dodatkowej wody za wymiennikiem ciepła 10 do wymiennika ciepła 11.

Pompa 16 podaje wodę grzewczą do układu grzewczego 21 budynku, zaś pompa 17 do układu klimatyzacyjnego 22. Zawory 13 i 14 sterują stosunkiem ilości wody przepływającej przez wymienniki ciepła 10 i 11 do ilości wody przepływającej za wymiennikami 10,11, celem dostosowania temperatury wody płynącej w systemie do sterowania temperaturą pomieszczeń w budynku. Zawór dwupołożeniowy 30 zamyka i otwiera rurę pomiędzy wymiennikami ciepła 10 i 11, zaś zawór dwupołożeniowy 31 zamyka rurę 34.

Gdy wiosną wzrasta w budynku zapotrzebowanie na chłodzenie, to wymiennik ciepła 11 układu klimatyzacyjnego 22 jest przyłączany do sieci chłodzenia tak, że zawór dwupołożeniowy 27 zamyka przewód 43 i otwiera przewód 32 połączony z przewodem zasilającym zimnej wody 3 sieci miejskiej. Jednocześnie zawór 28 otwiera przewód 42 łącząc go ze wspólną rurą powrotną2. Układ grzewczy 21 i układ klimatyzacyjny 22 pracująteraz oddzielnie i mająróżne zadania to znaczy układ grzewczy 21 nagrzewa te pomieszczenia budynku, gdzie konieczne jest ogrzewanie, a układ klimatyzacyjny 22 chłodzi te pomieszczenia budynku, gdzie konieczne jest chłodzenie.

Gdy temperatura zewnętrzna nadal podnosi się, i ogrzewanie budynku nie jest już potrzebne to pompa 16 zostaje zatrzymana. Jednocześnie zawory dwupołożeniowe 6 i 28 zostają zamknięte. Układ grzewczy 21 zostaje całkowicie wyłączony a pracuje tylko układ klimatyzacyjny 22.

Gdy temperatura zewnętrzna wzrasta nadal, moc wymiennika ciepła 11 może nie być wystarczająca. Wówczas wymiennik ciepła 10 układu grzewczego 22 zostaje przestawiony na tryb

178 579 chłodzenia w następujący sposób: zawór dwupołożeniowy 29 zamyka przewód 41 pomiędzy wymiennikiem ciepła 10 a przewodem rurowym zasilającym układ ogrzewania centralnego, i otwiera przewód 33 połączony z przewodem rurowym zasilającym 3 sieci centralnego chłodzenia. Tym samym zawór 6 zostaje otwarty, a zawór 24 zostaje zamknięty. Odpowiednio do tego zawór dwupołożeniowy 27 zamyka przewód 32 połączony z przewodem rurowym zasilającym 3 sieci centralnego chłodzenia i otwiera przewód 43 połączony z wymiennikiem ciepła 10 układu ogrzewania 21. Następnie, zawór dwupołożeniowy 30 zamyka przewód 44 z zaworem 14 i otwiera przewód 40 pomiędzy wymiennikami ciepła 10 i 11. Zawór 31 otwiera przewód 34. Wymienniki ciepła 10 i 11 zostają teraz przełączane na tryb chłodzenia.

Oddzielnie obok wymienników ciepła 11 układu klimatyzacyjnego, także wymiennik ciepła 10 układu grzewczego 21 jest teraz stosowany do chłodzenia. Jest on połączony szeregowo na zasadzie przeciwprądu, w wyniku czego jego powierzchnia pracująca dotychczas w układzie grzewczym obecnie pracuje w układzie chłodzenia i powierzchnia tajest co najmniej dwukrotnie większa niż powierzchnia w konstrukcji normalnej, tak, że dodatkowe chłodzenie jest korzystnie osiągane bez zastosowania oddzielnego wymiennika ciepła przeznaczonego do chłodzenia.

Jednoczesne chłodzenie i ogrzewanie mogą sprawiać problemy w pewnym typie budynków. Ta wada może zwykle być wyeliminowana, lub przynajmniej jej wpływ może być zmniejszony do minimum poprzez podłączenie wszystkich lub co najmniej tych zespołów klimatyzacji, które mogą sprawiać kłopoty w związku z typem konstrukcji budynku z systemem chłodzenia przez parowanie znanym np. z fińskiego opublikowanego opisu nr 67,259. Zasada działania chłodzenia przez odparowywanie polega na tym, że wodajest odparowywana do powietrza wylotowego: np. przez rozpylanie, w wyniku czego parująca woda absorbuje ciepło w ilości równoważnej ciepłu odparowania i temperatura powietrza wylotowego obniża się. Zimno j est odzyskiwane z chłodzonego powietrza wylotowego i przenoszone do powietrza zasilająco w zespole odzysku ciepła, który dzisiaj jest niemal standardowym elementem zespołów klimatyzacyj nych.

Efekt chłodzenia przez odparowywanie jest pokazany na fig. 4, na którym krzywa a przedstawia zapotrzebowanie na nagrzewanie w budynku, gdzie konwencjonalne obciążenie chłodzenia wynosi około 50 W/m² w klimacie przeważającym na południu Finlandii. Zapotrzebowanie to jest pokazane jako zapotrzebowanie na zmniejszenie ilości powietrza zasilania. W przypadku tej konstrukcji, temperatura musiałaby spaść o około 12°C, zaś chłodzenie jest wymagane na około 1400 godzin. Krzywa b przedstawia część, która może być pokryta przez chłodzenie metodą odparowania. Obszar zakreskowany pomiędzy krzywymi oznacza część, która musi być pokryta przez chłodzenie zewnętrzne, tj. chłodzenie miejskie. Jak pokazano na fig. 4, zewnętrzne chłodzenie niejest wymagane na więcej niż 400 godzin, i w przypadku tej konstrukcji chłodzenie przez odparowanie pokrywa około 7°C. Innymi słowy, miejski system chłodzenia nie musi pokryć więcej niż około 5°C tj. około 40% całkowitej energii projektowej. Oczywiście, zmniejsza to znacznie koszty inwestycji chłodzenia miejskiego i czyni wdrożenie systemu bardziej opłacalnym.

Chłodzenie zewnętrzne jest wymagane w sytuacji, gdy powietrze na zewnątrz musiałoby być schładzane o więcej niż 4°C. Jeżeli, na przykład, chłodzenie staje się konieczne przy 15°C, chłodzenie miejskie niejest wymagane aż do stanu, gdy temperatura zewnętrzna wynosi 20°C. Ponieważ w tej temperaturze, zwykle żadna część budynku nie musi być ogrzewana, różne fazy nie sąpotrzebne, zaś wymienniki ciepła lOill mogąbyć jednocześnie przesunięte odjednego zadania do drugiego. To upraszcza nieco połączenia pokazane na fig. 3, np. nie są wymagane zawory dwupołożeniowe 27, 28 i 30 i odpowiednie przewody doprowadzające.

Na figurze 5 pokazano bardziej szczegółowy układ z fig. 3. Na fig. 5, odnośniki 22,22' i 22 oznaczają zespoły klimatyzacyjne układu klimatyzacyjnego 22, i 21, 21' i 2Γ odpowiednie zespoły grzewcze radiacyjnego w budynku. W sytuacji gdzie np. zespoły 22 i 22' wymagają chłodzenia i obszar obsługiwany przez zespół 22' powinien być ogrzewany, to wymiennik ciepła 11 zostaje podłączony do przewodu zasilającego 3 zimnej wody sieci miejskiej, zaś wymiennik

178 579 ciepła 10 z przewodem zasilającym 1 ciepłej wody sieci miejskiej. Zawory 37, 37' i 37 grzejników są stosowane do regulowania temperatury w indywidualnych pomieszczeniach. Przykładowo zawory 37 i 37 dla obszarów, które muszą być chłodzone, są zamknięte. Zawory 37 są otwarte i zespoły grzewcze 21 nagrzewająten obszar. Odpowiednio do tego, zawory dwupołożeniowe 36 i 36' zespołów klimatyzacyjnych 22 i 22' są otwierane i uzyskują energię chłodzenia z wymiennika ciepła 11. Zawór 36 nie dostaje energii chłodzenia dla zespołu 22'. Działanie układu pokazane na fig. 5 jest podobne do przedstawionego na fig. 3.

Na figurach 6 i 7 pokazano połączenie nieco inne. Schemat z fig. 6 jest uproszczonąwersją rozwiązania z fig. 7. W układzie pokazanym na fig. 6 i 7, wymiennik ciepła 11 i w sytuacji chłodzenia także wymiennik ciepła 10 są połączone bezpośrednio z obiegiem zespołów klimatyzacyjnych 22, 22' i 22, w wyniku czego np. pokazany na fig. 3 zawór 14 nie jest wymagany. Temperatura jest regulowana przy użyciu zaworów 25,6 i 13. Pod innymi względami działanie układu odpowiada przedstawionemu powyżej.

Równie proste połączenie jest zrealizowane przez podzielenie wymiennika ciepła w taki sposób, że każdy zespół klimatyzacyjny 22,22' i 22 posiada swój własny wymiennik ciepła, np. pompa 17 i zawory 36, 36' i 36 pokazane np. na fig. 8. Każdy zespół 22, 22' i 22 posiada swój własny wymiennik ciepła 11, 11' i 11, który może być wykorzystywany do ogrzewania lub chłodzenia, w zależności od tego, który jest wybrany. To rozwiązanie jest szczególnie odpowiednie dla systemów ogrzewania powietrzem.

Układ pokazany na fig. 8 jest bardziej kosztowny, gdyż stosuje się droższe wymienniki ciepła i system rur jest też droższy, a ponadto może stać się problematyczne ułożenie w budynku sieci rur do celów miejskiego ogrzewania centralnego/miejskiego chłodzenia centralnego. Wymiennik ciepła 11 może następnie być podzielony na dwie części, które połączone szeregowo, mogą być stosowane do ogrzewania lub chłodzenia w sytuacji obciążenia szczytowego. Jeżeli istnieje potrzeba jednoczesnego ogrzewania i chłodzenia, jedna z części wymiennika ciepła jest połączona z miejskim ogrzewaniem centralnym, a druga z siecią miejskiego chłodzenia centralnego. Przełączanie pomiędzy sieciami i indywidualnymi zespołami jest realizowana w myśl niniejszych zasad.

Powyższe wykonania nie powinny w żaden sposób ograniczać wynalazku, ale wynalazek może być zmodyfikowany całkiem swobodnie w obrębie zastrzeżeń. Należy zatem rozumieć, że układ według wynalazku lub jego szczegóły nie muszą być identyczne z przedstawionymi na rysunkach, ale możliwe są także inne rozwiązania. Powyżej opisano np. rozwiązania, gdzie źródło energii cieplnej stanowi miejska sieć ogrzewania centralnego lub chłodzenia centralnego. Źródło to może być jednakjakimkolwiek znanym systemem wytwarzającym energię chłodzenia. Nie jest to jednak jedyna możliwość, ale wszystkie znane przyłączenia wymienników ciepła stosowane w zespołach klimatyzacji, np. oddzielne wymienniki ciepła lub zimna, wchodzą w zakres wynalazku. Ponadto, układ ogrzewania nie musi być systemem radiatorowym przedstawionym na rysunkach, ale na przykład możliwy jest także system ogrzewania podłogowego, jak również inne systemy znane skądinąd, np. grzejniki i różne konwektory. Systemy ogrzewania powietrznego są opisane oddzielnie w oparciu o fig. 8, ale mogą być także stosowane inne źródła nagrzewania.

Na rysunku i w przykładach wykonania wymienniki ciepła 10 i 11 sąpołączone szeregowo na zasadzie przeciwprądu, ponieważ jest to najbardziej korzystne wykonanie. Wynalazek naturalnie dotyczy także zastosowań, gdzie wymienniki ciepła są - dla pewnych specjalnych powodów - połączone szeregowo i/lub na zasadzie współprądu. Wymienniki ciepła 10 i 11 są przedstawione jako oddzielne, ale wynalazek dotyczy oczywiście rozwiązań znanych skądinąd, gdzie pojedynczy wymiennik ciepła zawiera oddzielne wężownice lub inne tego rodzaju urządzenia do przesyłania ciepła do chłodzenia i do wentylacji. W systemie ogrzewania gazowym lub elektrycznym wymienionym powyżej, istnieje naturalnie tylko jeden wymiennik ciepła 11 do wentylacji, i jest on stosowany do ogrzewania zimą i do chłodzenia latem.

178 579

FIG. 3

FIG. 4

178 579

178 579 oi rt22FIG.7 rfe •37'

HgQ>2’'

FIG. 8

178 579

<

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 70 egz.

Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ przesyłania energii ogrzewania i/lub chłodzenia z sieci rozdzielczych energii ogrzewania lub chłodzenia do sieci ogrzewania lub chłodzenia budynków za pomocą wymienników ciepła składający się z zespołu uzdatnionej wody pitnej, zespołu grzewczego i zespołu klimatyzacyjnego podłączonych do sieci miejskiej za pomocą wymienników, znamienny tym, że wymiennik ciepła (10) typu ciecz-ciecz układu grzewczego (21) jest połączony zjednej strony z obiegiem pierwotnym, na który składa się przewód (41) z zaworem (6) i zaworem dwupołożeniowym (29) podłączony do przewodu zasilającego ciepłej wody (1) sieci miejskiej oraz przewód (42) z zaworem (28) podłączony do wspólnej rury powrotnej (2) sieci miejskiej, zaś z drugiej strony jest połączony z obiegiem wtórnym, na który składa się przewód (38) z zaworem (13) i pompą (16) oraz przewód (39) a ponadto zawór dwupołożeniowy (29) jest połączony przewodem (33) z przewodem zasilającym zimnej wody (3) sieci miejskiej, zaś wymiennik ciepła (11) typu ciecz-ciecz układu klimatyzacyjnego (22)jest połączony zjednej strony z obiegiem pierwotnym, na który składa się przewód (46) z zaworem dwupołożeniowym (25) podłączony za pomocą przewodu (43) z zaworem dwupołożeniowym (27) do obiegu pierwotnego wymiennika ciepła (10) pomiędzy zaworem (6) i zaworem dwupołożeniowym (29) oraz przewód (47) podłączony do wspólnej rury powrotnej (2) sieci miejskiej, przy czym zawór dwupołożeniowy (27) jest połączony przewodem (32) z przewodem zasilającym zimnej wody (3) sieci miejskiej a z drugiej strony wymiennik ciepła (11) jest połączony z obiegiem wtórnym, na który składa się przewód (44) z zaworem (14) i zaworem dwupołożeniowym (30) oraz pompą (17) i przewód (45), przy czym zawór dwupołożeniowy (30) jest połączony za pomocą przewodu (40) z obiegiem wtórnym wymiennika ciepła (10), zaś przewód (34) z zaworem (31) włączony pomiędzy zaworem (30) i zaworem (14) łączy oba wtórne obiegi wymienników ciepła (10) i (11).
2. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wymienniki ciepła (10,11) są połączone szeregowo względem sieci rozdzielczej przy obciążeniu szczytowym.
3. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że w czasie chłodzenia, wymienniki ciepła (10,11) są połączone szeregowo względem zarówno sieci rozdzielczej jak i sieci chłodzenia budynku na zasadzie przeciwprądu.
4. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że zespoły klimatyzacji (22) budynku posiadają system chłodzenia przez odparowanie.
5. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wymiennik ciepła (11) pomiędzy systemem ogrzewania powietrzem i siecią rozdzielczą ciepła jest podzielony na dwie części.
6. Układ według zastrz. 1, znamienny tym, że wymiennik ciepła/wymiennik ciepła (10,11) pomiędzy siecią rozdzielczą i siecią budynku są umieszczone bezpośrednio w obiegu zespołu klimatyzacyjnego (22).

* * *