PL181754B1

PL181754B1 - Zespól do wytwarzania mocy chlodniczej i grzewczej PL

Info

Publication number: PL181754B1
Application number: PL96326318A
Authority: PL
Inventors: Seppo Leskinen
Original assignee: Abb Installaatiot Oy
Priority date: 1995-10-17
Filing date: 1996-10-16
Publication date: 2001-09-28
Also published as: DE69620778T2; FI954950A0; WO1997014918A1; DE69620778D1; EP0856132A1; FI103149B1; ES2173318T3; FI954950A7; EP0856132B1; PL326318A1; AU7299396A; FI103149B; CZ116398A3; DK0856132T3

Abstract

1. ZESPÓL DO WYTWARZANIA MOCY CHLODNICZEJ I GRZEWCZEJ DLA CO NAJMNIEJ JEDNEGO BUDYNKU ORAZ DO ROZPROWADZANIA TEJ MOCY DO BUDYNKÓW ZA POMOCA PLYNU KRAZACEGO W SYSTEMIE PRZEWODÓW ZAWIERAJACY AGREGAT ABSORBUJACY SKLADAJACY SIE Z KOTLA PODLACZO- NEGO DO NIEZALEZNEGO ZRÓDLA CIEPLA, SKRAPLACZA PAROW- NIKA I ABSORBERA POLACZONYCH ZE SOBA, PODLACZONEGO DO CHLODNI KOMINOWEJ ORAZ ZESPOLU KLIMATYZACYJ- NEGO POLACZONEGO ZA POMOCA WYMIENNIKA I POMPY, ZNAMIENNY TYM, ZE DO AGREGATU ABSORBCYJNEGO (5,8, 9, 10) JEST PODLACZONY ZA POMOCA PRZEWODÓW (27, 28) Z ZAMONTOWANYM NA NICH ZESTAWEM ZAWORÓW (46, 47) CO NAJMNIEJ JEDEN ZBIORNIK (26), Z KTÓRYM JEST POLACZONY OBIEG PRZESYLANIA CIEPLA (39 - 43), W SKLAD KTÓREGO WCHODZI WYMIENNIK CIEPLA (39), POMPA (40) ORAZ ZAWORY (41, 42) PRZY CZYM W Y- MIENNIK CIEPLA (39) JEST PODLACZONY ZA POMOCA PRZE- WODÓW (37, 38) Z ZAWORAMI (36, 35', 7) DO UKLADU PODLACZONEGO DO KOTLA (5) AGREGATU ABSORBCYJNEGO (5, 8, 9,10), ZAS ZESPÓL KLIMATYZACYJNY (22, 49) JEST WYPOSAZONY W URZADZENIE WYPARNE (34). PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest zespół do wytwarzania mocy chłodniczej i grzewczej dla co najmniej jednego budynku oraz rozprowadzania mocy do budynków za pomocąpłynu krążącego w systemie przewodów.

Dzisiejsze budynki są ogólnie chłodzone przez agregaty chłodnicze bazujące na agregacie sprężarkowym, przy czym agregaty chłodnicze są rozpraszane po miejscach wykorzystania. Moc chłodnicza jest w nich wytwarzana za pomocą energii elektrycznej. Udział chłodzenia budynków w zużyciu energii elektrycznej jest teraz dość ważny, na przykład w krajach południowoeuropejskich szczytowe zużycie energii elektrycznej przypada na lato. W odniesieniu do wytwarzania, zużycie także występuje w niekorzystnym czasie. Ciepło zawsze wytwarzane w związku z wytwarzaniem mocy elektrycznej nie może być wykorzystane do niczego innego niż wytwarzanie gorącej wody wodociągowej, dlatego też musi być ona skraplana i dostarczana do kanałów wodnych, na przykład przez skraplacze solankowe, albo do powietrza przez chłodnie kominowe.

Moc chłodnicza może być także wytwarzana przez ciepło odpadowe wytwarzane podczas produkcji energii elektrycznej w tak zwanych agregatach absopcyjnych, z których najlepiej znanymi są agregaty bromko-litowo (wodne i amoniakalne) wodne. Zużycie energii elektrycznej, a więc także na przykład emisja CO₂, może być dla tych agregatów zmniejszone, a ciepło odpadowe, które nie jest teraz całkowicie tracone, powinno być wykorzystane.

Korzystnym sposobem wytwarzania mocy chłodniczej jest tak zwany okręgowy system chłodniczy, w którym moc chłodnicza jest wytwarzana centralnie w siłowniach i jest dostarczana do użytkowników poprzez system przewodowy w taki sam sposób jak ciepło okręgowe. Posiada to korzystny wpływ na przykład na koszty obsługi, które w obecnych, rozproszonych systemach są wysokie, oraz na niezawodność, na obniżanie losowych obciążeń szczytowych itp.

Miejskie systemy chłodnicze nie sąjednak powszechnie stosowane z powodu wysokich kosztów inwestycyjnych. Chociaż koszt kWh mocy chłodniczej wytwarzanej w ten sposób jest niski w porównaniu z kosztem energii elektrycznej, ilość godzin użytkowania w tych strefach klimatycznych, w których opłaca się budować systemy ogrzewania miejskiego, jest tak mała, że koszty inwestycyjne nie zwróciłyby się. Na przykład w Finlandii systemy takie nie były dotąd budowane. Większość z nich istnieje w Japonii, Korei i w USA.

Fińskie zgłoszenie patentowe 940,342 ujawnia system 3-przewodowy, dzięki któremu mogą być znacznie zmniejszone koszty systemu rozprowadzającego. Dodatkowo, fińskie zgłoszenie patentowe 940,343 ujawnia system, w którym działanie wymienników ciepła jest połączone, co umożliwia znaczne zmniejszenie kosztów inwestycyjnych w indywidualnych budynkach. Ponadto, fińskie zgłoszenie patentowe 940,344 ujawnia system, w którym woda powrotna z miejskiego systemu grze wczego/chłodniczego jest wykorzystywana jako woda kondensacyjna, która jest potrzebna dla agregatu absorpcyjnego, dzięki czemu w siłowni nie jest potrzebna chłodnia kominowa albo inny skraplacz. Zmniejsza to koszty inwestycyjne i koszty eksploatacyjne podczas wytwarzania mocy chłodniczej miejskiego.

Powyższe środki sprawiają że okręgowe systemy chłodnicze są opłacalne do stosowania w nowych zbiorowościach, w których wszystkie budynki, które wymagają chłodzenia, są podłączone do systemu. Jednak ilość takich budów w krajach uprzemysłowionych jest mała, a ich udział w ilości wszystkich budów maleje. Większość obecnych budów obejmuje rozbudowę albo modernizację istniejących zbiorowości. Nie jest więc możliwe jednoczesne podłączenie znacznej

181 754 ilości budynków do miejskiego systemu chłodniczego, kiedy jest on budowany na danym obszarze. Niewielka ilość podłączonych budynków nie jest wystarczająca do pokrycia kosztów inwestycyjnych miej skiego systemu chłodniczego i wytwarzania mocy chłodniczej, co uniemożliwia budowanie miejskich systemów chłodniczych w istniejących zbiorowościach.

Podobny problem napotkano podczas budowania miejskich systemów ciepłowniczych. Problem ten został rozwiązany przez ruchome stacje grzewcze, w których ciepło było wytwarzane tylko dla ograniczonego obszaru, dzięki czemu koszty systemu rozprowadzania pozostały małe i natychmiast się zwróciły. Kiedy podłączono wystarczającą ilość obszarów, wybudowana została główna sieć, a obszary zostały połączone z ciepłownią poprzez system. Ruchome stacje grzewcze były przenoszone do nowych obszarów albo pozostawiane na danym obszarze jako stacje grzewcze, które są używane podczas maksymalnego zapotrzebowania na ciepło. Ta sama idea nie może być bez trudności wykorzystana przy budowaniu miejskiego systemu chłodniczego. Prawda jest, że unika się kosztów wybudowania sieci głównej, ale wykorzystanie wody powrotnej jako wody kondensacyjnej nie jest tutaj możliwe. Z tego powodu powinny być wykorzystywane chłodnie kominowe, woda zaskóma, itp. Na przykład często niemożliwe jest umieszczenie chłodni kominowych na obszarach zurbanizowanych z przyczyn architektonicznych, braku przestrzeni, itp.

Wybudowano pewną ilość instalacji powyższego typu bazujących na agregatach absorpcyjnych i technicznie systemy takie pracują dobrze, ale ich konkurencyjność w porównaniu z chłodzeniem sprężarkowym jest wątpliwa, a im mniejsza jest ilość godzin wykorzystywania (to znaczy w strefach klimatu łagodnego i zimnego, gdzie powszechnie stosowane są okręgowe systemy ciepłownicze), tym mniej są one konkurencyjne. Powodem tego jest to, że koszty inwestycyjne pompy ciepła absorpcyjnego, chłodni kominowej i systemu rozprowadzania są znacznie wyższe niż koszty odpowiadającego im agregatu sprężarkowego. Nawet kiedy energia, to znaczy ciepło, jest prawie darmowa, a energia elektryczna wykorzystywana przez agregat sprężarkowy jest kosztowna, zmniejszenie kosztów użytkowania nie jest wystarczające do pokrycia różnicy w kosztach inwestycyjnych, jeśli ilość godzin wykorzystywania nie jest wystarczająco duża. Sytuacja jest pogarszana przez duże, krótkoterminowe obciążenia szczytowe w zapotrzebowaniu chłodniczym, przy czym szczyt wynosi więcej niż dwukrotne obciążenie średnie podczas okresu chłodzenia. Jest to spowodowane faktem, że w strefie klimatu łagodnego i zimnego obliczeniowe temperatury zewnętrzne wy stępują tylko po południu przez kilka dni w roku. Średnie obciążenie chłodnicze także jest krótkoterminowe. Chłodzenie, w przeciwieństwie do ogrzewania, nie jest potrzebne przez całądobę, ale tylko w środku dnia i po południu. Ponieważ zużycie energii elektrycznej w krajach znajdujących się w łagodnej i zimnej strefie klimatycznej osiąga swój szczyt w zimie, wysokie koszty inwestycyjne nie mogą być uzasadnione zmniejszeniem kosztów inwestycyjnych urządzeń do wytwarzania energii elektrycznej, tak jak w krajach znajdujących się w strefie gorącej. Tak więc w europie środkowej i północnej wybudowano tylko kilka takich instalacji w celach testowych i badawczych, chociaż są one powszechnie stosowane w strefie gorącej.

Powyższy problem jest opisany w równocześnie złożonym fińskim zgłoszeniu patentowym 954,949. Dokument ujawnia także system, w którym koszty inwestycyjne mogąbyć znacznie zmniejszone, aniezawodność instalacji może być polepszona w porównaniu z rozwiązaniami wcześniejszymi. Zalety te są osiągnięte poprzez redukcję obciążenia szczytowego przez chłodzenie wypame wykonywane w j ednostkach klimatyzacyjnych budynku, oraz przez wyrównanie dziennych zmian zużycia poprzez dostarczenie systemu ze zbiornikiem, z którego moc, która została zmagazynowana w nocy, albo w innym okresie kiedy nie ma zużycia albo zużycie jest minimalne, jest rozładowywana w dzień podczas szczytu zużycia.

Chłodzenie wypame, a zwłaszcza zbiornik, naturalnie powodują powstanie kosztów dodatkowych, które jednak są dużo niższe niż oszczędności osiągnięte poprzez zmniejszenie pompy ciepła absorpcyjnego, wieży natryskowej, systemu przewodowego, itp. Pogarszają one jednak konkurencyjność systemu w porównaniu z chłodzeniem sprężarkowym.

181 754

W systemie opisanym we wspomnianym powyżej fińskim zgłoszeniu patentowym, zużycie energii elektrycznej jest w lecie kompensowane zużyciem ciepła odpadowego, które w innym przypadku jest w lecie całkowicie tracone, a system wyrównuje zużycie ciepła odpadowego w okresie 24-godzinnym. Sprawia to, że wytwarzanie energii jest bardziej ekonomiczne. Jednak nakłady inwestycyjne na okręgową sieć grzewczą i wytwarzanie ciepła są zdeterminowane ilością ciepła zużywaną w zimie.

Nakłady inwestycyjne na wytwarzanie i rozprowadzanie ciepła są zdeterminowane zużyciem szczytowym, które przede wszystkim zależy od temperatury zewnętrznej. Jednak obliczeniowa temperatura zewnętrzna występuje względnie rzadko. Na przykład obliczeniowa temperatura dla Helsinek wynosi -26°C. Jednak ta temperatura występuje średnio przez mniej niż 18 godzin w roku. Z kolei temperatura równa albo niższa od -20°Ć występuje średnio przez około 88 godzin, podczas gdy cały okres ogrzewania ma długość około 5000 do 6500 godzin, w zależności od budynku. Sytuacja jest więc bardzo podobna do występującej w lecie. Krzywa zmian temperatury zawiera wysoką wartość szczytową występującą w krótkim okresie.

Jeśli chodzi o wytwarzanie i rozprowadzanie ciepła, sytuacjajest pogarszana przez zmiany zużycia w okresie 24-godzinnym. Mniej więcej połowa budynków nie jest wykorzystywana po godzinach pracy. W takich budynkach wentylacja jest zwykle w nocy i podczas weekendów wyłączana albo ustawiana na minimalną. Udział wentylacji w zużyciu ciepła średniego budynku wynosi około połowy, ale w budynkach tych zużycie ciepła w okresie 24-godzinnym ciągle się zmienia pomiędzy 50% i 100%. To dalej zwiększa różnicę pomiędzy średnim i szczytowym zużyciem ciepła. Temperatura wewnętrzna takiego budynku często jest także obniżana, kiedy budynek nie jest używany, co jeszcze bardziej pogarsza sytuację.

W ostatnich latach zauważono, że podjęte w budynkach środki zmierzające do oszczędności energii dalej pogorszyły sytuację. Roczne zużycie ciepła zmniejszyło się drastycznie podczas ostatnich 20 lat. Natomiast zużycie szczytowe nie spadło tak bardzo. Ma na to wpływ kilka powodów. Być może najważniejszym powodem jest to, że ciepło nie może być z pełną wydajnością odzyskiwane z powietrza wywieranego podczas obciążenia szczytowego z powodu ryzyka zamarznięcia. Innym ważnym powodem jest obniżenie temperatury wewnętrznej, kiedy budynki nie są używane.

Jeśli chodzi o wytwarzanie i rozprowadzanie ciepła, to sytuacjajest trudna. Ciepłownia i system rozprowadzania powinny być zaprojektowane zgodnie ze zużyciem szczytowym, ale ich średni stopień wykorzystania wyniósłby wtedy około 25% do 35%. Dodatkowo, sytuacja stale się pogarsza.

W praktyce, ciepłownia i system rozprowadzający, które są kosztowne w budowie, nie są projektowane na obciążenie szczytowe, ale na o wiele mniejszą wydajność. Wydajność szczytowa zużycia ciepła jest wytwarzana w stacjach grzewczych wykorzystywanych podczas maksymalnego zapotrzebowania na ciepło, przy czym stacje grzewcze są rozmieszczone w różnych częściach systemu rozprowadzającego, a ich udział w całkowitej mocy grzewczej opcjonalnie jest duży. Na przykład w Helsinkach, stopień wykorzystania maksymalnych stacji grzewczych jest niski, w najlepszym wypadku tylko kilkadziesiąt godzin w roku. Cena jednostkowa wytwarzanego w nich ciepła jest bardzo wysoka, z powodu wysokich kosztów inwestycyjnych.

Celem wynalazku jest zespół do wytwarzania mocy chłodniczej i grzewczej.

Zespół do wytwarzania mocy chłodniczej i grzewczej dla co najmniej jednego budynku oraz do rozprowadzania tej mocy do budynków za pomocą płynu krążącego w systemie przewodowym zawierający agregat absorbujący składający się z kotła podłączonego do niezależnego źródła ciepła, skraplacza parownika i absorbera połączonych ze sobą, podłączonego do chłodni kominowej oraz zespołu klimatyzacyjnego połączonego za pomocą wymiennika i pompy według wynalazku charakteryzuje się tym, że do agregatu absorbcyjnego jest podłączony za pomocąprzewodów z zamontowanym na nich zestawem zaworów co najmniej jeden zbiornik, z którym jest połączony obieg przesyłania ciepła, w skład którego wchodzi wymiennik ciepła, pompa oraz zawory przy czym wymiennik ciepła jest podłączony za pomocą

181 754 przewodów z zaworami do układu podłączonego do kotła agregatu absorbcyjnego, zaś zespół klimatyzacyjny jest wyposażony w urządzenie wypame.

Korzystnie zbiornik jest podłączony do parownika agregatu absorbcyjnego.

Korzystnie pomiędzy punktem włączenia zbiornika do przewodu wylotowego z agregatu absorbcyjnego a parownikiem jest zamontowany zawór a na przewodzie wlotowym do parownika jest zamontowany zawór i pompa.

Korzystnie układ grzewczy budynku jest podłączony zarówno do zbiornika jak i do obiegu przesyłania ciepła za pomocą przewodu i przewodu z zaworem.

Korzystnie układ grzewczy budynku jest podłączony do zbiornika za pomocą przewodu z zaworem.

Korzystnie przewód z zaworem jest podłączony poprzez zawór trój drogowy do przewodu wylotowego z parownika i do przewodu zbiornika pomiędzy zaworem trój drogowym połączonym z przewodem zbiornika a miejscem podłączenia obiegu przesyłania ciepła do zbiornika.

Korzystnie obieg przesyłania ciepła jest połączony bezpośrednio ze zbiornikiem.

Zespół do wytwarzania mocy chłodniczej i grzewczej dla co najmniej jednego budynku oraz do rozprowadzania tej mocy do budynków za pomocąpłynu krążącego w systemie przewodowym zawierający agregat absorbujący składający się z kotła podłączonego do niezależnego źródła ciepła, skraplacza parownika i absorbera połączonych ze sobą, podłączonego do chłodni kominowej oraz zespołu klimatyzacyjnego połączonego za pomocą wymiennika i pompy według wynalazku charakteryzuj e się tym, że do agregatu absorbcyj nego j est podłączony co naj mniej jeden zbiornik podłączony bezpośrednio do miejskiej sieci grzewczej za pomocą przewodów z zaworami, do niezależnego źródła ciepła jest bezpośrednio podłączony za pomocą przewodów z zaworami co najmniej jeden zbiornik, który jest połączony z obiegiem przesyłającym ciepło, w skład którego wchodzi wymiennik ciepła, pompa i zawory, zaś do wymiennika ciepła jest podłączony obieg rozprowadzający ciepło w budynku, w skład którego wchodzi pompa, zawór trój drogowy oraz przewody podłączone poprzez zawory trój drogowe do przewodu.

Korzystnie pomiędzy miejscem włączenia przewodu do przewodu a zbiornikiem jest umieszczony zawór, zaś pomiędzy miejscem włączenia przewodu wylotowego z parownika a miejscem włączenia przewodu jest umieszczony zawór.

Korzystnie na przewodzie jest zamontowana pompa.

Korzystnie do obiegu rozprowadzającego ciepło i do obiegu przesyłającego ciepło zbiornika jest podłączony system grzewczy.

Korzystnie do przewodu jest podłączony za pomocą zaworów trój drogowych przewód obejściowy z pompą.

System dostarczony przez wynalazek umożliwia wyrównanie zmian zużycia ciepła w okresie 24-godzinnym tak, że budynki podłączone do systemu nie wykorzystują ciepła z miejskiej sieci grzewczej albo mogą w pewnych przypadkach nawet dostarczać moc do miej skiej sieci grzewczej, kiedy zużycie w innych budynkach jest niewielkie. Odpowiednio, kiedy zużycie energii w innych budynkach jest małe, pobierająone całą potrzebną energię grzewcząz sieci. Tak więc wynalazek zastępuje maksymalne stacje grzewcze i zmniejsza zapotrzebowanie na inwestycje. Całkowita sprawność wytwarzania energii będzie wzrastała wraz z większym udziałem energii, która może być wytwarzana w ciepłowniach, a nie w maksymalnych stacj ach grzewczych.

Wynalazek wykorzystuje urządzenie wykorzystywane do wytwarzania mocy chłodniczej, przy czym urządzenie jest opisane w równocześnie zgłoszonym fińskim zgłoszeniu patentowym nr 954,949. Niektóre z urządzeń używanych do wytwarzania mocy chłodniczej mogą być więc także używane w zimie, dzięki czemu może być pomnożona ilość godzin użytkowania. Jeśli koszty inwestycyjne są podzielone pomiędzy wytwarzanie ciepła i wytwarzanie mocy chłodniczej na podstawie godzin użytkowania, ilości wytwarzanej energii, albo innego odpowiedniego współczynnika, całkowite koszty wytwarzania ciepła, a zwłaszcza mocy chłodniczej mogą być znacznie zmniejszone, a wytwarzanie mocy chłodniczej staje się bardziej konkurencyjne w porównaniu z chłodzeniem sprężarkowym.

181 754

Wynalazek bazuje na prostym uświadomieniu sobie, że zbiornik wody zimnej zawarty w urządzeniu według fińskiego zgłoszenia patentowego nr 954,949 w zimie może być używany jako zbiornik wody gorącej, dzięki czemu nie jest potrzebna woda chłodząca. Sposób dostarczony przez wynalazek charakteryzuje się tym, że płyn używany do przesyłania energii jest przechowywany w jednym i tym samym zbiorniku umieszczonym w agregacie absorpcyjnym albo podobnym urządzeniu, zarówno podczas chłodzenia jak i ogrzewania, kiedy zapotrzebowanie mocy chłodniczej albo ciepła jest małe, oraz tym, żejest on czerpany ze zbiornika kiedy zapotrzebowanie mocy chłodniczej albo ciepła jest duże. Z kolei zespół według wynalazku charakteryzuje się tym, że płyn używany do przesyłania energii jest przechowywany w jednym i tym samym zbiorniku umieszczonym w agregacie absorpcyjnym albo podobnym urządzeniu, zarówno podczas chłodzeniajak i ogrzewania, kiedy zapotrzebowanie mocy chłodniczej albo ciepłajestmałe, oraz tym, żejest on czerpany ze zbiornika, kiedy zapotrzebowanie ciepła albo mocy chłodniczej jest duże.

Zbiornik może być więc napełniony w mocy, kiedy obciążenie miejskiej sieci cieplnej jest niewielkie, wodą gorącą, a całe ciepło potrzebne dla budynku może być czerpane ze zbiornika podczas dnia, kiedy obciążenie sieci jest duże. Jeśli 40% budynków jest wyposażonych w takie urządzenia, dzienne zmiany obciążenia mogą być całkowicie wyrównane. W nowoczesnym zespole biurowym, na przykład, maksymalne zapotrzebowanie mocy chłodniczej wynosi około 60 W/m² budynku. W systemie opisanym w fińskim zgłoszeniu patentowym 954,949 przynajmniej 30% zapotrzebowania energii chłodniczej, to znaczy średnio 18 W/m² budynku, jest pokrywane przez zbiornik. Cała energia grzewcza jest pokrywana przez zbiornik. Załóżmy, że ilość godzin maksymalnej wydajności wynosi 6 dla chłodzenia i 11 dla ogrzewania. Wielkości charakterystyczne opisujące ilość przechowywanej energii wynoszą więc 880 W/m² budynku dla ogrzewania i 108 W/m² budynku dla chłodzenia. Wielkość charakterystyczna opisująca objętość zbiornika jest uzyskiwana poprzez podzielenie wielkości charakterystycznej opisującej ilość przechowywanej energii przez różnicę temperatury wody zasilającej i wody powrotnej, przy czym różnica ta w tradycyjnych instalacjach wynosi 12 - 6 = 6°C dla chłodzenia i 70 - 40 = 30°C dla ogrzewania. Wielkość charakterystyczna dla chłodzenia wynosi 18 Wh/m^2oC, a dla ogrzewania 29,3 Wh/m^2oC. Tradycyjna instalacja może więc pokryć tylko około 60% zapotrzebowania energii cieplnej, jeśli jest zaprojektowana na podstawie zapotrzebowania energii chłodniczej. Polepsza się zasadniczo sytuację, jeśli uświadomimy sobie, że możliwe jest podgrzanie przechowywanej wody do zasadniczo wyższej temperatury za pomocą miejskiej wody grzewczej posiadającej temperaturę zasilania 115°C w warunkach obliczeniowych, jeśli wymiennik ciepła pomiędzy okręgową siecią cieplną i instalacją wewnętrzną budynku nie jest zaprojektowany w sposób tradycyjny, na przykład tak, że przechowywana woda posiada temperaturę 100°C. Temperatura wody powrotnej w sieci wody cyrkulacyjnej budynku może być regulowana do osiągnięcia odpowiedniej temperatury na przykład poprzez połączenia bocznikowe znane same przez się, na przykład tak, że odpowiednia ilość wody gorącej ze zbiornika jest mieszana z wodą cyrkulacyjną przez zawór dwu- albo trójdrogowy. Różnica temperatury wynosi więc 100-40 = 60°C, a wielkością charakterystyczną opisującą objętość zbiornika podczas ogrzewania jest 14,7 Wh/m^2oC. Dla celów ogrzewania potrzebne będzie tylko około 80% wydajności zbiornika obliczonej pod kątem chłodzenia. Rezerwa energii może być wykorzystana, jeśli przechowywanajest miejska woda grzewcza zamiast wody cyrkulacyjnej budynku, oraz jeśli ciepło jest przysyłane z miejskiej wody grzewczej do obiegu wody cyrkulacyjnej budynku za pomocą wymiennika ciepła. Jeśli stosowany jest wymiennik ciepła, na przykład, do redukcji poniedziałkowego szczytu porannego o 25% przez okres trzech godzin, można łatwo zauważyć, że rezerwa energii może wystarczyć dla około trzech budynków, dla których jest zaprojektowany zbiornik. Jednak sposób posiada taką wadę, że zbiornik będzie musiał być tak zaprojektowany, aby spełniał wymagania dotyczące ciśnienia, temperatury, itp. miejskiej sieci grzewczej. Dodatkowo, woda chłodząca i miejska woda grzewcza budynku będą się mieszały podczas rozpoczęcia/zakończenia chłodzenia. Jeszcze bardziej korzystne jest wyposażenie jednostek klimatyzacyjnych budynku w obieg przesyłający ciepło według fińskiego opisu 92,867 i połączę

181 754 nie systemu przesyłającego ciepło systemów grzewczych i klimatyzacyjnych budynku szeregowo, w sposób przedstawiony w fińskim opisie 94,173. Różnice temperatury w obiegach wody cyrkulacyjnej budynku zwiększająsię z powodów przedstawionych w publikacji w taki sposób, że różnica temperatury wynosi 100 - 15 = 85°C dla ogrzewania i 20 - 6 = 14°C dla chłodzenia. Wielkości charakterystyczne opisujące objętość zbiornika wynoszą więc 8,0 Wh/m^2oC dla ogrzewania i 7,8 Wh/m^2oC dla chłodzenia, to znaczy mniej niż połowa objętości zbiornika zaprojektowanego za pomocą tradycyjnych technik grzewczych, instalacyjnych i klimatyzacyjnych.

Przedmiot wynalazku jest przedstawiony w przykładach wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia ogólny schemat pierwszego przykładu wykonania zespołu według wynalazku; fig. 2 - ogólny schemat drugiego przykładu wykonania zespołu według wynalazku; oraz fig. 3 - ogólny schemat trzeciego przykładu wykonania zespołu według wynalazku.

Figury 1 do 3 przedstawiają trzy różne przykłady wykonania systemu według wynalazku. W odniesieniu do etapu chłodzenia, powyższe przykłady wykonania działają w taki sam sposób jak system opisany we wspomnianym powyżej, równocześnie zgłoszonym fińskim zgłoszeniu patentowym 954,949 i dlatego ich działanie nie będzie tutaj opisywane, natomiast czyni się odwołanie do wspomnianego zgłoszenia.

Na figurze 1 pokazano miejską sieć grzewczą z przewodami doprowadzającymi 1-4, a pompa ciepła absorpcyjnego wraz z wyposażeniem pomocniczym jest oznaczona numerami 5-16. System grzewczy jest ogólnie oznaczony numerem odnośnika 17, a obieg przesyłania ciepła jednostki klimatyzacyjnej numerami 18-25. Zbiornik wraz z przewodami doprowadzającymi jest oznaczony numerami 26-28, system przewodowy potrzebny do chłodzenia jest oznaczony numerami 29-33, a część zwilżająca dla chłodzenia wypamego numerem 34. Wyposażenie pomocnicze potrzebne do ogrzewania jest oznaczone numerami odnośników 35, 36, itd.

Jak stwierdzono powyżej, system przedstawiony na fig. 1 działa podczas chłodzenia w taki sam sposób jak system opisany w równocześnie zgłoszonym fińskim zgłoszeniu patentowym 954,949.

Podczas ogrzewania system z fig. 1 działa zasadniczo tak jak opisano poniżej. Agregat absorpcyjny i wyposażenie pomocnicze 5-16 są zatrzymywane i odłączane od systemów wody cyrkulacyjnej zapomocązaworów7,44 i 45. Podczas dnia, a poza tym nawet podczas obciążenia szczytowego, kiedy z miejskiej sieci grzewczej 1-4 nie jest czerpana moc cieplna, zawory 35,36,41 i42 są zamknięte, a pompa 40 jest wyłączona, to znaczy system grzewczy budynku jest odłączony od miejskiej sieci grzewczej. Moc cieplna jest czerpana ze zbiornika 26 przez przewód 27. Zawór trójdrogowy 46 znajduje się w położeniu, w którym drogi przepływu do przewodów 27 i 33 są otwarte, a droga przepływu do przewodu 28 jest zamknięta. Jednostka klimatyzacyjna 18-25 pracuje, ajej pompa 20 czerpie z przewodu 33 pewną ilość gorącej wody potrzebnej dla wymiennika ciepła 25 jednostki klimatyzacyjnej, przy czym ilość ta jest regulowana przez zawór trójdrogowy 18. Pompa 20 powoduje powrót ochłodzonej wody przewodem 32 oraz przewód 28 z zaworem trójdrogowym 47 do zbiornika 26.

Odpowiednio, jedna albo więcej pomp zawartych w systemie grzewczym 17 budynku pobiera wodę gorącą z przewodu 33 i powoduje powrót wody ochłodzonej przewodem 32 do zbiornika 26. Zawór trójdrogowy 47 znajduje się w położeniu, w którym droga przepływu do przewodu 27 jest zamknięta, a drogi przepływu do przewodów 28 i 32 są otwarte.

Powyższy przykład wykonania powinien być rozumiany jako przykład tego, w jaki sposób może być wdrożona zasada według wynalazku. Dlajasności fig. 1 przedstawia tylko jednąjednostkę klimatyzacyjną 18-25 ijeden obieg grzewczy 17, chociaż w praktyce zwykle występuje więcej niż jeden z nich, a nawet znajdująsię one w kilku budynkach. Spośród podłączeń występujących w budynku przedstawiliśmy, jako przykład, jedno możliwe podłączenie jednego typu jednostki klimatyzacyjnej. Bardziej powszechne jest, na przykład, że nie ma wymiennika ciepła 23, a woda gorąca jest prowadzona bezpośrednio do nagrzewnicy jednostki klimatyzacyjnej. System grzewczy nie jest pokazany szczegółowo, ponieważ możliwe sa różne sposoby ogrzewania, takie jak ogrzewanie grzejnikowe, ogrzewanie podłogowe, itd. Możliwe jest także,

181 754 aby w budynkach ogrzewanych powietrzem nie było, na przykład, oddzielnego systemu grzewczego wykorzystującego wodę gorącą. Wszystkie te rozwiązania, w których stosowana jest tradycyjna technologia, są naturalnie zawarte w wynalazku.

Figura 1 przedstawia tylko jeden zbiornik. Naturalnie, mogą być dwa albo więcej zbiorników, które korzystnie są połączone szeregowo, przy czym możliwe są także połączenia równoległe. Przewody mogąbyć połączone na różne sposoby, przy zastosowaniu znanych rozwiązań.

Kiedy obciążenie miej sldej sieci cieplnej 1 -4 j est zrnniej szone, zwykle z powodu wyłączeniajednostek klimatyzacyjnych 18-25 w dużej ilości budynków, rozpoczyna się ładowanie zbiornika 26. Wyłączenie jednostek klimatyzacyjnych nie oznacza, ze na przykład jednostka z fig. 1 zostanie wyłączona razem z nimi. Wentylatory 48 i 49 są wyłączone, a przepustnice powietrza nawiewnego, które nie sąpokazane na fig. 1, sa zamknięte. Pompy 24 i 20 zwykle dalej się obracają, zwykle ze zmniejszoną prędkością, a zawór 18 prawie całkowicie zatrzymuje czerpanie wody gorącej z przewodu 33.

Wymiennik ciepła 39 zostaje połączony ze zbiornikiem 26 poprzez otwarcie zaworów 42 i 41, a z miejskiej siecią grzewczą 1-4 poprzez otwarcie zaworów 35 i 36, po czym startuje pompa 40. Woda z sieci miej skiej będzie przepływała z przewodu 2 przez zawór 3 5' do przewodu powrotnego4. Odpowiedni przepływwodyjestregulowanyprzezzawór 35'albo 36. Wymiennik ciepła 39 także może być wyposażony we własną pompę albo w zawór trój - albo dwudrogowy, w taki sam sposób jak jednostka klimatyzacyjna 18-25.

Pompa 40 zasysa ochłodzoną wodę poprzez zawór 42 z przewodu 33, do którego ochłodzona woda napływa zarówno ze zbiornika 26 przewodem 28 jak i z systemu grzewczego 17 budynku, który stale pracuje. Z pompy 40 woda przepływa przewodem 43 do wymiennika ciepła 39, w którym jest ona podgrzewana, oraz z którego następnie wypływa, częściowo przez zawór 41 do zbiornika 26, a częściowo przez przewód 27, zawór 46 i przewód 33 do systemu grzewczego 17 budynku.

Ponieważ wymiennik ciepła 39 będzie musiał ogrzać jednocześnie budynek i ładowany zbiornik 26, musi on mieć odpowiednią wydajność. Zwykle wystarczające jest, aby zaprojektować obieg wodny 39-42 zbiornika na przepływ wody, który jest równy przepływowi wody dla klimatyzacji + dwukrotnemu przepływowi wody grzewczej w warunkach obliczeniowych.

Zespół z fig. 1 jest jednym ze sposobów wdrożenia wynalazku. Na przykład, zbiornik 26 może być wyposażony w dwa zestawy połączeń, a obieg przesyłania ciepła 39-43 może być bezpośrednio połączony ze zbiornikiem, a nie z przewodami 27 i 28. Jeśli, na przykład, nie ma systemu grzewczego 17 i budynek jest ogrzewany za pomocą jednostek klimatyzacyjnych 18-25, wentylatory 48 i 49 nie są wyłączane, ale przełącza się je na wykorzystanie powietrza powrotnego, to znaczy zamiast powietrza zewnętrznego podgrzewa się powietrze wywiewane z budynku, przy czym powietrze wywiewanej est wyciągane z budynku za pomocą wentylatora 49 i powraca do niego za pomocą wentylatora 48. W praktyce jest to osiągane poprzez zamknięcie przepustnic powietrza zewnętrznego i otwarcie przepustnicy powietrza powrotnego, które nie sąpokazane na fig. 1. Zawór 18 reguluje przepływ wody czerpanej z przewodu 33 tak, że jest on zgodny ze zrnniej szoną wydajnością.

Jak widać, podstawowa idea wynalazku może być zastosowana w wielu układach związanych z różnymi systemami klimatyzacyjnymi i grzewczymi. Wszystkie te zastosowania rozwiązań wcześniejszych są naturalnie zawarte w wynalazku.

Figura 2 przedstawia drugi przykład wykonania wynalazku. W tym przykładzie wykonania zbiornik 26 jest bezpośrednio podłączony do miejskiej sieci grzewczej 1-4 za pomocą przewodów i zaworów 35-38. Dla celów grzewczych istnieje obieg przesyłający ciepło 50-53, w którym jest podgrzewana woda krążąca w obiegu rozprowadzającym ciepło 54-57 budynku. Obieg przesyłający ciepło 50-53 i obieg rozprowadzający ciepło 54-57 pracujązawsze kiedy jest potrzebne ciepło. Zbiornik 26 jest ładowany po prostu poprzez otwarcie zaworów 35' i 36. Dlajasności fig. 2 nie przedstawia regulacji obiegu przesyłającego ciepło 50-53. Wymiennik ciepła 52 jest podłączony za pomocą przewodów 56,57 do przewodu 32 i 33, odpowiednio oraz z przewo

181 754 darni 32, 33 poprzez zawory 45, 28'. W odniesieniu do innych elementów numery odnośników i sposób działania są identyczne jak te z fig. 1.

System posiada taką wadę, że kiedy rozpoczyna się okres chłodzenia, zawory 36 i 35' są zamknięte, zawory 28 i 45 sąotwarte, a obieg rozprowadzający ciepło 54-57jest odcięty za pomocą zaworów 47 i 46, dzięki czemu część miejskiej wody grzewczej pozostaje w zbiorniku 26 i woda ta zaczyna krążyć w obiegu wody cyrkulacyjnej agregatu absorpcyjnego. Z drugiej strony, moc z systemu może być dostarczana do miejskiej sieci cieplnej 1-4 poprzez otwarcie za pomocą zaworów 58 i 59 obejścia 61 do miejskiej sieci cieplnej. Woda gorąca może być dostarczana ze zbiornika 26 do sieci za pomocą pompy 60.

Figura 3 przedstawia szczególnie korzystny przykład wykonania wynalazku, w którym woda dostarczana ze zbiornika 26 przewodami 27 i 33 najpierw przechodzi przez system grzewczy 17 budynku, a następnie woda powrotna jest prowadzona przewodem 62 do jednostki klimatyzacyjnej 18-25, z której powraca ona przewodem 32 do zbiornika 26. Obieg przesyłający ciepło 18-25 jednostki klimatyzacyjnej jest taki jak opisano w fińskim opisie 92,867. Jest więc osiągnięta większa różnica temperatur niż w przykładach wykonania przedstawionych na fig. 1 i 2, a zbiornik 26 może być zmniejszony nawet do połowy jego obecnego rozmiaru.

Moc chłodnicza i grzewcza mogą być także potrzebne w budynku równocześnie. Jest to łatwe do wykonania, na przykład w zespole z fig. 3, zgodnie z następującym postępowaniem: zostaje zamontowane obejście systemu grzewczego 17, prowadzące do przewodu powrotnego 32, jednostka klimatyzacyjna 18-25 jest odłączana od przewodów grzewczych 32 i 33, na przykład za pomocą zaworu zwrotnego, a przewody są tak organizowane, aby prowadziły z jednostek klimatyzacyjnych 18-25 do agregatu absorpcyjnego 5-16, który zaczyna wtedy pracę. Następnie zbiornik 26 i obieg przesyłający ciepło 39-43 dalej dostarczają ciepło do tych budynków albo części budynków, w których potrzebne jest ogrzewanie, a agregat absorpcyjny 5-16 dalej obsługuje jednostki klimatyzacyjne 18-25, które dostarczają chłodzenie, tam gdzie jest ono potrzebne.

Odpowiednio, na przykład obieg przesyłający ciepło 50-57 z fig. 2 może być odłączony od systemu, a bezpośrednio do miejskiego systemu ciepłowniczego 1-4 może być przyłączone obejście. Wtedy zbiornik 26 i agregat absorpcyjny 5-16 dalej dostarczają chłodzenie.

Powyższe związki są bardziej szczegółowo omówione na przykład w fińskim zgłoszeniu patentowym 940,343, toteż nie będą one tutaj szerzej omawiane.

W pewnych przypadkach agregat absorpcyjny będzie musiał być używany okresowo, na przykład na wiosnę albo na jesieni, kiedy obciążenie chłodnicze budynku jest małe. Korzystnie problem ten jest rozwiązany poprzez wykorzystywanie agregatu tylko w nocy i przechowywanie mocy chłodniczej w zbiorniku 26. Podczas dnia agregat absorpcyjny nie pracuje i chłodzenie jest dostarczane przez wodę przechowywaną w zbiorniku. Jednostki klimatyzacyjne 18-25 i 35-41 także nie muszą być wtedy używane, ponieważ przechowywana woda ma temperaturę 20°C.

Możliwe jest także dostarczenie zbiornika pomocniczego dla wody powrotnej z systemów chłodzących budynku o temperaturze 20°C wytwarzanej pomiędzy okresami pracy i/lub dla wody o temperaturze 50 do 55°C wytwarzanej podczas okresów pracy, albo dla obu. Są one połączone za pomocą przewodu rurowego i zespołów regulacyjnych znanych same przez się, przy czym zespoły mogą być zmieniane na różne sposoby w zależności od wybranej strategii użytkownika. Wszystkie powyższe rozwiązania znane same przez się są zawarte w wynalazku.

Powyższe przykłady wykonania nie mają być rozumiane jako ograniczające wynalazek, ale wynalazek może być modyfikowany dość swobodnie w zakresie zastrzeżeń patentowych. Jest więc oczywiste, że zespół według wynalazku albo szczegóły zespołu nie muszą być dokładnie takie jak opisane w odniesieniu do rysunku, ale możliwe są także inne rodzaje rozwiązań. W przykładach wykonania przedstawionych na rysunku, moc chłodnicza jest wytwarzana przez agregat absorpcyjny, ponieważ wtedy występująnajwiększe zalety. Jednak naturalnie w wynalazku mogą być zastosowane także inne urządzenia stosowane do wytwarzania mocy chłodniczej.

181 754

FIG. 2

181 754

48

FIG. 3

181 754

39

48

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 4,00 zł.

Claims

Zastrzeżenia patentowe

1. Zespół do wytwarzania mocy chłodniczej i grzewczej dla co najmniej jednego budynku oraz do rozprowadzania tej mocy do budynków za pomocąpłynu krążącego w systemie przewodów zawierający agregat absorbujący składający się z kotła podłączonego do niezależnego źródła ciepła, skraplacza parownika i absorbera połączonych ze sobą podłączonego do chłodni kominowej oraz zespołu klimatyzacyjnego połączonego za pomocą wymiennika i pompy, znamienny tym, że do agregatu absorbcyjnego (5, 8,9,10) jest podłączony za pomocą przewodów (27,28) z zamontowanym na nich zestawem zaworów (46,47) co najmniej jeden zbiornik (26), z którym jest połączony obieg przesyłania ciepła (39 - 43), w skład którego wchodzi wymiennik ciepła (39), pompa (40) oraz zawory (41, 42) przy czym wymiennik ciepła (39) jest podłączony za pomocą przewodów (37,38) z zaworami (36,35', 7) do układu podłączonego do kotła (5) agregatu absorbcyjnego (5,8,9,10), zaś zespół klimatyzacyjny (22,49) jest wyposażony w urządzenie wyparne (34).
2. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik (26) jest podłączony do parownika (26) agregatu absorbcyjnego (5, 8, 9,10).
3. Zespół według zastrz. 2, znamienny tym, że pomiędzy punktem włączenia zbiornika (26) do przewodu wylotowego z agregatu absorbcyjnego (5,8,9,10) a parownikiem (8) jest zamontowany zawór (28) a na przewodzie wlotowym (31) do parownika (9) jest zamontowany zawór (45) i pompa (30).
4. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, ze układ grzewczy (17) budynku jest podłączony zarówno do zbiornika (26) jak i do obiegu przesyłania ciepła (39 - 43) za pomocą przewodu (32) i przewodu (33) z zaworem (29).
5. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że układ grzewczy (17) budynku jest podłączony do zbiornika (26) za pomocą przewodu (33) z zaworem (29).
6. Zespół według zastrz. 4 albo 5, znamienny tym, że przewód (33) z zaworem (29) jest podłączony poprzez zawór trójdrogowy (46) do przewodu wylotowego z parownika (9) i do przewodu (27) zbiornika (26) pomiędzy zaworem trójdrogowym (46) połączonym z przewodem (28) zbiornika (26) a miejscem podłączenia obiegu przesyłania ciepła (39 - 43) do zbiornika (26).
7. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że obieg przesyłania ciepła (39 - 43) jest połączony bezpośrednio ze zbiornikiem (26).
8. Zespół do wytwarzania mocy chłodniczej i grzewczej dla co najmniej jednego budynku oraz do rozprowadzania tej mocy do budynków za pomocąpłynu krążącego w systemie przewodów zawierających agregat absorbujący składający się z kotła podłączonego do niezależnego źródła ciepła, skraplacza parownika i absorbera połączonych ze sobą, podłączonego do chłodni kominowej oraz zespołu klimatyzacyjnego połączonego za pomocą wymiennika i pompy, znamienny tym, że do agregatu absorbcyjnego (5, 8,9,10) jest podłączony co najmniej jeden zbiornik (26) podłączony bezpośrednio do miejskiej sieci grzewczej (1 - 4) za pomocąprzewodów (37, 38) z zaworami (36) (35*) (7'), do niezależnego źródła ciepła jest bezpośrednio podłączony za pomocąprzewodów (37,38) z zaworami (36,35', 7) co najmniej jeden zbiornik (26), który jest połączony z obiegiem przesyłającym ciepło (50 - 53) w skład którego wchodzi wymiennik ciepła (52) pompa (51) i zawory (50,53) zaś do wymiennika ciepła (53) jest podłączony obieg rozprowadzający ciepło (54 - 57) w budynku, w skład którego wchodzi pompa (54), zawór trójdrogowy (55) oraz przewody (56,57) podłączone poprzez zawory trójdrogowe (47,46) do przewodu (32) i (33).
9. Zespół według zatrz. 8, znamienny tym, że pomiędzy miejscem włączenia przewodu (31) do przewodu (32) a zbiornikiem (26) jest umieszczony zawór (45), zaś pomiędzy miejscem włączenia przewodu wylotowego z parownika (9) a miejscem włączenia przewodu (38) jest umieszczony zawór (28').

181 754
10. Zespół według zastrz. 9, znamienny tym, że na przewodzie (31) jest zamontowana pompa (30).
11. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, że do obiegu rozprowadzającego ciepło (54 - 57) i do obiegu przesyłającego ciepło (50 - 53) zbiornika (26) jest podłączony system grzewczy (17).
12. Zespół według zastrz. 8, znamienny tym, że do przewodu (37) jest podłączony za pomocą zaworów trójdrogowych (58, 59) przewód obejściowy (61) z pompą (60).

* * *