SK95896A3 - A method of thermal energy distribution and device for carrying out this method - Google Patents

Description

Spôsob rozvádzania tepelnej énérgie a zariadenie na realizovanie spôsobu

Oblasť techniky

Uvedený vynález sa týka spôsobu rozvádzania tepelnej energie, pri ktorom je tepelná energia absorbovaná nosičom tepla a koncentrovane generovaná za účelom vyhrievania budov a je rozvádzná pomocou trubice alebo skupiny trubíc do vykurovacích zariadení umiestnených v budovách a zodpovedajúcim spôsobom je potom chladiaca energia koncentrovane generovaná pomocou chladiacich agregátov absorbčného typu a je následne rozvádzaná pomocou druhého potrubia alebo skupiny trubíc do chladiacich zariadení, umiestnených v budovách. Vynález sa rovnako týka zariadenia na rozvádzanie tepelnej energie.

Doterajší stav techniky

Dnes najbežnejší spôsob chladenia budov využíva chladiace agregáty, ktoré sú založené na kompresorových chladiacich agregátoch a sú umiestnené na mieste ich využívania. V nich je generovaná chladiaca energia pomocou elektrickej energie. Pomer medzi chladením budovy ku spotrebe elektrickej energie je veľmi významný, to je na juhu Európy má spotreba elektrickej energie svoju špičku behom letného obdobia. Naviac je načasovanie spotreby elektriny nevýhodné s ohľadom na jej výrobu. Bez ohľadu na výrobu tepelnej úžitkovej vody je tu už len ťažké nájsť nejaký iný spôsob využitia tepla, navyhnuteľne vyrobeného pri výrobe elek trickej energie a tak musí byt uvedené teplo kondenzované vo vodných cestách napríklad pomocou vežových kondenzátorov alebo na vzduchu pomocou známych chladiacich veží.

Chladiaca energia ale môže byt ešte vyrobená pomocou odpadného tepla získaného pri výrobe elektrickej energie v takzvaných absorbčných agregátoch , ktorých najznámejšími zástupcami sú lítiobromido-vodného typu, alebo typu amoniakovo-vodného agregátu. Spotreba elektrickej energie a tak aj emisií CO2 tak môže byt znížená a môže tak byt využité aj odpadne teplo, ktoré nebýva v súčasnej dobe vôbec využívané.

Najlacnejší spôsob výroby chladiacej energie je takzvaný miestny chladiaci systém, pri ktorom je chladiaca energia koncentrovane vyrábaná v teplárňach a rozvádzaná k užívateľom pomocou rozvodnej potrubnej siete rovnakým spôsobom, ako je rozvádzané touto sieťou aj teplo. Toto má kladný efekt v tom, že tento systém znižuje napríklad prevádzkové náklady - ktoré sú pri súčasných miestnych systémoch vysoké - a v tom, že je spoľahlivý pri jeho použití, vyrovnáva účinok príležitostných špičkových zaťažení, atd. .

Miestne chladiace systémy sa doteraz nestali bežne využívanými z dôvodov ich vysokých investičných nákladov. Aj ked cena za kWh vyrobeného chladu je síce nízka v porovnaní s cenou elektrickej energie, počet' hodín, kedy je chladiaca energia potrebná je príliš nízky na to, aby pokryl investičné náklady v tých klimatických podnebných pásmach, kde stojí za to postaviť vykurovacie systémy. Napríklad vo Fínsku doteraz také systémy ešte neboli postavené. Väčšina z nich dnes existuje v Japonsku, U.S.A. a Kórei .

V súčasnosti prihlasovaný fínsky patent 640342 popisuje rozvádzači systém tepelnej energie, pri ktorom náklady na rozvodnú siet môžu byt podstatne znížené pomocou prispôsobenia bežného spätného potrubia pre účel chladiacej a vykurovacej energie. Patentová prihláška tiež popisuje uskutočnenie vynálezu, pri ktorom môžu byt investičné náklady znížené ešte viac. Podmienkou je to, aby vykurovanie, potrubný rozvod a klimatizačné systémy v budove boli skonštruované v súlade s princípmi, popísanými vo fínskej patentovej prihláške 941034 a vo fínskej patentovej prihláške 915511.

Ďalej, v súčasnosti podávaná fínska patentová prihláška 640343 popisuje systém rozvádzania tepelnej energie pomocou ktorého sa oddelené tepelné výmeníky medzi chladiacou sieťou a miestnym chladiacim systémom stávajú nepotrebnými. Toto eliminuje jednu z najväčších častí na investičné náklady pri miestnych chladiacich systémoch.

Najvyššie náklady pri systéme sa skladajú z absorbčných agregátov a ich kondenzátorov. Napríklad pri Koncentrovanom chladení výskum, uskutočňovaný na žiadosť fínskeho ministerstva priemyslu a obchodu a na žiadosť fínskej asociácie tepelných elektrární ukázal, že ich podiel na celkových nákladoch je asi 50 %.

Podstata vynálezu

Úlohou tohoto vynálezu je poskytnúť spôsob a zariadenie, ktoré by umožňovalo vyhnúť sa uvedeným nevýhodám predchodzích. uskutočnení týchto systémovToho je dosiahnuté pomocou spôsobu a zariadenia podľa uvedeného vynálezu. Spôsob podľa uvedeného vynálezu sa vyznačuje tým, že využíva spätnej (vratnej) kvapaliny, náležiacej k rozvádzaciemu systému vykurovacej/chladiacej energie, ako kondenzačnej vody v chladiacom agregáte, a dodáva aspoň časť tejto kondenzačnej vody, opúšťajúcej chladiaci agregát priamo naspäť do spätnej (vratnej) kvapaliny, náležiacej k rozvádzaciemu systému vykurovacej/chladiacej energie. Zariadenie podľa zmieneného vynálezu sa potom vyznačuje tým, že chladiaci agregát je prispôsobený k tomu, aby bol kondenzovaný pomocou spätnej kvapaliny, obdržanej zo spätného potrubia náležiaceho k rozvádzaciemu systému vykurovacej/chladiacej energie, a dalej tým, že aspoň časť kvapaliny, použitej na kondenzáciu, je prispôsobená k tomu, aby mohla byť dodávaná priamo naspäť do spätného potrubia.

Hlavnou výhodou tohoto vynálezu je to, že celkové náklady na absorbčný agregát môžu byť podstatne znížené v porovnaní s predchodzími uskutočneniami tohoto systému, čo veľmi vylepšuje ziskovosť celého miestneho chladiaceho systému. Vykurovacia energia, privedená do absorbčného agregátu môže byť znovu využitá na predohrievanie dodávkovej vody miestneho vykurovacieho •systému. Ďalej vynález rieši veľa technických problémov, ktoré sa týkajú korózie, starosti o nespracovanú (čistú) vodu, hygieny a nebezpečia pre zdravie člove ka. Keď sa dosiahne praktické skonštruovanie miestneho systému chladenia, bude rovnako dosiahnuté vyššie uvedených výhod miestneho chladenia.

Prehľad obrázkov na výkresoch

V nasledujúcich odstavcoch bude uvedený vynález popísaný bližšie v detailoch, a to s odkazom na nižšie uvedené nákresy, v ktorých:

Obr. 1 ukazuje celkový pohľad na dvojkomorový absorbčný agregát.

Obr. 8 ukazuje schematicky ako je absorbčný agregát z obr. 1 prepojený s miestnym chladiacim a výrobným energetickým systémom.

Obr. 3 ukazuje celkový pohľad na prvé uskutočnenie spôsobu a zariadenia podľa zmieneného vynálezu, a

Obr. 4 ukazuje’ celkový pohľad na druhé uskutočnenie spôsobu a zariadenia podľa uvedeného vynálezu.

Príklady uskutočnenia vynálezu

Obr. 1 ukazuje bežný dvojkomorový absorbčný agregát typu 1ítiumbromid/voda. Obr. 2 potom ukazuje ako je absorbčný agregát z obr. 1 spojený s miestnym chladiacim systémom- a s výrobným systémom energie. Obr. 1 tiež ukazuje teploty, prevažujúce v rôznych miestach v rôznych častiach absorbčného agregátu. Z dôvodu zreteľnosti obr. 2 nezahrňuje obvod pre chladiace médium.

Agregát pracuje na nasledujúcom princípe. V boj leri 17 agregátu, kde je vyššia teplota, sú voda a lítiumbromid prítomné vo forme roztoku. Lítiumbromid je uvarený z roztoku pomocou horúcej vody alebo pary, ktorá je získaná z. kondenzačného potrubia 20 turbíny.9 pomocou čerpadla .22, a vrátená, do kondenzačného potrubia pod nižším tlakom cez riadiaci ventil 21.

Odparený 1 ítiumbromid je kondenzovaný do kvapalnej formy v kondenzačnom zariadení 18, kde je ochladený pomocou kondenzácie vody, odvedenej z vodného chladiča cez kondenzačné potrubie 25 a cez riadiaci ventil 24 pomocou čerpadla chladiacej vody 23.

Lítiumbromid, skondenzovaný do formy kvapaliny preteká do odpaľovacieho zariadenia 16, kde je odparovaný nízkym tlakom, behom odparovania je absorbované teplo a je tak dosiahnuté teploty, označenej na obr. 1. Voda Je získaná zo spätného potrubia 2 miestnej chladiacej siete cez riadiaci ventil 14 pomocou čerpadla 15 ' a je ochladená v odpaľovacom zariadení 16 a prečerpaná do rozvádzačieho potrubia 3 miestneho chladiaceho systému.

Pri absorbčnom agregáte preteká lítiumbromid z odpaľovacieho zariadenia 16 do absorbčného zariadenia 19, kde absorbuje vodu, reprodukuje roztok a Je prečerpaný naspäť do bojleru 17 pomocou čerpadla 23. Kvapalná frakcia -je v absorbčnom zariadení ovplyvnená chladením s kondenzačnou vodou, získanou cez čerpadlo 23, ventil 24 a uvedené potrubie 25.

Obrázky neukazujú zariadenie na chladenie kondenzačnej vody. Pri absorbčnom agregáte je ohriata voda obvykle ochladená v tepelných výmeníkoch s morskou vodou, v chladiacich vežiach, alebo v iných, funkčne podobných, zariadeniach.

Teploty v rôznych častiach absorbčného agregátu, naznačené na obr. 1 ukazujú, že teplota kondenzačnej vody je takmer rovnaká, ako je teplota spätnej vody v miestnom chladiacom/vykurovacom systéme.

Vyššie uvedené ktorého základe je vody, vyrobenej v je použitá spätná cích/chladiacich systémov, a to absorbčnom nadbytočné spätná voda ža účelom využitia na výrobu teplej úžitkovej vody.

pozorovanie viedlo k poznaniu, na uvedený vynález postavený: namiesto oddelených chladiacich zariadeniach voda, získaná agregáte, a ked už teplo absorbčného vrátená, predohriata, z miestnych vykurovaako kondenzačná voda v táto voda absorbovalaagregátu, je uvedená do spätného potrubia

Vyššie uvedená základná idea významne znižuje investičné náklady na absorbčné agregáty. Podľa vyššie zmienených výskumov, robí chladenie kondenzačnej vody asi 30 % z celkových nákladov na absorbčné agregáty, to je okolo 15 % investičných nákladov na celý miestny chladiaci systém. Tieto náklady sú tu celkom eliminované, alebo aspoň podstatne znížené.

Naviac k -vyššie uvedenému by malo byť rovnako zmienené, že' kondenzačný obvod môže byť implementovaný ako obvod s uzatvorenou sľučkou, čím sú problémy s koróziou, znečisťovaním a upchávaním chladiaceho systému a pridružené náklady na údržbu, bud celkom eliminované, alebo môžu byť podstatne znížené. Ked je uve dený vynález použitý, nie sú tu potrebné rovnako žiadne investičné náklady alebo údržbové náklady, týkajúce sa starosti o vodu v systéme, ani nie je nutné platit za spotrebovanú vodu. Zvláštnym problémom sú chladiace veže, v ktorých sa tvoria baktérie legionellä a iné podobné, čo samozrejme zvyšuje nebezpečie pre ľudské zdravie. Pri zmienenom vynáleze sú tieto problémy a nevýhody rovnako eliminované, alebo aspoň podstatne znížené.

Vyššie uvedený text by mal objasniť princíp a základy tohoto vynálezu.

ukazuje prvé uskutoč vynálezu. Na obr. 3 potrubia 2 miestneho cez potrubie 34 je .čerpaná

Obr. uvedeného spätného ceho zariadenia pomocou čerpadla 23 a denia 19 absorbčného agregátu a potom začného zariadenia 18. Väčšina vody spätné potrubie 26 naspäť do spätného tneho vykurovacieho/chladiaceho zariadenia, je potrebný úplný chladiaci výkon, tená cez cirkulačné potrubie 25 do čerpadla 23.

.enie zariadenia podľa je voda odvádzaná zo ykurovacieho/chladiaa riadiaci ventil 24 do absorbčného zariadalej do kondenje privedená cez potrubia 2 miesPokiaľ nie je časť vody vráVoda, prečerpaná cez spätné potrubie' 26 do spätného potrubia 2 miestneho vykurovacieho systému a predohriata na-teplotu okolo 40°C sa zmieša s tou časťou' spätnej vody, ktorá nebola oddelená ventilom 14 a čerpadlom 15, a to za účelom ochladenia v odparovacom zariadení 16 absorbčného agregátu a privedená ako miestna chladiaca voda do rozvádzacieho potrubia 3 miestneho chladiaceho systému. Premiešaná voda je čer paná cez riadiaci ventil 28 do tepelného výmeníka 11 pomocou čerpadla 27, v tepelnom výmeníku je voda ohriata na teplotu asi 65°C až 75°C v letnom období a privedená do rozvádzacieho potrubia 1 miestneho vyku„rovacieho systému,. Ventil 7 uzatvára potrubie, medzi miestnou kúriacou rozvodnou trubkou 1 a medzi miestnou chladiacou trubkou 3 v letnom období. V zimnom období je potrubie otvorené v prípade, že miestna chladiaca trubica 3 má byť použitá na ukladanie tepla alebo na prenos miestnej tepelnej energie.

Časť kondenzátu získaného z turbíny 9 je prečerpaná čerpadlom 22 do bojlera v absorbčnom agregáte, kde odparí lítiumbromid z vody a ďalej potom cez riadiaci ventil 21 naspäť do kondenzačného potrubia. Zmiešaný kondenzát preteká cez tepelný výmeník 11 do kondenzátora 12, ktorý je chladený napríklad pomocou čistej vody, získanej cez riadiaci ventil 30 a čerpadlom 29. Od tadiaľ je voda prečerpaná pomocou čerpadla vstupnej vody 13 do parného bojlera 8 a para tu vytvorená je vedená trubkou 10 do turbíny 9, kde para kondenzuje a nasledovne sa vracia do kondenzačného potrubia 20.

Miestna vykurovacia voda je privedená potrubím 1 do zariadenia, spotrebovávajúca tepelnú' energiu 6 v budove 4, v letnom období to sú obvykle tepelné výmeníky na výrobu- teplej úžitkovej vody. Zodpovedajúcim spôsobom je potom miestna chladiaca voda privedená potrubím 3 do zariadenia 5, ktoré vyžaduje chladiacu energiu, obvykle to je teplný výmeník, obsluhujúci klimatizačný prístroj. Z obidvoch vyššie uvedených zariadení sa voda vracia do bežnej spätnej trubice 2.

Problém s aplikáciou uvedeného vynálezu je v tom, že spotreba tepelnej úžitkovej vody v budove je rôzna s časom,a v tom, že odhadované denné množstvo v budove, kde je chladenie.nutné nie je dostatočné k tomu,aby pokrylo prietok vody potrebný na chladenie absorbčného. agregátu, pokiaľ teplota vody pred agregátom je +25°C a po výstupe z agregátu potom +40°C a pokiaľ uvedená teplota vstupnej vody je +65°C.

Obvykle v sídlach, umiestnených v miernom klimatickom pásme väčšina budov nemá chladiace systémy, napríklad v obytných budovách je chladiaci systém skutočnou vzácnosťou. Ďalej pre väčšinu budov je odparovacie chladenie dostatočné. Napríklad vo Fínsku má menej ako 10 % všetkých nových budov mechanický chladiaci systém. Rovnako v týchto budovách je teplá úžitková voda potrebná. Celková spotreba teplej úžitkovej vody v sídle je obvykle dostatočná na pokrytie požiadavky absorbčného agregátu, slúžiaceho budovám ktoré potrebujú chladiť, na chladiacu vodu. Na vykreslenie tohoto, sú miestne vykurovacie potrubia 1 a spätné potrubia na obr. 5 pretiahnuté do budovy 4, ktorá požaduje chladenie. Obr. 3 tiež ilustruje fakt, že nie je obvykle ekonomické postaviť miestnu chladiacu sieť v strede sídla.

Pokiaľ ale spotreba teplej úžitkovej vody v niektorých zvláštnych prípadoch nie je dostatočná, princíp vynálezu môže byť aplikovaný v súlade s obr. 4. Na obr. 4 je kondenzátor 32 umiestnený v cirkulačnom potrubí chladiaceho obvodu v absorbčnom agregáte, cirkulujúca voda je chladená v uvedenom kondenzátore, napríklad s čerpadlom 31 pomocou čistej vody, cirkulo vanej cez riadiaci ventil 33. Veľkosť kondenzátora 32 je v každom prípade len zlomkom veľkosti kondenzátora pri bežných systémoch.

Toto riešenie stále znamená investičných veľké úspory . v technické výhody., sú:.tu trochu na pamäti to, že kondenzátor nákladoch, ale ostatné potlačené. 'Malo by byť 32 je používaný len počas krátkej doby behom špičkového zaťaženia, takže upchá vanie, korózia a ostatné problémy sú jasne menšie, ako je tomu pri bežných systémoch, a rovnako tak sú menšie napríklad aj náklady na spotrebu čistej vody.

Rozvodná sieť má istú skladovaciu kapacitu, pomocou ktorej je schopná vyrovnávať krátkodobé, jednoči dvojhodinové špičkové zaťaženia v spotrebe teplej úžitkovej vody. Oproti tomu vyrovnávanie dlhodobejších špičkových zaťažení je oveľa ťažšie. V kancelárskych budovách alebo vo verejných budovách spotreba teplej úžitkovej vody časovo súhlasí .s .maximálnym chladiacim výkonom a tak dochádza ku vzájomnej kompenzácii. Ale v obytných budovách, pri ktorých by teplá úžitková voda mala byť vuyžitá je to trochu zložitejšie.

V obytných budovách je spotreba teplej úžitkovej vody dosť vyrovnaná o víkendoch od 7.00 ráno do 15.00 popoludní a potom začína narastať. Špičkového zaťaženia je potom dosiahnuté okolo 21.00 večer'. Nočná spotreba je nízka.

V kancelárskych budovách dochádza k vzniku požiadavky na chladenie už okolo 9.00 ráno, maximum je dosiahnuté okolo 11.00 dopoludnia a takto zostáva spotreba konštantná až do 18.00 večer, koniec je potom okolo 20.00 večer. Spotreba je vyrovnaná z dôvodu špičku vyrovnávajúcej kapacity odparovacieho chladiaceho systému.

Zmena fází medzi špičkovou spotrebou teplej úžitkovej vody a maximálnou chladiacou účinnosťou je tak veľká, že miestna chladiaca rozvodná sieť nie je schopná ju kompenzovať. Vyššie uvedený problém môže byť eliminovaný pomocou akumulátora chladu, vhodne prispôsobeného v systéme, alebo v spojení s ním.

Vynález je vo vyššie uvedenom texte popísaný pomocou istých druhov uskutočnenia vynálezu. Vynález samotný nie je vôbec obmedzený na jeho vyššie zmienené uskutočnenie, ale môže byť celkom voľne modifikovaný v rozsahu podľa pôsobnosti uvedených patentových nárokov. Tak by malo byť. Jasné,.že systém v uskutočnení podľa vynálezu nemusí nutne byť identický s tým, čo je vykreslené na obrázkoch, sú tu možné aj iné druhy jeho uskutočnenia. Všetky spojenia potrubia, ktoré sú bežne známe tu môžu byť použité. Absorbčný agregát môže byť rovnako nahradený iným známym chladiacim agregátom, pokiaľ je teplota kondenzačnej vody vhodná, a pod. .

Claims (6)

1. PATENTOVÉ

   NÁROKY

   1. Spôsob rozvádzania tepelnej energie, pri.ktorom .je /táto tepelná energia absorbovaná nosičom tepelnej energie a koncentrovane generovaná za účelom vykurovania budov (4), táto tepelná energia je potom rozvádzaná pomocou jedného potrubia alebo celej skupiny potrubí (1) do vykurovacích zariadení (6), umiestnených' v budovách a zodpovedajúcim spôsobom je potom chladiaca energia koncentrovane generovaná pomocou chladiaceho agregátu absorbčného typu (16, 17, 18, 19) a je potom rozvádzaná pomocou druhého potrubia, alebo skupiny potrubí (S) do chladiacich zariadení (5) v budove , vyznačujúci sa tým , že za účelom vybratia, alebo podstatného zníženia zariadenia, je chladiaca kondenzačná voda spätnej (vratnej) kvapaliny (2) chladiaceho agregátu rozvodného systému vykurovacej energie/chladiacej energie použitá ako kondenzačná voda v chladiacom' agregáte (16, 17, 18, 19) a aspoň časť kondenzačnej vody, opúšťajúcej chladiaci agregát (16, 17, 18, 19), je dodávaná priamo naspäť do spätnej (vratnej) kvapaliny (2) rozvodného systému vykurovacej energie/chladiacej energie.
2. 2. Spôsob rozvádzania tepelnej energie podľa nároku 1, vyznačujúci sa tým , že voda, cirkulujúca v chladiacom obvode chladiaceho agregátu (16, 17, 18, 19) je chladená pomocou kondenzátora (32).
3. 3. Spôsob rozvádzania tepelnej energie podľa nároku 1 alebo nároku 2 , vyznačujúci sa tým , že kondenzačná voda je použitá na výrobu teplej úžitkovej vody pre miestny vykurovací systém.
4. 4. Zariadenie, na rozvádzanie, tepelnej energie, pri ktorom je táto .tepelná energia absorbovaná nosičom tepelnej energie a koncentrovane generovaná za účelom vykurovania budov (4), táto tepelná energia je potom prispôsobená na rozvádzanie pomocou jedného potrubia alebo celej skupiny potrubí (1) do vykurovacích zariadení (6), umiestnených v budovách a zodpovedajúcim spôsobom je potom chladiaca energia koncentrovane generovaná pomocou chladiaceho agregátu absorbčného typu (16, 17, 18, 19) a je potom prispôsobená na rozvádzanie pomocou druhého potrubia, alebo skupiny potrubí (3) do chladiacich zariadení (5) v budove , v yz n a č u j ú c e sa tým , že za účelom vybratia, alebo podstatného zníženia chladiacej kondenzačnej vody zariadenia pri chladiacom agregáte, je tento chladiaci agregát (16, 17, 18, 19) prispôsobený na to, aby bol kondenzovaný spätnou (vratnou) kvapalinou získanou zo spätného potrubia (2) rozvodného systému vykurovacej energie/chladiacej energie a ďalej tým, že aspoň časť kvapaliny použitej na kondenzáciu je prispôsobená k tomu, aby bola dodávaná priamo naspäť do spätného potrubia (2).
5. 5. Zariadenie na rozvádzanie tepelnej energie podľa nároku 4,-.vyznačujúce sa tým, že kondenzátor (32) je umiestnený v cirkulačnom potrubí (25) chladiaceho okruhu v uvedenom chladiacom agregáte (16, 17, 18, 19).
6. 6. Zariadenie na rozvádzanie tepelnej energie podľa nároku 4 alebo nároku 5 , vyznačuj ú c e sa tým, že kvapalina, použitá na kondenzáciu je .prispôsobená k tomu, aby bola použitá na výrobu teplej úžitkovej vody pre miestne vykurovanie.