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CN1139478A - 关于热能分配系统的方法，和热能分配系统 - Google Patents

关于热能分配系统的方法，和热能分配系统 Download PDF

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CN1139478A
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Abstract

本发明涉及一种关于热能分配系统的方法，和一种热能分配系统。在本发明中，用一个管道或一组管道(1)，把为建筑物(4)供热而吸入载热体的和集中产生的加热能量，分配到安装在建筑物内的供热设备(6)中；并且相应地，用一个第二管道或一组第二管道(3)，把由一个冷却成套设备(16-19)集中产生的冷却能量，分配到建筑物内的冷却设备(5)中。为了降低成本，冷却成套设备(16-19)被安排成，使用从一个供热能量/冷却能量传送系统的回管(2)得到的返回液体，进行冷凝；并且至少一部分用于冷凝的液体被安排成，直接返回供给回管(2)。

Description

关于热能分配系统的方法，和热能分配系统
本发明涉及一种关于热能分配系统的方法，在这种方法中，用一个管道或一组管道，把为对建筑物供热而吸入载热体和集中产生的热能，分配到置于建筑物中的供热设备；并且相应地用一第二管道或一组第二管道，把由一个吸收式冷却成套设备集中产生的冷却能量，分配到建筑物中的冷却设备。本发明还涉及一个热能分配系统。
目前，冷却建筑物的最常用的方法是使用一些冷却成套设备，它们以压缩机成套设备为基础，且散布于使用地。其中，用电产生冷却功率。建筑物冷却对电力消耗的比例已变得日益重要；例如在欧洲南部，夏天出现电力消耗高峰。此外，鉴于电力生产情况，电力消耗的时间是不利的。对电力生产时必然产生的热量，除了生产热自来水之外，很难有任何其他用途，因此，它不得不在水路上例如用海水冷凝器来冷凝，或在空气中用冷却塔来冷凝。
也能够在所谓吸收成套设备中，用从电力生产中得到的废热来生产冷却功率，熟知的这类成套设备有溴化锂/水和氨/水成套设备。借此能够减小电力消耗，从而减小例如CO2的放出；并且目前全部废弃的废热，能够投入利用。
产生冷却能量的最便宜的方式应该是一种所谓的区域冷却系统，其中，在动力厂集中生产冷却功率，并且通过一个管道网用与区域供热相同的方法把冷却功率分配给用户。这会对例如服务成本(目前分散系统的服务成本是高的)，使用可靠性、调平偶然负荷峰值效果等，产生积极的影响。
然而，区域冷却系统由于投资成本高而未通用。虽然同电力价格相比，用这种方法产生冷却的KWh价格是低的，但需求冷却的小时数太少，以致在那些值得采用区域供热系统的气候地区，不能补偿其投资成本。例如，在芬兰，因此而未建造这样的系统。它们主要建造在日本、朝鲜和美国。
同时提出的芬兰专利申请940,342公开一种热能分配系统，其中，通过安装一个用于冷却和加热水的公用回管，能明显降低分配网的成本。该专利中请还公开一些实施例，用它们能够进一步降低区域分配网的成本。其条件在于，按照芬兰专利申请941,034和915,511中陈述的原则，来设计建筑物的供热、自来水管道和空调系统。
此外，同时提出的芬兰专利申请940,343公开一个热传递系统，用它可使建筑物冷却网与区域冷却系统之间的独立热交换器成为多余的。这就省去一个区域冷却系统的大成本的项目。
然而，该系统的最大成本项目，是由吸收成套设备及其冷凝器组成的。例如，在集中冷却方面，按照芬兰贸易与工业部和热动力厂协会的指令进行了一项研究，该研究评述：它们对总投资的比例达50％左右。
本发明之目的在于提供一种方法和一个系统，藉此克服现有技术的缺点。这是用根据本发明的方法和系统来实现的。本发明的方法的特征在于，把供热能量/冷却能量传递系统的返回液体用作冷却成套设备中的冷凝水，并且至少使一部分离开冷却成套设备的冷凝水，直接反向供应给供热能量/冷却能量传递系统的返回液体。而本发明的系统的特征在于，冷却成套设备被安排成，用从加热能量/冷却能量传递系统得到的返回液体来冷凝；并且至少一部分用于冷凝的液体被安排成，直接反向供应给返回管道。
本发明之主要优点在于，同现有技术相比，能够明显降低吸收成套设备的总成本，从而明显提高区域冷却系统的可应用性。整体上可重新利用为吸收成套设备安排的加热功率，以能够预热区域加热系统的供水。此外，本发明可解决许多涉及腐蚀、生水处理、卫生、和健康危害的技术问题。当在实践上有可能建造一个区域冷却系统时，也实现区域冷却的上述优点。
下面参照附图中说明的实施例，更详细地描述本发明，其中：
图1说明一个2室吸收成套设备的全图；
图2示意地说明图1的设备怎样连接于一个区域冷却系统和一个能量生产系统；
图3说明一个根据本发明的系统的第一实施例的全图；和
图4说明一个根据本发明的系统的第二实施例的全图。
图1说明一个常规2室溴化锂/水吸收成套设备。而图2说明图1的设备怎样连接于一个地区冷却系统和一个能量生产系统。图1还说明在吸收成套设备的不同部分经常呈现的温度。为了清楚起见，图2不包括用于致冷剂的回路。
成套设备按下述原则操作。在成套设备的沸腾器单元17中，此处压力较高，水与溴化锂作为溶液而存在。用热水或汽使溴化锂从该溶液沸腾；用泵22从汽轮机9的冷凝管20得到的热水或汽，并通过控制阀21以较低的温度使它返回到冷凝管。
在冷凝单元18，把蒸发的溴化锂冷凝到液态；在此用一个冷却水泵23通过一个冷凝管25和通过一个控制阀24，从一个水冷却器取出冷凝水，由此水冷却溴化锂。
被冷凝成液态的溴化锂流到一个蒸发单元16，在此用低压蒸发它。在蒸发期间，热量被吸收，从而实现图1标记的温度。在蒸发器单元16，对用泵15通过控制阀14从区域冷却网的回管2得到的水，进行冷却，并把它泵入一个区域冷却系统的供给管3中。
在吸收成套设备中，溴化锂从蒸发器单元16流到一个吸收单元19；在此它吸收水，再生成溶液，并用泵23泵回到沸腾器部分17。通过用泵23、阀24和管25得到的冷凝水进行冷却，来实现吸收单元中的液化。
图中未示出用于冷却冷凝水的设备。在吸收成套设备中，通常在海水热交换器、冷却塔或类似设备中冷却受热后的水。
图1标记的吸收成套设备的不同部分的温度表明，冷凝水的温度几乎等于，区域冷却/区域供热系统中回水的温度。
上述观测已导致一种构成本发明基础的认识：不用各独立冷却设备产生的水，而用从区域供热/区域冷却系统得到的回水作为吸收成套设备中的冷凝水；并且当它已吸收那种吸收成套设备的剩余热量时，回水被预热，且送回到用于热自来水生产的回管中。
上述基本思想可明显地降低吸收成套设备的投资成本。根据上述研究，冷凝水的冷却成本约占吸收成套设备的总成本的30％，即，约占整个区域冷却系统中投资的1 5％。在此可完全省去这个成本项目，或至少显著地降低它。
除了上述情况以外，还应当指出，能够按照一种闭合环式回路实现冷凝回路，借此能够把冷却系统的腐蚀、污染和阻塞问题和有关的维修成本，完全消除或明显减少。当采用本发明时，无需关于水处理的投资成本或操作成本，也无需水消耗费。伴随冷却塔的一个特殊问题是由下述事实造成的健康危害：在这些冷却塔中生长legionella和其他类似的细菌。这个缺点也由本发明消除或至少明显减小。
上面的描述旨在阐明本发明的背景与基础。
图3说明一个根据本发明的系统的第一实施例。在图3中，用泵23通过管道34和控制阀24从区域加热/冷却系统的回管2把水抽出，并把它泵入吸收成套设备的吸收单元19，和进一步泵入冷凝单元18。大部分水是通过回管26引回到区域供热/区域冷却系统的回管2的。如果不需要全部的冷却功率，就通过循环管25使一部分水返回到泵23。
通过回管26泵入区域供热系统回管2的和预热到约40℃温度的水，与一部分回水相混合；此回水尚未用阀1 4和泵1 5隔离，以便在吸收成套设备的蒸发器单元16中冷却，并作为区域冷却水而引导到区域冷却系统的供应管3。用泵27使混合后的水通过控制阀28泵入热交换器11；在热交换器中，它在夏天被加热约65°至75℃的温度，并引导到区域供热系统的供应管1。阀7在夏天关闭区域供热管1与区域冷却管3之间的管道；而在冬天，如果区域冷却管3要用于存贮热量或用于传递区域热量，则打开该管道。
用泵22把从汽轮机9得到的一部分冷凝液泵入吸收成套设备的沸腾器单元，在此它从水蒸发溴化锂，并又通过控制阀21而返回到冷凝管。经混合的冷凝液通过热交换器11流到冷凝器12，在此例如由用泵29通过控制阀30得到的生水来冷却它。用供水泵13从此把水泵入蒸气沸腾器8，并用管道10把在其中生成的蒸气引导到汽轮机9，在此蒸发冷凝，随后回到冷凝管20。
用管1把区域供热水引导到建筑物4中的热量消耗设备6，在夏天通常是引导到自来水热交换器中。相应地，用管道3把冷却水引导到需要冷却功率的设备5中，通常是引导到供给空调设备的热交换器中。水从上述两种设备，返回到公用回管2中。
与本发明应用有关的问题是：建筑物中自来水的消耗变化很大；并且如果经过成套设备前的水温是+25℃和经过成套设备后的水温是+40℃，和如果供水温度是+65℃，则在需要冷却的建筑物中的估计日常消耗量，不足以补偿吸收成套设备冷却所需的水流。
通常在温带的居住区中，大多数建筑物没有冷却系统；例如在住宅中，冷却系统是很稀少的。此外，对大多数建筑物，蒸发冷却是充分的。例如在芬兰，全部新建筑物中的不到10％具有机械冷却系统。然而，甚至在这些建筑物中，也需要自来水。在居住区中自来水总消耗量通常足以补偿，服务于需要冷却建筑物的吸收成套设备的冷却水需求。为了说明这种情况，在图3中，区域供热管1和回管通过需要冷却的建筑物4而延伸。图3还说明一个事实：如果不在很集中的居住区内建造一个区域冷却网，则通常是不经济的。
然而，如果由于某种特殊情况而自来水消耗量不足，则能按图4使用本发明的原则。在图4中，有一个冷凝器32，它装在吸收成套设备的冷却回路的循环管中；在所述冷凝器中，例如用泵31借助通过控制阀33循环的生水来冷却循环水。在任何情况下，冷凝器32的只是常规系统中冷凝器尺寸的几分之一。这种解决办法还意味着明显节约投资，但也部分丧失其他的技术优势。然而，必须记住，冷凝器32只在高峰负荷情况下使用一段短时间，故阻塞腐蚀和其他问题明显小于常规厂，例如生水成本等也是如此。
该网具有存贮能力，用它能够调平自来水消耗的1或2小时的短期峰值。而调平长期峰值是比较困难的。在办公室和商业房和公用建筑物中，自来水消耗高峰与最大冷却功率互相一致，且互相补偿。而在住宅中，这是一些应当利用其自来水消耗的建筑物，其情况是不同的。
在住宅中，在工作日，自来水消耗从7am至3pm是相当平稳的，其后开始增加。在约9pm达到高峰。夜间消耗是小的。
在办公房，冷却需求已在已在9am开始，在11am达到最大，并保持恒定，直至6pm为止，在8pm结束。其消耗是平稳的，因为蒸发冷却具有峰值削减能力。
在自来水峰值消耗与最大冷却效率之间的相位移动是如此之大，以致于区域冷却网不能够弥补它。借助于适合装在该系统中的或与其相连的一个冷却贮热器能够消除上述问题。
上面借助某些类型的实施例描述本发明。然而，本发明不限于上述实施例，而能够在权利要求书的范围内很自由地修改它。因此，应该了解，本发明的系统不一定必须与图中所述相同，而其他一些类型的解决办法也是可能的。所有目前已知的管道连接都能用于本发明。如果冷凝水温度等适宜，则还能够用其他已知的冷却成套设备取代吸收成套设备。

Claims (6)

1.一种关于热能分配系统的方法，在这种方法中，用一个管道或一组管道(1)，把为对建筑物(4)供热而吸入载热体的和集中产生的加热能量，分配到安装在建筑物内的供热设备(6)中；并且相应地，用一个第二管道或一组第二管道(3)，把由一个吸收式冷却成套设备(16-19)集中产生的冷却能量，分配到建筑物内的冷却设备(5)中；其特征在于：使用供热能量/冷却能量传递系统的返回液体(2)，作为冷却成套设备(16-19)内的冷凝水；并且至少使一部分离开冷却成套设备(16-19)的冷凝水，直接返回到供热能量/冷却能量传递系统的返回液体(2)中。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在冷却成套设备(16-19)的冷却回路中循环的水，是用一个冷凝器(32)来冷却的。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：冷凝水用来生产区域供热系统用的热供水。
4.一种热能分配系统，其中，用一个管道或一组管道(1)，把为对建筑物(4)供热而吸入载热体的和集中产生的供热能量安排成，分配到安装在建筑物内的供热设备(6)中；并且相应地，用一个第二管道或一组第二管道(3)，把由一个吸收式冷却成套设备(16-19)集中产生的冷却能量安排成，分配到建筑物内的冷却设备(5)中；其特征在于：冷却成套设备(16-19)被安排成，使用从一个供热能量/冷却能量传递系统的回管(2)得到的返回液，进行冷凝；并且至少一部分用于冷凝的液体被安排成，直接返回供应到回管(2)中。
5.根据权利要求4所述的系统，其特征在于：在冷却成套设备(16-19)内的冷却回路的循环管道(25)中，装有一个冷凝器(32)。
6.根据权利要求4或5所述的系统，其特征在于：用于冷凝的液体被安排成，用来生产区域供热用的热供水。
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