PL181765B1 - Unit for and method of generating refrigerating power - Google Patents

Abstract

1. Zespól do wytwarzania mocy chlod- niczej dla co najmniej jednego budynku oraz do rozprowadzania tej mocy do budynków za pom oca plynu krazacego w system ie prze- wodów zaw ierajacy agregat absorbcyjny skladajacy sie z kotla podlaczonego do nie- zaleznego zródla ciepla, skraplacza, parowni- ka i absorbenta polaczonych ze soba oraz jednostki klimatyzacyjnej, znamienny tym, ze do agregatu absorbcyjnego (5 ,8 ,9 ,1 0 ) jest podlaczony za pomoca przewodów (27, 28) co najmniej jeden zbiornik (26) oraz co naj- mniej jedna jednostka klimatyzacyjna (18-25); (35-39) za pomoca przewodów (32, 33). FIG 1 PL

Description

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

Dzisiejsze budynki sąogólnie 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 przewodów wodnych, na przykład przez skraplacza 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 absorpcyjnych, z których najlepiej znanymi sąagregaty bromko-litowo/wodne i amoniakalno/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, może być wykorzystane.

Korzystnym sposobem wytwarzania chłodu jest tak zwany miejski 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 korzy181 765 stny wpływ na przykład na koszty obsługi, które w obecnych, rozproszonych systemach są wysokie, oraz na niezawodność, na obniżanie losowych obciążeń szczytowych itp.

Okręgowe systemy chłodnicze nie są jednak powszechnie stosowane z powodu wysokich kosztów inwestycyjnych. Chociaż koszt kWh chłodu 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 nr 940,342 ujawnia system 3-przewodowy, dzięki któremu mogą być znacznie zmniejszone koszty systemu rozprowadzającego. Dodatkowo, fińskie zgłoszenie patentowe nr 940, 343 ujawnia system, w którym działanie wymienników ciepła jest połączone, co umożliwia znaczne zmniejszenie kosztów inwestycyjnych w indywidualnych budynkach. Ponadto, fińskie zgłoszenie patentowe nr 940,344 ujawnia system, w którym woda powrotna z miejskiego systemu grzewczego/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 chłodu 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 małą, a ich udział w ilości wszystkich budów maleje. Większość obecnych budów obejmuje rozbudowę albo modernizację istniejących zbiorowości. Nie jest więc możliwe jednoczesne podłączenie znacznej ilości budynków do miejskiego systemu chłodniczego, kiedy jest on budowany na danym obszarze. Niewielka ilość podłączonych budynków nie jest wystarczająca do pokrycia kosztów inwestycyjnych miejskiego systemu chłodniczego i wytwarzania chłodu miejskiego, 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 sieć. 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. Prawdąjest, 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 zaskórna, itp. Jednak, 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. Sytuacjajest 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 zi4

181 765 mnego obliczeniowe temperatury zewnętrzne występują tylko po południu przez kilka dni w roku. Średnie obciążenie chłodnicze także jest krótkoterminowe. Chłodzenie, w przeciwieństwie do ogrzewania, nie jest potrzebne przez całą dobę, 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 sąone powszechnie stosowane w strefie gorącej.

Powyższy problem jest opisany na przykład w równocześnie złożonym fińskim zgłoszeniu patentowym nr 954,949. Dokument ujawnia także system, w którym koszty inwestycyjne mogą być znacznie zmniejszone, a niezawodność instalacji może być polepszona w porównaniu z rozwiązaniami wcześniejszymi. Zalety te są osiągnięte poprzez redukcję obciążenia szczytowego przez chłodzenie wyparne wykonywane w jednostkach 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 wyparne, a zwłaszcza zbiornik, naturalnie powodująpowstanie kosztów dodatkowych, które jednak są dużo niższe niż oszczędności osiągnięte poprzez zmniejszenie pompy ciepła absorpcyjnego, wieży natryskowej, systemu przewodów, itp. Pogarszają one jednak konkurencyjność systemu w porównaniu z chłodzeniem sprężarkowym.

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, przy czym system wyrównuje zużycie ciepła odpadowego w okresie 24-godzinnym. Sprawia to, że wytwarzania energii jest bardziej ekonomiczne. Jednak nakłady inwestycyjne na miejską sieć grzewcząi wytwarzanie ciepła są zdeterminowane ilością ciepła zużywaną w zimie.

Nakłady inwestycyjne na wytwarzanie i rozprowadzanie ciepła są zdeterminowane zużycie szczytowym, która 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°C 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, sytuacja jest 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 tych budynkach 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 pogarszały 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 zpełnąwydajnościąodzyskiwane z powietrza wywiewnego 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 sytuacja jest trudna. Ciepłownia i system rozprowadzania powinny być zaprojektowane zgodnie ze zużyciem szczytowym, ale

181 765 ich średnic 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.

W systemie opisanym w równocześnie zgłoszonym fińskim zgłoszeniu patentowym nr 954,950, dzienne zmiany zużycia ciepła mogą być tak wyrównane, że budynki połączone z systemem nie pobierają ciepła z miejskiej sieci grzewczej albo mogą w pewnych przypadkach nawet dostarczać moc do miejskiej sieci grzewczej, kiedy zużycie w innych budynkach jest maksymalne. Odpowiednio, kiedy zużycie energii w innych budynkach jest małe, pobierają one energię grzewcząz sieci. Podstawą systemu jest to, że zbiornik do przechowywania mocy chłodniczej jest używany także do przechowywania czynnika grzewczego o temperaturze wyższej niż temperatura urządzeń zużywających ciepło w budynku. System umożliwia wyrównanie obciążeń szczytowych spowodowanych przez inne budynki i zmniejszenie albo nawet zastąpienie nieekonomicznych maksymalnych stacji grzewczych.

Jak napisano powyżej, woda powrotna z miejskiej sieci cieplnej uzyskana z istniejących sieci nie może być używana do usuwania dodatkowego ciepła z agregatu absorpcyjnego. Tradycyjnie temperatura wody powrotnej w sytuacji obliczeniowej wynosi około 40-50°C. Temperatura wody skraplanej, kiedy powraca ona z absorbera, wynosi około 40-45°C, a powinna być ochłodzona do poniżej 30°C, co jest naturalnie niemożliwe do osiągnięcia za pomocą powrotnej miejskiej wody grzewczej.

W celu skroplenia dodatkowego ciepła potrzebnego są chłodnie kominowe, zamknięte skraplacze chłodzone powietrzem, skraplacze solankowe albo podobne urządzenia, co powoduje powstanie dodatkowych kosztów, zużycia energii, podnosi koszty obsługi, itd. Problemem jest zwłaszcza zapotrzebowanie przestrzeni, ponieważ dodatkowa przestrzeń jest bardzo trudna do uzyskania w starych budynkach w centrach miast. Inne problemy obejmują na przykład problemy architektoniczne i zdrowotne, przy czym te drugie dotyczą chłodni kominowych i skraplaczy chłodzonych powietrzem, w których temperatura jest idealna, na przykład, dla bakterii rodzaju legionella.

Celem wynalazku jest zespół do wytwarzania mocy chłodniczej.

Zespół do wytwarzania mocy chłodniczej dla co najmniej jednego budynku oraz do rozprowadzania tej mocy do budynków za pomocą płynu krążącego w systemie przewodów zawierający agregat absorbcyjny składający się z kotła podłączonego do niezależnego źródła ciepła, skraplacza, parownika i absorbenta połączonych ze sobą oraz jednostki klimatyzacyjnej według wynalazku charakteryzuje się tym, że do agregatu absorbcyjnego jest podłączony za pomocą przewodów co najmniej jeden zbiornik oraz co najmniej jedna jednostka klimatyzacyjna za pomocą przewodó w.

Korzystnie, zbiornik jest podłączony za pomocą przewodu do absorbera agregatu absorbcyjnego.

Korzystnie, do przewodu jest podłączony za pomocą zaworu trójdrogowego skraplacz podłączony przewodem z pompą do przewodu prowadzącego ze skraplacza agregatu absorbcyjnego.

Korzystnie, do przewodu jest podłączony za pomocą zaworu trójdrogowego wymiennik ciepła wody wodociągowej.

Korzystnie przewód jest połączony za pomocą zaworu trójdrogowego z przewodem, przy czym zawór trójdrogowy jest połączony z przewodem wylotowym z parownika i zbiornika, zaś

181 765 na przewodzie jest umieszczony zawór trój drogowy połączony jednocześnie przewodem ze skraplaczem.

Korzystnie jednostka klimatyzacyjna jest wyposażona w co najmniej jeden układ otworów wlotowych i otworów wylotowych.

Podstawową zaletą wynalazku jest to, że w całym systemie nie potrzeba żadnych skraplaczy, albo też ich rozmiar i/lub ilość może być znacznie zmniejszona w stosunku do tego, co znajduje się w rozwiązaniach wcześniejszych. Wszystkie wady powyższych rozwiązań wcześniejszych są wyeliminowane, albo przynajmniej stają się łatwiejsze do przezwyciężenia. Znacznie zmniejszone są zwłaszcza koszty agregatu absorpcyjnego, co sprawia, że energia chłodnicza wytwarzana przez ciepło odpadowe jest bardziej konkurencyjna w porównaniu z chłodzeniem sprężarkowym.

Idea wynalazku jest taka, że urządzenia do wytwarzania, przechowywania i zużywania mocy chłodniczej są zintegrowane w pojedyncząjednostkę, która jest używana w różny sposób w różnych porach dnia. Podstawowa idea jest taka, że temperatura wody powrotnej w systemie klimatyzacyjnym, który jest zwykle jednym albo przynajmniej najważniejszym użytkownikiem mocy chłodniczej, jest niższa niż 20°C. Jest więc szczególnie odpowiednia do zastosowaniajako woda kondensacyjna w agregacie absorbcyjnym tak, że woda powrotna z systemu klimatyzacyjnego nie jest dostarczana do zbiornika według wynalazku, ale jest dostarczana do części skraplaczowej agregatu absorpcyjnego, a stamtąd do zbiornika, przy temperaturze około 45°C, zamiast 20°C. Zakładamy, że w większości budynków w strefie klimatu łagodnego w nocy nie jest potrzebne chłodzenie, ponieważ temperatura powietrza zewnętrznego zwykle spada do przynajmniej 20°C, a większość budynków nie posiada w nocy żadnych zysków ciepła. Jednostki klimatyzacyjne, na przykład, sąwięc zwykle wieczorem wyłączane. W systemie według wynalazku, jednostki klimatyzacyjne, które w nocy nie pracują, w dzień sąużywane do usuwania ciepła kondensacyjnego zebranego w nocy. Umożliwia to znaczne zmniejszenie rozmiaru/ilości oddzielnych skraplaczy, albo też zupełne wyeliminowanie skraplaczy.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładach wykonania na rysunku, na którym: fig. 1 przedstawia ogólny schemat pierwszego przykładu wykonania zespołu według wynalazku; fig. 2 przedstawia ogólny schemat drugiego przykładu wykonania zespołu według wynalazku; fig. 3 przedstawia ogólny schemat trzeciego przykładu wykonania zespołu według wynalazku; fig. 4 przedstawia ogólny schemat czwartego przykładu wykonania zespołu według wynalazku.

Figura 1 przedstawia pierwszy przykład wykonania wynalazku. Numery odnośników 1-4 oznaczają system miejskich przewodów grzewczych do dostarczania energii cieplnej do agregatu absorbcyjnego 5-12, który wytwarza moc chłodniczą. Numery 13-16 oznaczają system przewodów odprowadzających agregatu absorbcyjnego, a numery 26-29 oznaczają zbiornik i jego system przewodowy. Urządzenia zużywające moc chłodniczą są reprezentowane przez jednostkę klimatyzacyjną 18-25 do 35-39. System przewodowy do przesyłania wody chłodniczej jest oznaczony numerami odnośników 32, 33. Dla jasności wszystkie części, które nie pomagająw zrozumieniu wynalazku, zostały pominięte. Na przykład z systemem przewodów przesyłowych 32,33 zwykle połączone sądziesiątki albo nawet setki jednostek klimatyzacyjnych 18-25 i 35-39, a także innych urządzeń zużywających energię chłodniczą.

System według fig. 1 działa jak opisano poniżej. Woda gorąca z przewodu zasilającego 2 połączonej z miejską siecią cieplną 1 jest dostarczana poprzez zawór regulacyjny 7 do kotła 5 agregatu absorpcyjnego. W kotle 5 woda podgrzewa mieszaninę absorbentu oraz chłodziwa i powraca, ochłodzona, przewodem powrotnym 4 pompy 6 do przewodu powrotnego 3 miejskiej sieci cieplnej. Chłodziwo zostaje odparowywane z absorbentu w kotle 5 agregatu absorpcyjnego i prowadzone do skraplacza 8, gdzie poprzez chłodzenie jest ono ponownie doprowadzane do postaci płynnej. Ochłodzony płyn jest prowadzony do parownika 9, przy czym jednocześnie jest zmniejszane jego ciśnienie, dzięki czemu płyn jest odparowany i chłodzony. Woda chłodząca krążąca w systemie przewodów przesyłowych 32, 33 jest chłodzona za pomocą zimnej pary. Chłodziwo jest prowadzone z parownika 9 do absorbera 10, do którego jest także doprowadzany absorbent zredukowany w kotle 5. W absorberze 10 chłodziwo jest ponownie absorbowane,

181 765 dzięki czemu uwalnia się ciepło. Mieszanina jest przepompowywana za pomocą pompy 12 poprzez wymiennik ciepła 11 z powrotem do kotła 5.

Ciepło uwolnione w skraplaczu 8 i absorberze 10 agregatu absorpcyjnego musi być odprowadzone, aby proces mógł dalej przebiegać. Zwykle było to wykonywane poprzez dostarczanie wody zimnej o temperaturze niższej niż 30°C do skraplacza 8, gdzie pochłaniała ona ciepło skraplania chłodziwa. Następnie zwykle woda chłodząca była prowadzona do absorbera 10, gdzie pochłaniała ona ciepło absorpcji i tą część ciepła pochłoniętego przez absorbent w kotle 5, która nie może być przekazana w wymienniku ciepła 11. Następnie podgrzana woda chłodząca była zwykle prowadzona z absorbera 10 do skraplacza, którym mogła być chłodnia kominowa, skraplacz solankowy, zamknięty skraplacz chłodzony powietrzem, itp.

System według wynalazku wykorzystuje wodę powracającąz jednostek klimatyzacyjnych 18-25 i 35-39 przewodem 32 i posiadającą temperaturę około 20°C. Kiedy system pracuje z pełną wydajnością, moc chłodnicza jest dostarczana do jednostek klimatyzacyjnych zarówno ze zbiornika 26 jak i z parownika 9 agregatu absorpcyjnego przewodem 33. W celu uproszczenia zakłada się, że z tych dwóch uzyskuje się taką samą ilość mocy. Następnie zawór regulacyjny 14 dostarcza takie same strumienie wody do parownika 9 do ochłodzenia, oraz do skraplacza 8 w celu użycia jako woda chłodząca. Ochłodzona woda jest dostarczana przewodem 33 do jednostki klimatyzacyjnej 18-25 i 35-39. Dodatkowo, ze zbiornika 26 przewodem 28 jest czerpany taki sam strumień wody.

Ze skraplacza 8 woda jest dostarczana przewodem 16 do absorbera 10 i dalej przewodem 13 do zbiornika 26. Zawór 29 znajduje się w położeniu, w którym droga przepływu do przewodu 27 jest zamknięta. Strumienie wody przepływające do i ze zbiornika 26 są równe. System znajduje się także w równowadze termodynamicznej, jeśli wartości obliczeniowe są tak dobrane, że temperatury wody chłodzącej w systemie klimatyzacyjnym wynoszą 10/20°C, temperatury wody chłodzącej w agregacie absorpcyjnym wynoszą 20/45°C, a współczynnik mocy wynosi 0,7. Ciepło jest dostarczane do parownika agregatu absorpcyjnego w ilości, która odpowiada mocy chłodniczej dostarczanej do przewodu 33, oraz do kotła w ilości, która wynosi około 1,5-krotności (moc wytworzona podzielona przez współczynnik mocy, to jest 1/0,7). Całkowita ilość pochłanianego ciepła jest więc około 2,5-krotnie większa w porównaniu z ilością wytworzonej mocy chłodniczej. Odpowiada to także stosunkowi różnic temperatury (45/20)/(20-10) = 2,5. Dosyć łatwo jest zbilansować system z różnymi przepływami wody poprzez wybranie odpowiednich temperatur obliczeniowych.

Kiedy wieczorem chłodzenie nie jest już potrzebne, zawór 29 zamyka drogę przepływu przewodem 33 do parownika 9 i zbiornika 26 oraz otwiera drogę przepływu przewodem 27 do zbiornika 26. Wyłączany jest wentylator nawiewny 38 jednostki klimatyzacyjnej, a droga przepływu do wymiennika powietrza nawiewnego 19 jest zamykana przez zawór regulacyjny 25. Dodatkowo, droga przepływu 36 dla powietrza wywiewnego jest zamykana, a droga przepływu 37 dla powietrza zewnętrznego jest otwierana. Pompa 24 dalej przepompowuje wodę przez wymiennik ciepła 23 i wymiennik 22 powietrza wywiewnego. Pompa 20 nadal pracuje. Ponieważ droga przepływu przewodem 28 do zbiornika 26 i do części parownikowej agregatu absorpcyjnego jest zamknięta, pompa czerpie gorącą wodę o temperaturze 45 stopni częściowo ze zbiornika 26, a częściowo przewodem 13 z części absorpcyjnej 10 agregatu absorpcyjnego. Wodajest chłodzona w wymienniku ciepła 23 do temperatury około 20°C i powraca przewodem 32 do zaworu 14, który dostarcza połowę strumienia wody do parownika 9, w celu jej ochłodzenia, a połowę do przewodu 15, w celu wykorzystania jako wody kondensacyjnej w agregacie absorpcyjnym. Ponieważ zawór 29 zamyka drogę przepływu do przewodu 33, ochłodzona woda przepływa przewodem 28 do zbiornika 26, gdzie zimna wodajest przechowywana do następnego dnia. Kiedy zbiornik 26 jest pełny, co może być sprawdzone za pomocą termostatu umieszczonego w górnej części zbiornika albo w przewodzie 27, albo w innych sposób znany sam przez się, wentylator 391 pompy 12,20,24 są wyłączane, a zawór 29 i środki zamykające dla wlotów powietrza 36 i 37 są ustawiane w położeniu odpowiednim dla pracy dziennej.

181 765

Jak napisano powyżej, fig. 1 przedstawia tylko te części, które pomagają w objaśnieniu wynalazku. W rzeczywistości cały system jest o wiele bardziej skomplikowany. Na przykład, dodatkowo do indywidualnych pomp 20 jednostek klimatycznych, zwykle na przewodzie 32 albo 33 znajduje się pompa główna; obieg kondensacyjny 13-16 agregatu absorpcyjnego jest zwykle wyposażony w pompę; w celu umożliwienia regulacji części absorpcyjnej i skraplaczowej potrzebne są środki regulacyjne podobne do zaworu regulacyjnego 7 części kotłowej 5; itp. Wszystkie te rozwiązania, w których stosuje się rozwiązania znane same przez się, sąnaturalnie zawarte w wynalazku.

Figura 1 przedstawia przykład wykorzystania wymiennika ciepła 22 jednostki klimatyzacyjnej. Wymienniki ciepła po stronie powietrza nawiewnego także mogą być wykorzystane. Może być zastosowane, na przykład, przykładowe rozwiązanie z fig. 2, kiedy powierzchnia dostarczająca ciepło wymiennika ciepła 22 nie jest wystarczająca do odpowiedniego schłodzenia wody przepływającej do wymiennika 33. Może być więc wykorzystany także wymiennik ciepła 19, poprzez dostarczenie zamykanych otworów 39,40 po stronie powietrza nawiewnego, przy czym wlot powietrza 39 jest otwierany, a wylot 40, który prowadzi na zewnątrz, jest zamykany w czasie dnia. W nocy wlot 39 jest zamykany, a wylot 40 jest otwierany. Wentylator 38 nie jest wyłączany, a zawór 25 jest ustawiany w położeniu, w którym droga przepływu do obejścia 41 j est zamknięta, a drogi przepływu do wymiennika ciepła 19 są otwarte. Płyn przepływu także przez wymiennik ciepła 19, który zwykle zwiększa prawie dwukrotnie powierzchnię dostarczania ciepła.

Figury 1 i 2 przedstawiająjednostkę klimatyzacyjną, w której ogrzewanie, chłodzenie i odzysk ciepła są zintegrowane w jeden obieg wymiany ciepła. Naturalnie główna zasada wynalazku może być także stosowana wtedy, kiedy jednostka zawiera oddzielne wymienniki ciepła do ogrzewania, chłodzenia i/lub odzysku ciepła. Główna zasada może być zastosowana w odniesieniu do dowolnego wymiennika ciepła jednostki klimatyzacyjnej, albo nawet w jednostce lub w otworach 36-40 może być umieszczony pomocniczy wymiennik ciepła, jeśli wymienniki ciepła jednostki nie mają wystarczającej wydajności. Wszystkie te przykłady wykonania oraz połączenia wymienników na przykład równoległe albo szeregowe w sposób znany sam przez się są zawarte w wynalazku.

Figury 1 i 2 przedstawiają wymiennik ciepła 23 służący jako indywidualna jednostka klimatyzacyjna. Wymienniki ciepła wielu jednostek klimatyzacyjnych w strefie albo budynku mogą być naturalnie połączone, w celu utworzenia jednego dużego wymiennika ciepła. Zwłaszcza w małych instalacjach, wymiennik ciepła 23 może być całkowicie wyeliminowany, a płyn może być dostarczany z przewodu 33 bezpośrednio do obiegów jednostek klimatyzacyjnych. Figury 1 i 2 przedstawiają pojedynczy zbiornik 26. Często korzystne jest, na przykład pod względem wykorzystania przestrzeni, zastosowanie dwóch albo większej ilości mniejszych zbiorników, które mogą być połączone szeregowo albo na przykład równolegle, jako grupy wzajemnie połączone szeregowo. Zawory 35,25,29,14 i 7 sąprzedstawione jako zawory trójdrogowe. Naturalnie możliwe jest także zastosowanie zaworów dwudrogowych. Wszystkie rozwiązania podobne do tych, znane same przez się, są zawarte w wynalazku.

Temperatury obliczeniowe i wielkości przepływów być może będą musiały czasami być dobierane z różnych powodów w taki sposób, że system nie znajdzie się w równowadze termodynamicznej . Równowaga temperaturowa może być osiągnięta, na przykład, przez zespół przedstawiony na fig. 3, w którym część płynu płynącego w przewodzie prowadzącym do zbiornika 26 jest prowadzona przez zawór 42 do skraplacza 43, którym na fig. 3 jest chłodnia kominowa. Skraplacz 43 może być oczywiście dowolnym urządzeniem znanym samo przez się. Woda jest chłodzona w skraplaczu 43 i powraca za pomocąpompy 47 przewodem 44 do przewodu 16. Naturalnie możliwejest także czerpanie wody z przewodu 16 i jej powrót do przewodu 15, czerpanie jej z przewodu 13 i powrót do przewodu 15. W celu osiągnięcia równowagi wielkości przepływu, część płynu może powracać, na przykład, z przewodu 16 bezpośrednio do zbiornika.

Figura 4 przedstawia przykład wykonania, w którym 45-stopniowa woda płynąca w przewodzie jest używana do wstępnego podgrzania gorącej wody wodociągowej. Całość albo część płynu płynącego w przewodzie 13 do zbiornika 26 jest prowadzona za pomocązaworu 42 do wy181 765 miennika wody wodociągowej 45, w którym podgrzewana jest woda płynąca w systemie wodociągowym 46. Przykład wykonania jest tani i prosty, oraz umożliwia zarówno odzysk znacznej ilości ciepła skraplania jak i zmniejszenie ilości wydalanej energii skraplania.

Jeśli problemem jest wystarczająca ilość wody kondensacyjnej płynącej w przewodzie 15 i/lub objętość zbiornika 26, wymiennik ciepła 45 jest korzystnie tak ukształtowany i/lub zawór 42 tak regulowany, że temperatura wody w przewodzie 47 wynosi 20°C, to znaczy jest równa temperaturze wody powrotnej z systemu klimatyzacyjnego, a przewód 47 jest połączony z przewodem 15, a nie z przewodem 13. Naturalnie wtedy w obiegu płynu musi być dostarczona pompa.

Zużycie wody wodociągowej zmienia się w dużym stopniu. Jeśli celem jest odzysk największej możliwej ilości energii, to wymiennik ciepła 45 musi posiadać pojemność magazynową. Może to być osiągnięte także poprzez umieszczenie prostego wymiennika wężownicowego w gorącej części zbiornika 26.

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 używanie agregatu tylko w nocy i przechowywanie wody zimnej w zbiorniku 26. Podczas dnia agregat absorpcyjny nie pracuje i chłodzenie jest dostarczane przez wodę przechowywaną w zbiorniku. Tak więc jednostki klimatyzacyjne 18-25 i 35-41 nie muszą być używane, ponieważ przechowywana woda ma temperaturę 20°C.

Możliwe jest także dostarczenie pomocniczego zbiornika 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 okresu pracy, albo dla ich obu. Są one połączone za pomocą przewodu i zespołów regulacyjnych znanych same przez się, przy czym ukształtowania mogą się zmieniać na różne sposoby w zależności od wybranej strategii użytkowania. Wszystkie powyższe rozwiązania znane same przez się są zawarte w wynalazku.

Jak widać z powyższych przykładów, podstawowa idea wynalazku może być wdrożona w różnych przykładach wykonania. Zasadniczą cechą znamiennąjest to, że część całego ciepła kondensacyjnego wytwarzanego podczas dnia jest przechowywana w wodzie powrotnej systemu klimatyzacyjnego albo innego systemu, który wymaga mocy chłodzącej, oraz jest następnie uwalniana w nocy albo w innym okresie, kiedy nie ma zapotrzebowania na chłód, przy wykorzystaniu wymiennika ciepła systemu klimatyzacyjnego.

Powyższe przykłady wykonania nie mają być rozumiane jako ograniczające wynalazek, ale wynalazek może być całkiem swobodnie modyfikowany w zakresie zastrzeżeń patentowych. Jest więc oczywiste, że ukształtowanie według wynalazku i szczegóły ukształtowania nie muszą być dokładnie takie jak opisano w odniesieniu do rysunku, ale możliwe są także inne rodzaje rozwiązań. W powyższym opisie moc chłodnicza jest wytwarzana przez agregat absorpcyjny, ponieważ wtedy zalety sąnajwiększe. Jednak oczywiście wynalazek może być także stosowany w innych urządzeniach wytwarzających moc chłodniczą, które wytwarzają ciepło, które ma być skraplane.

181 765

181 765

38

FIG. 2

181 765

FIG. 3

181 765

FIG. 4

181 765

FIG. 1

Departament Wydawnictw UP RP Nakład 60 egz

Cena 4,00 zł.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Zespół do wytwarzania mocy chłodniczej dla co najmniej jednego budynku oraz do rozprowadzania tej mocy do budynków za pomocąpłynu krążącego w systemie przewodów zawierający agregat absorbcyjny składający się z kotła podłączonego do niezależnego źródła ciepła, skraplacza, parownika i absorbenta połączonych ze sobą oraz jednostki klimatyzacyjnej, znamienny tym, że do agregatu absorbcyjnego (5,8,9,10) jest podłączony za pomocąprzewodów (27, 28) co najmniej jeden zbiornik (26) oraz co najmniej jedna jednostka klimatyzacyjna (18-25); (35-39) za pomocą przewodów (32,33).
2. 2. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że zbiornik (26) jest podłączony za pomocą przewodu (13) do absorbera (10) agregatu absorbcyjnego (5, 8, 9,10).
3. 3. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że do przewodu (13) jest podłączony za pomocą zaworu trój drogowego (42) skraplacz (43) podłączony przewodem (44) z pompą (47) do przewodu (16) prowadzącego ze skraplacza (8) agregatu absorbcyjnego (5, 8, 9,10).
4. 4. Zespół według zastrz. 3, znamienny tym, że do przewodu (13) jest podłączony za pomocą zaworu trójdrogowego (42) wymiennik ciepła (45) wody wodociągowej,
5. 5. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że przewód (27) jest połączony za pomocązaworu trójdrogowego (29) z przewodem (33), przy czym zawór trójdrogowy (29) jest połączony z przewodem wylotowym z parownika (9) i zbiornika (26), zaś na przewodzie (33) jest umieszczony zawór trójdrogowy (14) połączony jednocześnie przewodem (15) ze skraplaczem (8).
6. 6. Zespół według zastrz. 1, znamienny tym, że jednostka klimatyzacyjna (18-25); (35-39) jest wyposażona w co najmniej jeden układ otworów wlotowych (37, 36) i otworów wylotowych (39, 40).