專利名稱：關于熱能分配系統(tǒng)的方法，和熱能分配系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種關于熱能分配系統(tǒng)的方法，在這種方法中，用一個管道或一組管道，把為對建筑物供熱而吸入載熱體和集中產(chǎn)生的熱能，分配到置于建筑物中的供熱設備；并且相應地用一第二管道或一組第二管道，把由一個吸收式冷卻成套設備集中產(chǎn)生的冷卻能量，分配到建筑物中的冷卻設備。本發(fā)明還涉及一個熱能分配系統(tǒng)。
目前，冷卻建筑物的最常用的方法是使用一些冷卻成套設備，它們以壓縮機成套設備為基礎，且散布于使用地。其中，用電產(chǎn)生冷卻功率。建筑物冷卻對電力消耗的比例已變得日益重要；例如在歐洲南部，夏天出現(xiàn)電力消耗高峰。此外，鑒于電力生產(chǎn)情況，電力消耗的時間是不利的。對電力生產(chǎn)時必然產(chǎn)生的熱量，除了生產(chǎn)熱自來水之外，很難有任何其他用途，因此，它不得不在水路上例如用海水冷凝器來冷凝，或在空氣中用冷卻塔來冷凝。
也能夠在所謂吸收成套設備中，用從電力生產(chǎn)中得到的廢熱來生產(chǎn)冷卻功率，熟知的這類成套設備有溴化鋰/水和氨/水成套設備。借此能夠減小電力消耗，從而減小例如CO2的放出；并且目前全部廢棄的廢熱，能夠投入利用。
產(chǎn)生冷卻能量的最便宜的方式應該是一種所謂的區(qū)域冷卻系統(tǒng)，其中，在動力廠集中生產(chǎn)冷卻功率，并且通過一個管道網(wǎng)用與區(qū)域供熱相同的方法把冷卻功率分配給用戶。這會對例如服務成本(目前分散系統(tǒng)的服務成本是高的)，使用可靠性、調(diào)平偶然負荷峰值效果等，產(chǎn)生積極的影響。
然而，區(qū)域冷卻系統(tǒng)由于投資成本高而未通用。雖然同電力價格相比，用這種方法產(chǎn)生冷卻的KWh價格是低的，但需求冷卻的小時數(shù)太少，以致在那些值得采用區(qū)域供熱系統(tǒng)的氣候地區(qū)，不能補償其投資成本。例如，在芬蘭，因此而未建造這樣的系統(tǒng)。它們主要建造在日本、朝鮮和美國。
同時提出的芬蘭專利申請940,342公開一種熱能分配系統(tǒng)，其中，通過安裝一個用于冷卻和加熱水的公用回管，能明顯降低分配網(wǎng)的成本。該專利中請還公開一些實施例，用它們能夠進一步降低區(qū)域分配網(wǎng)的成本。其條件在于，按照芬蘭專利申請941,034和915,511中陳述的原則，來設計建筑物的供熱、自來水管道和空調(diào)系統(tǒng)。
此外，同時提出的芬蘭專利申請940,343公開一個熱傳遞系統(tǒng)，用它可使建筑物冷卻網(wǎng)與區(qū)域冷卻系統(tǒng)之間的獨立熱交換器成為多余的。這就省去一個區(qū)域冷卻系統(tǒng)的大成本的項目。
然而，該系統(tǒng)的最大成本項目，是由吸收成套設備及其冷凝器組成的。例如，在集中冷卻方面，按照芬蘭貿(mào)易與工業(yè)部和熱動力廠協(xié)會的指令進行了一項研究，該研究評述它們對總投資的比例達50％左右。
本發(fā)明之目的在于提供一種方法和一個系統(tǒng)，藉此克服現(xiàn)有技術的缺點。這是用根據(jù)本發(fā)明的方法和系統(tǒng)來實現(xiàn)的。本發(fā)明的方法的特征在于，把供熱能量/冷卻能量傳遞系統(tǒng)的返回液體用作冷卻成套設備中的冷凝水，并且至少使一部分離開冷卻成套設備的冷凝水，直接反向供應給供熱能量/冷卻能量傳遞系統(tǒng)的返回液體。而本發(fā)明的系統(tǒng)的特征在于，冷卻成套設備被安排成，用從加熱能量/冷卻能量傳遞系統(tǒng)得到的返回液體來冷凝；并且至少一部分用于冷凝的液體被安排成，直接反向供應給返回管道。
本發(fā)明之主要優(yōu)點在于，同現(xiàn)有技術相比，能夠明顯降低吸收成套設備的總成本，從而明顯提高區(qū)域冷卻系統(tǒng)的可應用性。整體上可重新利用為吸收成套設備安排的加熱功率，以能夠預熱區(qū)域加熱系統(tǒng)的供水。此外，本發(fā)明可解決許多涉及腐蝕、生水處理、衛(wèi)生、和健康危害的技術問題。當在實踐上有可能建造一個區(qū)域冷卻系統(tǒng)時，也實現(xiàn)區(qū)域冷卻的上述優(yōu)點。
下面參照附圖中說明的實施例，更詳細地描述本發(fā)明，其中

圖1說明一個2室吸收成套設備的全圖；圖2示意地說明圖1的設備怎樣連接于一個區(qū)域冷卻系統(tǒng)和一個能量生產(chǎn)系統(tǒng)；
圖3說明一個根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一實施例的全圖；和圖4說明一個根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第二實施例的全圖。
圖1說明一個常規(guī)2室溴化鋰/水吸收成套設備。而圖2說明圖1的設備怎樣連接于一個地區(qū)冷卻系統(tǒng)和一個能量生產(chǎn)系統(tǒng)。圖1還說明在吸收成套設備的不同部分經(jīng)常呈現(xiàn)的溫度。為了清楚起見，圖2不包括用于致冷劑的回路。
成套設備按下述原則操作。在成套設備的沸騰器單元17中，此處壓力較高，水與溴化鋰作為溶液而存在。用熱水或汽使溴化鋰從該溶液沸騰；用泵22從汽輪機9的冷凝管20得到的熱水或汽，并通過控制閥21以較低的溫度使它返回到冷凝管。
在冷凝單元18，把蒸發(fā)的溴化鋰冷凝到液態(tài)；在此用一個冷卻水泵23通過一個冷凝管25和通過一個控制閥24，從一個水冷卻器取出冷凝水，由此水冷卻溴化鋰。
被冷凝成液態(tài)的溴化鋰流到一個蒸發(fā)單元16，在此用低壓蒸發(fā)它。在蒸發(fā)期間，熱量被吸收，從而實現(xiàn)圖1標記的溫度。在蒸發(fā)器單元16，對用泵15通過控制閥14從區(qū)域冷卻網(wǎng)的回管2得到的水，進行冷卻，并把它泵入一個區(qū)域冷卻系統(tǒng)的供給管3中。
在吸收成套設備中，溴化鋰從蒸發(fā)器單元16流到一個吸收單元19；在此它吸收水，再生成溶液，并用泵23泵回到沸騰器部分17。通過用泵23、閥24和管25得到的冷凝水進行冷卻，來實現(xiàn)吸收單元中的液化。
圖中未示出用于冷卻冷凝水的設備。在吸收成套設備中，通常在海水熱交換器、冷卻塔或類似設備中冷卻受熱后的水。
圖1標記的吸收成套設備的不同部分的溫度表明，冷凝水的溫度幾乎等于，區(qū)域冷卻/區(qū)域供熱系統(tǒng)中回水的溫度。
上述觀測已導致一種構成本發(fā)明基礎的認識不用各獨立冷卻設備產(chǎn)生的水，而用從區(qū)域供熱/區(qū)域冷卻系統(tǒng)得到的回水作為吸收成套設備中的冷凝水；并且當它已吸收那種吸收成套設備的剩余熱量時，回水被預熱，且送回到用于熱自來水生產(chǎn)的回管中。
上述基本思想可明顯地降低吸收成套設備的投資成本。根據(jù)上述研究，冷凝水的冷卻成本約占吸收成套設備的總成本的30％，即，約占整個區(qū)域冷卻系統(tǒng)中投資的1 5％。在此可完全省去這個成本項目，或至少顯著地降低它。
除了上述情況以外，還應當指出，能夠按照一種閉合環(huán)式回路實現(xiàn)冷凝回路，借此能夠把冷卻系統(tǒng)的腐蝕、污染和阻塞問題和有關的維修成本，完全消除或明顯減少。當采用本發(fā)明時，無需關于水處理的投資成本或操作成本，也無需水消耗費。伴隨冷卻塔的一個特殊問題是由下述事實造成的健康危害在這些冷卻塔中生長legionella和其他類似的細菌。這個缺點也由本發(fā)明消除或至少明顯減小。
上面的描述旨在闡明本發(fā)明的背景與基礎。
圖3說明一個根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)的第一實施例。在圖3中，用泵23通過管道34和控制閥24從區(qū)域加熱/冷卻系統(tǒng)的回管2把水抽出，并把它泵入吸收成套設備的吸收單元19，和進一步泵入冷凝單元18。大部分水是通過回管26引回到區(qū)域供熱/區(qū)域冷卻系統(tǒng)的回管2的。如果不需要全部的冷卻功率，就通過循環(huán)管25使一部分水返回到泵23。
通過回管26泵入?yún)^(qū)域供熱系統(tǒng)回管2的和預熱到約40℃溫度的水，與一部分回水相混合；此回水尚未用閥1 4和泵1 5隔離，以便在吸收成套設備的蒸發(fā)器單元16中冷卻，并作為區(qū)域冷卻水而引導到區(qū)域冷卻系統(tǒng)的供應管3。用泵27使混合后的水通過控制閥28泵入熱交換器11；在熱交換器中，它在夏天被加熱約65°至75℃的溫度，并引導到區(qū)域供熱系統(tǒng)的供應管1。閥7在夏天關閉區(qū)域供熱管1與區(qū)域冷卻管3之間的管道；而在冬天，如果區(qū)域冷卻管3要用于存貯熱量或用于傳遞區(qū)域熱量，則打開該管道。
用泵22把從汽輪機9得到的一部分冷凝液泵入吸收成套設備的沸騰器單元，在此它從水蒸發(fā)溴化鋰，并又通過控制閥21而返回到冷凝管。經(jīng)混合的冷凝液通過熱交換器11流到冷凝器12，在此例如由用泵29通過控制閥30得到的生水來冷卻它。用供水泵13從此把水泵入蒸氣沸騰器8，并用管道10把在其中生成的蒸氣引導到汽輪機9，在此蒸發(fā)冷凝，隨后回到冷凝管20。
用管1把區(qū)域供熱水引導到建筑物4中的熱量消耗設備6，在夏天通常是引導到自來水熱交換器中。相應地，用管道3把冷卻水引導到需要冷卻功率的設備5中，通常是引導到供給空調(diào)設備的熱交換器中。水從上述兩種設備，返回到公用回管2中。
與本發(fā)明應用有關的問題是建筑物中自來水的消耗變化很大；并且如果經(jīng)過成套設備前的水溫是+25℃和經(jīng)過成套設備后的水溫是+40℃，和如果供水溫度是+65℃，則在需要冷卻的建筑物中的估計日常消耗量，不足以補償吸收成套設備冷卻所需的水流。
通常在溫帶的居住區(qū)中，大多數(shù)建筑物沒有冷卻系統(tǒng)；例如在住宅中，冷卻系統(tǒng)是很稀少的。此外，對大多數(shù)建筑物，蒸發(fā)冷卻是充分的。例如在芬蘭，全部新建筑物中的不到10％具有機械冷卻系統(tǒng)。然而，甚至在這些建筑物中，也需要自來水。在居住區(qū)中自來水總消耗量通常足以補償，服務于需要冷卻建筑物的吸收成套設備的冷卻水需求。為了說明這種情況，在圖3中，區(qū)域供熱管1和回管通過需要冷卻的建筑物4而延伸。圖3還說明一個事實如果不在很集中的居住區(qū)內(nèi)建造一個區(qū)域冷卻網(wǎng)，則通常是不經(jīng)濟的。
然而，如果由于某種特殊情況而自來水消耗量不足，則能按圖4使用本發(fā)明的原則。在圖4中，有一個冷凝器32，它裝在吸收成套設備的冷卻回路的循環(huán)管中；在所述冷凝器中，例如用泵31借助通過控制閥33循環(huán)的生水來冷卻循環(huán)水。在任何情況下，冷凝器32的只是常規(guī)系統(tǒng)中冷凝器尺寸的幾分之一。這種解決辦法還意味著明顯節(jié)約投資，但也部分喪失其他的技術優(yōu)勢。然而，必須記住，冷凝器32只在高峰負荷情況下使用一段短時間，故阻塞腐蝕和其他問題明顯小于常規(guī)廠，例如生水成本等也是如此。
該網(wǎng)具有存貯能力，用它能夠調(diào)平自來水消耗的1或2小時的短期峰值。而調(diào)平長期峰值是比較困難的。在辦公室和商業(yè)房和公用建筑物中，自來水消耗高峰與最大冷卻功率互相一致，且互相補償。而在住宅中，這是一些應當利用其自來水消耗的建筑物，其情況是不同的。
在住宅中，在工作日，自來水消耗從7am至3pm是相當平穩(wěn)的，其后開始增加。在約9pm達到高峰。夜間消耗是小的。
在辦公房，冷卻需求已在已在9am開始，在11am達到最大，并保持恒定，直至6pm為止，在8pm結束。其消耗是平穩(wěn)的，因為蒸發(fā)冷卻具有峰值削減能力。
在自來水峰值消耗與最大冷卻效率之間的相位移動是如此之大，以致于區(qū)域冷卻網(wǎng)不能夠彌補它。借助于適合裝在該系統(tǒng)中的或與其相連的一個冷卻貯熱器能夠消除上述問題。
上面借助某些類型的實施例描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明不限于上述實施例，而能夠在權利要求書的范圍內(nèi)很自由地修改它。因此，應該了解，本發(fā)明的系統(tǒng)不一定必須與圖中所述相同，而其他一些類型的解決辦法也是可能的。所有目前已知的管道連接都能用于本發(fā)明。如果冷凝水溫度等適宜，則還能夠用其他已知的冷卻成套設備取代吸收成套設備。
權利要求
1.一種關于熱能分配系統(tǒng)的方法，在這種方法中，用一個管道或一組管道(1)，把為對建筑物(4)供熱而吸入載熱體的和集中產(chǎn)生的加熱能量，分配到安裝在建筑物內(nèi)的供熱設備(6)中；并且相應地，用一個第二管道或一組第二管道(3)，把由一個吸收式冷卻成套設備(16-19)集中產(chǎn)生的冷卻能量，分配到建筑物內(nèi)的冷卻設備(5)中；其特征在于使用供熱能量/冷卻能量傳遞系統(tǒng)的返回液體(2)，作為冷卻成套設備(16-19)內(nèi)的冷凝水；并且至少使一部分離開冷卻成套設備(16-19)的冷凝水，直接返回到供熱能量/冷卻能量傳遞系統(tǒng)的返回液體(2)中。
2.根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于在冷卻成套設備(16-19)的冷卻回路中循環(huán)的水，是用一個冷凝器(32)來冷卻的。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于冷凝水用來生產(chǎn)區(qū)域供熱系統(tǒng)用的熱供水。
4.一種熱能分配系統(tǒng)，其中，用一個管道或一組管道(1)，把為對建筑物(4)供熱而吸入載熱體的和集中產(chǎn)生的供熱能量安排成，分配到安裝在建筑物內(nèi)的供熱設備(6)中；并且相應地，用一個第二管道或一組第二管道(3)，把由一個吸收式冷卻成套設備(16-19)集中產(chǎn)生的冷卻能量安排成，分配到建筑物內(nèi)的冷卻設備(5)中；其特征在于冷卻成套設備(16-19)被安排成，使用從一個供熱能量/冷卻能量傳遞系統(tǒng)的回管(2)得到的返回液，進行冷凝；并且至少一部分用于冷凝的液體被安排成，直接返回供應到回管(2)中。
5.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于在冷卻成套設備(16-19)內(nèi)的冷卻回路的循環(huán)管道(25)中，裝有一個冷凝器(32)。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的系統(tǒng)，其特征在于用于冷凝的液體被安排成，用來生產(chǎn)區(qū)域供熱用的熱供水。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種關于熱能分配系統(tǒng)的方法，和一種熱能分配系統(tǒng)。在本發(fā)明中，用一個管道或一組管道(1)，把為建筑物(4)供熱而吸入載熱體的和集中產(chǎn)生的加熱能量，分配到安裝在建筑物內(nèi)的供熱設備(6)中；并且相應地，用一個第二管道或一組第二管道(3)，把由一個冷卻成套設備(16-19)集中產(chǎn)生的冷卻能量，分配到建筑物內(nèi)的冷卻設備(5)中。為了降低成本，冷卻成套設備(16-19)被安排成，使用從一個供熱能量/冷卻能量傳送系統(tǒng)的回管(2)得到的返回液體，進行冷凝；并且至少一部分用于冷凝的液體被安排成，直接返回供給回管(2)。
文檔編號F24F5/00GK1139478SQ95191328
公開日1997年1月1日 申請日期1995年1月20日 優(yōu)先權日1994年1月24日
發(fā)明者塞普波·萊斯金恩 申請人:Abb安裝公司