РАЙОННАЯ СИСТЕМА РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ Российский патент 2019 года по МПК F24D10/00 

Область техники

Изобретение относится к районной системе распределения тепловой энергии, предназначенной для распределения энергии в пределах части города.

Уровень техники

Почти во всех крупных современных городах мира имеются встроенные в их инфраструктуры энергетические сети по меньшей мере двух типов: одна сеть для обеспечения электроэнергией и одна сеть для обеспечения объемного нагрева (в частности отопления) и снабжения зданий горячей водой. В настоящее время сеть, используемая для отопления и обеспечения горячей водой, - это газовая сеть, подающая горючий газ, как правило, природный газ. Для обеспечения отопления и получения горячей воды производится локальное сжигание газа, подаваемого газовой сетью. Альтернативой газовой сети для обеспечения отопления и получения горячей воды является районная сеть теплоснабжения. Для этих целей может использоваться также электроэнергия из электрической энергетической сети. Кроме того, электроэнергия из этой сети может быть использована для охлаждения в зданиях, а также для обеспечения питания бытовых холодильников и морозильников.

Таким образом, традиционные системы отопления и охлаждения зданий используют такие источники первичной энергии, как электричество и ископаемые топлива или сбросную теплоту промышленности как источник энергии для отопления и/или охлаждения задний, а также для нагрева или охлаждения воды, используемой внутри здания. Кроме того, все более распространенным становится также создание в крупных городах районной сети охлаждения для целей объемного охлаждения. Процесс нагревания или охлаждений зданий и воды преобразует эту высококачественную энергию в низкокачественное сбросное тепло с высокой энтропией, которое выходит из здания и возвращается в окружающую среду.

Раскрытие изобретения

Как следствие, существует потребность в улучшенной и экономически эффективной системе, обеспечивающей подогрев и/или охлаждение зданий и подготовку воды, подаваемой из крана, при сокращении количества сбросовой энергии, возвращающейся в окружающую среду.

Соответственно, изобретение направлено на решение по меньшей мере некоторых из вышеупомянутых проблем.

Согласно первому аспекту изобретения предлагается районная система распределения тепловой энергии. Предлагаемая система содержит тепловой контур, содержащий два канала, по которым может течь теплопереносящая жидкость. Горячий канал теплового контура предназначен для теплопереносящей жидкости, имеющей первую температуру, а холодный канал - для теплопереносящей жидкости, имеющей вторую температуру, более низкую, чем первая температура. Тепловой контур содержит также один или более локальных теплопотребляющих блоков, каждый из которых содержит: теплообменник, селективно подсоединяемый к горячему каналу через клапан данного блока для обеспечения для теплопереносящей жидкости возможности течь из горячего канала в указанный теплообменник, или через насос данного блока, обеспечивающий закачку теплопереносящей жидкости из горячего канала в указанный теплообменник. Теплообменник подсоединен также к холодному каналу для обеспечения возврата теплопереносящей жидкости из теплообменника в холодный канал. Теплообменник теплопотребляющего блока выполнен обеспечивающим передачу тепловой энергии от теплопереносящей жидкости окружению теплообменника, так что теплопереносящая жидкость, возвращенная в горячий канал, имеет температуру, более низкую, чем первая температура, и предпочтительно равную второй температуре. Теплопотребляющий блок содержит также первое устройство для определения перепада давлений, способное определять первый локальный перепад давлений (т.е. перепад локальных давлений) в тепловом контуре, и первый контроллер, способный, в зависимости от первого локального перепада давлений, селективно задавать использование либо указанного клапана, либо указанного насоса.

Тепловой контур содержит, кроме того, один или более локальных теплогенерирующих блоков, каждый из которых содержит: теплообменник, селективно подсоединяемый к холодному каналу через клапан данного блока для обеспечения для теплопереносящей жидкости возможности течь из холодного канала в указанный теплообменник, или через насос данного блока, обеспечивающий закачку теплопереносящей жидкости из холодного канала в указанный теплообменник. Теплообменник подсоединен также к горячему каналу для обеспечения возврата теплопереносящей жидкости из теплообменника в горячий канал. Теплообменник теплогенерирующего блока выполнен обеспечивающим передачу тепловой энергии от своего окружения теплопереносящей жидкости, так что теплопереносящая жидкость, возвращенная в горячий канал, имеет температуру, более высокую, чем вторая температура, и предпочтительно равную первой температуре. Теплогенерирующий блок содержит также второе устройство для определения перепада давлений, способное определять второй локальный перепад давлений в тепловом контуре, и второй контроллер, способный, в зависимости от второго локального перепада давлений, селективно задавать использование либо указанного клапана, либо указанного насоса.

Термин "селективно подсоединяемый" указывает, что теплообменник в определенный момент времени связан с соответствующим каналом по текучей среде либо через насос, либо через клапан. Следовательно, можно выбирать, каким именно образом - через насос или через клапан - подсоединить теплообменник по текучей среде к соответствующему каналу.

Термин "клапан" следует рассматривать как обозначающий устройство, сконфигурированное так, чтобы управляемым образом обеспечивать для теплопереносящей жидкости возможность проходить через клапан, когда он открыт.Кроме того, клапан может быть сконфигурирован с возможностью контролировать расход теплопереносящей жидкости через него. Таким образом, клапан может являться регулирующим клапаном, управляющим расходом теплопереносящей жидкости через клапан.

Термин "насос" следует рассматривать как обозначающий устройство, сконфигурированное так, чтобы управляемым образом прокачивать теплопереносящую жидкость через насос, когда он находится в активном состоянии. Кроме того, насос может быть сконфигурирован с возможностью контролировать расход теплопереносящей жидкости через него.

Районная система распределения тепловой энергии допускает варьирование локального перепада (локальной разности) давлений теплопереносящей жидкости, находящейся в горячем и в холодном каналах, по длине теплового контура. Более конкретно, локальный перепад давлений теплопереносящей жидкости, находящейся в горячем канале, и теплопереносящей жидкости, находящейся в холодном канале, может варьировать от положительного до отрицательного перепада давлений в горячем и холодном каналах. Районная система распределения тепловой энергии обеспечивает также возможность производить все прокачивание, требуемое системе, в локальных теплопотребляющих/теплогенерирующих блоках. С учетом ограниченных потоков и требуемых давлений допустимо применение небольших циркуляционных насосов, управляемых частотно-модулированными сигналами. Следовательно, обеспечивается возможность создания простой в реализации и в управлении районной системы распределения тепловой энергии.

Главная идея предлагаемой районной системы распределения тепловой энергии базируется на осознании авторами изобретения того, что современные крупные города сами выделяют тепловую энергию, которая может повторно использоваться в том же городе. Тепловая энергия для повторного использования может быть собрана районной системой распределения тепловой энергии и применена, например, для отопления или получения горячей воды. При этом районная система распределения тепловой энергии способна также удовлетворять растущий спрос на объемное охлаждение. В районной системе распределения тепловой энергии здания города связаны между собой и могут простым и удобным образом перераспределять низкотемпературную сбросную энергию с учетом различных локальных потребностей. В числе других задач районная система распределения тепловой энергии способна обеспечивать:

- минимизацию использования источников первичной энергии как следствие оптимального повторного использования энергетических потоков внутри города;

- снижение потребности в трубах или местах сжигания топлива внутри города как следствие уменьшения локального сжигания газа или других топлив;

- снижение потребности в башенных охладителях или охлаждающих конвекторах внутри города, поскольку избыточная теплота, генерируемая охлаждающими устройствами, может быть отведена и повторно использована в районной системе распределения тепловой энергии.

Следовательно, районная система распределения тепловой энергии обеспечивает возможность эффективного двойного использования тепловой энергии в городе. Будучи интегрированной в город, районная система распределения тепловой энергии обеспечит использование сбросной тепловой энергии низкого уровня как для нагрева, так и для охлаждения в пределах города. Тем самым будет уменьшено потребление первичной энергии в пределах города путем устранения потребности в газовой сети или районной сети теплоснабжения и сети охлаждения в городе.

Горячий и холодный каналы могут быть рассчитаны на давления до 0,6 МПа, 1 МПа или 1,6 МПа.

Первый и второй локальные перепады давлений могут быть заданы, с учетом выбранного расчетного давления, находящимися в пределах ±0,2 МПа, ±0,3 МПа или ±0,6 МПа.

Таким образом, если горячий и холодный каналы рассчитаны на давления до 0,6 МПа, первый и второй локальные перепады давлений могут быть заданы не выходящими за ±0,2 МПа; если горячий и холодный каналы рассчитаны на давления до 1 МПа, первый и второй локальные перепады давлений могут быть заданы не выходящими за ±0,3 МПа, а если горячий и холодный каналы рассчитаны на давления до 1,6 МПа, первый и второй локальные перепады давлений могут быть заданы не выходящими за ±0,6 МПа.

Первый контроллер может быть выполнен с возможностью селективно использовать клапан теплопотребляющего блока, если первый локальный перепад давлений указывает, что первое локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале больше, чем первое локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале, и селективно использовать насос теплопотребляющего блока, если первый локальный перепад давлений указывает, что первое локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале меньше, чем первое локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале, или равно ему.

Второй контроллер может быть выполнен с возможностью селективно использовать клапан теплогенерирующего блока, если второй локальный перепад давлений указывает, что второе локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале больше, чем второе локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале, и селективно использовать насос теплогенерирующего блока, если второй локальный перепад давлений указывает, что второе локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале меньше, чем второе локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале, или равно ему.

В состав системы может дополнительно входить здание, содержащее и локальный теплопотребляющий блок, и локальный теплогенерирующий блок. При этом первое устройство для определения перепада давлений в составе указанного локального теплопотребляющего блока и второе устройство для определения перепада давлений в составе указанного локального теплогенерирующего блока объединены в единственное устройство для определения перепада давлений.

Если в состав системы входит здание, содержащее и локальный теплопотребляющий блок, и локальный теплогенерирующий блок, первый контроллер локального теплопотребляющего блока и второй контроллер локального теплогенерирующего блока этого здания объединены в единый модуль.

Теплообменник теплопотребляющего блока может быть выбран из группы, состоящей из теплового насоса для комфортного отопления, теплового насоса для подготовки воды, подаваемой из крана, и теплового насоса для очистки от снега и льда.

Теплообменник теплогенерирующего блока может быть выбран из группы, состоящей из холодильной машины для комфортного локального охлаждения, теплообменника в системе воздушной принудительной вентиляции, теплообменника в системе сброса воды, морозильника и холодильной машины для компьютерного центра.

Первая и вторая температуры могут лежать в температурном интервале от -10°C до 45°C, предпочтительно от 4°C до 32°C.

Разность между первой и второй температурами может составлять 5-16°C, предпочтительно 7-12°C, более предпочтительно 8-10°C.

Первый локальный перепад давлений в тепловом контуре может включать перепад между первым локальным давлением теплопереносящей жидкости в горячем канале и первым локальным давлением теплопереносящей жидкости в холодном канале.

Первое устройство для определения перепада давлений может быть подключено с возможностью определения первого локального давления теплопереносящей жидкости в горячем канале вблизи места, в котором теплообменник теплопотребляющего блока подсоединен к горячему каналу, и определения первого локального давления теплопереносящей жидкости в холодном канале вблизи места, в котором теплообменник теплопотребляющего блока подсоединен к холодному каналу.

Выражение "вблизи места" следует понимать как обозначающее положение, достаточно близкое к месту подсоединения, в котором теплообменник теплопотребляющего/теплогенерирующего блока подсоединен к горячему/холодному каналу, для того, чтобы определенный описанным образом локальный перепад давлений не отклонялся от фактического локального перепада давлений между входом и выходом теплообменника теплопотребляющего/теплогенерирующего блока более чем на 5%. В типичном варианте первое устройство для определения перепада давлений подключено с возможностью определять локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале и локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале к тем частям горячего и холодного каналов, которые находятся в том же здании, что и теплообменник теплопотребляющего/теплогенерирующего блока. Точнее, первое устройство для определения перепада давлений подключено с возможностью определять локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале и локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале к тем частям горячего и холодного каналов, которые находятся в той же комнате, что и теплообменник теплопотребляющего/теплогенерирующего блока. Следовательно, выражение "вблизи места" следует интерпретировать, как означающее "находящееся в том же здании и/или в той же комнате".

Второй локальный перепад давлений в тепловом контуре может включать перепад между вторым локальным давлением теплопереносящей жидкости в горячем канале и вторым локальным давлением теплопереносящей жидкости в холодном канале.

Второе устройство для определения перепада давлений может быть подключено с возможностью определения второго локального давления теплопереносящей жидкости в горячем канале вблизи места, в котором теплообменник теплогенерирующего блока подсоединен к горячему каналу, и определения второго локального давления теплопереносящей жидкости в холодном канале вблизи места, в котором теплообменник теплогенерирующего блока подсоединен к холодному каналу.

Дальнейшая информация о применимости изобретения будет приведена в нижеследующем подробном описании. Однако должно быть понятно, что подробное описание и рассматриваемые в нем конкретные примеры, поясняющие предпочтительные варианты изобретения, приводятся только в качестве иллюстраций, тогда как специалистам в данной области, после изучения подробного описания, будут ясны различные изменения и модификации, не выходящие за пределы объема изобретения.

Таким образом, должно быть понятно, что данное изобретение не ограничено конкретными компонентами описываемых устройств и операций описываемых способов, поскольку эти устройства и способы могут быть модифицированы. Должно быть также понятно, что использованная в описании терминология выбрана только для описания конкретных вариантов и не должна рассматриваться, как ограничивающая. Следует отметить, что упоминание любого элемента и объекта означает, что, если из контекста явно не следует обратное, может присутствовать один или более таких элементов. Таким образом, выражение " компонент" или "указанный компонент" может подразумевать присутствие нескольких таких компонентов и т.д. Далее, слова "содержащий", "включающий" и их синонимы, относящиеся к определенным элементам или операциям, не исключают присутствия других элементов или операций.

Краткое описание чертежей

Далее упомянутые и другие аспекты изобретения будут описаны более подробно, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлены, в общем виде, различные варианты изобретения. Идентичные или сходные элементы имеют одинаковые обозначения на всех чертежах.

На фиг. 1 представлена схема районной системы распределения тепловой энергии.

На фиг. 2 представлена схема локального теплопотребляющего блока и локального теплогенерирующего блока, подключенных к тепловому контуру.

Осуществление изобретения

Нижеследующее подробное описание изобретения приводится со ссылками на прилагаемые чертежи, иллюстрирующие варианты изобретения, которые рассматриваются как предпочтительные. Однако изобретение может быть осуществлено во многих различных формах и не должно интерпретироваться как ограниченное рассматриваемыми далее вариантами. Действительно, эти варианты приводятся только для того, чтобы обеспечить глубину и полноту описания изобретения и чтобы дать специалистам в данной области возможность точно оценить его объем.

Фиг. 1 иллюстрирует районную систему 1 распределения тепловой энергии. Данная система содержит тепловой контур 10 и множество зданий 5, подсоединенных к тепловому контуру 10, который выполнен с возможностью обеспечивать циркуляцию и запасание тепловой энергии в теплопереносящей жидкости, текущей в тепловом контуре 10.

Согласно одному варианту теплопереносящая жидкость содержит воду. Однако согласно другим вариантам может использоваться другая теплопереносящая жидкость. Некоторыми неограничивающими примерами являются аммиак, масла, спирты и антифризы, например гликоль. Теплопереносящая жидкость может также содержать смесь двух или более вышеупомянутых жидкостей.

Тепловой контур 10 содержит два канала 12, 14, по которым может течь теплопереносящая жидкость. Каналы 12, 14 рассчитаны на различные температуры теплопереносящей жидкости. Горячий канал 12 в тепловом контуре 10 предназначен для теплопереносящей жидкости, имеющей первую температуру. Холодный канал 14 в тепловом контуре 10 предназначен для теплопереносящей жидкости, имеющей вторую температуру. Вторая температура является более низкой, чем первая температура.

Если теплопереносящей жидкостью является вода, приемлемый интервал температур для горячей теплопереносящей жидкости составляет от 5°C до 45°C, а приемлемый интервал температур для холодной теплопереносящей жидкости - от 0°C до 40°C. Желательная разность между первой и второй температурами составляет 5-16°C, предпочтительно 7-12°C, более предпочтительно 8-10°C.

Система предпочтительно конфигурируется для функционирования с варьируемой разностью указанных температур, зависящей от климата. При этом выбранная разность температур предпочтительно фиксируется. Таким образом, эта разность подстраивается (оставаясь постоянной) под текущие значения температур в каналах.

Горячий канал 12 и холодный канал 14 пространственно разделены, причем они могут быть взаимно параллельными. Каждый из каналов 12, 14 может быть выполнен как трубопровод в форме петли. Горячий и холодный каналы 12, 14 связаны по текучей среде со зданиями 5 для обеспечения возможности переноса тепловой энергии к зданиям 5 и от них (как это будет более подробно описано далее).

Оба канала 12, 14 теплового контура 10 могут быть изготовлены из пластика, композита, бетона или металлических труб. В одном варианте могут применяться одностенные трубы из полиэтилена высокой плотности, причем они могут не иметь теплоизоляции. Согласно одному варианту тепловой контур 10, в основном, проложен под землей. В этом случае земля придает контуру 10 тепловую инерцию, так что снабжение труб теплоизоляцией не улучшит их свойства. Исключение составляет прокладка контура в городах с очень теплым или с очень холодным климатом. В таких городах тепловая инерция грунта может быть более вредной, чем полезной в течение критических периодов года, так что может потребоваться теплоизоляция труб.

Согласно одному варианту два канала 12, 14 теплового контура 10 рассчитаны на давления до 1 МПа. В других вариантах оба канала 12, 14 могут быть рассчитаны на давления до 0,6 МПа или до 1,6 МПа.

Каждое здание 5 содержит по меньшей мере один или более локальных теплопотребляющих блоков 20 и/или один или более локальных теплогенерирующих блоков 30. Другими словами, каждое здание содержит по меньшей мере один локальный теплопотребляющий блок 20 или по меньшей мере один локальный теплогенерирующий блок 30. При этом определенное здание 5 может содержать более одного локального теплопотребляющего блока 20 и/или более одного локального теплогенерирующего блока 30. Соответственно, определенное здание 5 может содержать и локальный теплопотребляющий блок 20, и локальный теплогенерирующий блок 30.

Локальный теплопотребляющий блок 20 функционирует как теплоотвод, т.е. такой блок выполнен с возможностью отбирать энергию из теплового контура 10. Другими словами, локальный теплопотребляющий блок 20 выполнен с возможностью передавать тепловую энергию теплопереносящей жидкости теплового контура 10 частям локального теплопотребляющего блока 20. Этот перенос осуществляется путем переноса тепловой энергии, отбираемой от теплопереносящей жидкости, находящейся в горячем канале 12, окружающим этот канал частям локального теплопотребляющего блока 20, так что теплопереносящая жидкость, возвращенная в холодный канал 14, имеет температуру, более низкую, чем первая температура, и предпочтительно температуру, равную второй температуре.

Локальный теплогенерирующий блок 30 функционирует как источник теплоты. Следовательно, локальный теплогенерирующий блок 30 выполнен с возможностью переносить тепловую энергию в тепловой контур 10. Другими словами, локальный теплогенерирующий блок 30 выполнен с возможностью переносить тепловую энергию от своего окружения в теплопереносящую жидкость теплового контура 10. Этот результат достигается переносом тепловой энергии от окружения локального теплогенерирующего блока 30 к теплопереносящей жидкости, отведенной от холодного канала 14, так что теплопереносящая жидкость, возвращенная в горячий канал 12, имеет температуру, более высокую, чем вторая температура, и предпочтительно равную первой температуре.

Один или более локальных теплопотребляющих блоков 20 могут быть установлены в зданиях 5 в качестве локальных нагревателей для различных нужд. В качестве неограничивающего примера, локальный нагреватель может быть установлен, чтобы обеспечивать отопление или подготовку горячей воды, подаваемой из крана. Альтернативно или в комбинации, локальный нагреватель может обеспечивать подогрев бассейна у дома или растапливание льда и снега. Таким образом, локальный теплопотребляющий блок 20, предназначенный для отбора тепла от теплопереносящей жидкости из горячего канала 12, создает поток охлажденной теплопереносящей жидкости в холодный канал 14. Следовательно, локальный теплопотребляющий блок 20 связывает горячий и холодный каналы 12, 14 так, что горячая теплопереносящая жидкость может течь из горячего канала 12 через локальный теплопотребляющий блок 20, а затем в холодный канал 14 после того, как тепловая энергия, содержавшаяся в теплопереносящей жидкости, была потреблена локальным теплопотребляющим блоком 20. Таким образом, локальный теплопотребляющий блок 20 отбирает тепловую энергию от горячего канала 12, чтобы нагреть здание 5, после чего вводит охлажденную теплопереносящую жидкость в холодный канал 14.

Один или более локальных теплогенерирующих блоков 30 могут быть установлены в различных зданиях 5 в качестве локальных холодильников для удовлетворения различных потребностей в охлаждении. В качестве неограничивающих примеров, локальный холодильник может быть сконфигурирован для обеспечения объемного охлаждения или охлаждения для бытовых морозильников и холодильников. Альтернативно или в комбинации, локальный холодильник может обеспечивать охлаждение для катков и лыжных центров или изготовление искусственного льда и снега. Таким образом, локальный теплогенерирующий блок 30 отбирает холод от теплопереносящей жидкости в холодном канале 14 и создает поток нагретой теплопереносящей жидкости в горячий канал 12. Следовательно, локальный теплогенерирующий блок 30 связывает холодный и горячий каналы 14, 12 так, что холодная теплопереносящая жидкость может течь из холодного канала 14 через локальный теплогенерирующий блок 30, а затем в горячий канал 12 после того, как тепловая энергия была перенесена в теплопереносящую жидкость локальным теплогенерирующим блоком 30. Таким образом, локальный теплогенерирующий блок 30 отбирает тепло от здания 5, чтобы охладить это здание, после чего вводит отобранное тепло в горячий канал 12.

Далее, со ссылкой на фиг. 2, будет рассмотрено функционирование локального теплопотребляющего блока и локального теплогенерирующего блока. На фиг. 2 показаны один локальный теплопотребляющий блок 20 и один локальный теплогенерирующий блок 30, подключенные к тепловому контуру 10.

Локальный теплопотребляющий блок 20 содержит теплообменник 22, клапан 23, насос 24, первое устройство 26 для определения разности (перепада) давлений и первый контроллер 28.

Теплообменник 22 теплопотребляющего блока селективно подсоединяется к горячему каналу 12 через клапан 23 или насос 24 этого блока. При выборе подсоединения теплообменника 22 теплопотребляющего блока к горячему каналу 12 через клапан 23 данного блока теплопереносящая жидкость из горячего канала 12 получает возможность течь в теплообменник 22 теплопотребляющего блока. При выборе подсоединения теплообменника 22 теплопотребляющего блока к горячему каналу 12 через насос 24 данного блока теплопереносящая жидкость из горячего канала 12 закачивается в теплообменник 22 теплопотребляющего блока. Как это будет более подробно описано далее, выбор между предоставлением теплопереносящей жидкости из горячего канала 12 возможности течь в теплообменник 22 теплопотребляющего блока или закачиванием этой жидкости в данный теплообменник 22 производится в зависимости от локальной разности давлений в горячем и в холодном каналах 12, 14.

Клапан 23 и насос 24 теплопотребляющего блока могут быть выполнены, как отдельные устройства или как части единственного устройства. При этом они могут быть подсоединены параллельно (как это показано на фиг. 2) или последовательно. В варианте, в котором клапан 23 и насос 24 теплопотребляющего блока соединены последовательно, насос выполнен с возможностью перевода в неактивное состояние, с сохранением для теплопереносящей жидкости возможности течь через насос.

Теплообменник 22 теплопотребляющего блока подсоединен также к холодному каналу 14, чтобы обеспечить возможность возврата теплопереносящей жидкости из теплообменника 22 теплопотребляющего блока в холодный канал 14.

Первое устройство 26 для определения разности давлений способно определять первую разность Δp₁ локальных давлений в тепловом контуре 10, которая предпочтительно определяется вблизи места подключения теплообменника 22 теплопотребляющего блока к тепловому контуру 10. Первое устройство 26 для определения разности давлений может содержать первое устройство 26а для измерения давления в горячем канале и первое устройство 26b для измерения давления в холодном канале. Первое устройство для измерения давления в горячем канале выполнено с возможностью подключаться к горячему каналу 12 для измерения первого локального давления p_1h теплопереносящей жидкости в горячем канале. Первое устройство для измерения давления в холодном канале выполнено с возможностью подключения к холодному каналу 14 для измерения первого локального давления р_{1 с} теплопереносящей жидкости в холодном канале. Первое устройство 26 для определения разности давлений выполнено с возможностью определения первой разности локальных давлений, как разности между первым локальным давлением теплопереносящей жидкости в горячем канале и первым локальным давлением теплопереносящей жидкости в холодном канале. Следовательно, первая локальная разность давлений может быть определена, как разность между первым локальным давлением теплопереносящей жидкости в горячем канале и первым локальным давлением теплопереносящей жидкости в холодном канале. Первое локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале предпочтительно измеряется вблизи места, в котором теплообменник 22 теплопотребляющего блока подсоединен к горячему каналу 12. Первое локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале предпочтительно измеряется вблизи места, в котором теплообменник 22 теплопотребляющего блока подсоединен к холодному каналу 14.

Первое устройство 26 для определения разности давлений может быть реализовано, как реальное устройство, как программа или как их комбинация. При этом данное устройство выполнено с возможностью коммуницировать первую разность Δp₁ локальных давлений первому контроллеру 28.

Первый контроллер 28 может быть реализован, как аппаратный контроллер, программный контроллер или их комбинация. При этом данный контроллер выполнен с возможностью селективно задавать использование либо клапана 23, либо насоса 24 теплопотребляющего блока. Более конкретно, первый контроллер 28 выполнен с возможностью осуществлять селективное управление в зависимости от первой разности локальных давлений, определенной первым устройством 26 для определения разности давлений. Для осуществления этого управления первый контроллер 28 выполнен с возможностью коммуникации с клапаном 23 и с насосом 24 теплопотребляющего блока. Более конкретно, первый контроллер 28 выполнен с возможностью селективно задавать использование клапана 23 теплопотребляющего блока, если первая локальная разность давлений указывает, что первое локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале больше, чем первое локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале. Кроме того, первый контроллер 28 выполнен с возможностью селективно задавать использование насоса 24 теплопотребляющего блока, если первая локальная разность давлений указывает, что первое локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале меньше, чем первое локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале, или равно ему.

Теплообменник 22 теплопотребляющего блока выполнен с возможностью переноса тепловой энергии от теплопереносящей жидкости к своему окружению. Теплопереносящая жидкость, возвращенная в холодный канал 14, имеет температуру, более низкую, чем первая температура. Теплообменник 22 теплопотребляющего блока предпочтительно управляется таким образом, чтобы температура теплопереносящей жидкости, возвращенной в холодный канал 14, была равна второй температуре.

Локальный теплогенерирующий блок 30 содержит теплообменник 32, клапан 33, насос 34, второе устройство 36 для определения разности давлений и второй контроллер 38.

Теплообменник 32 теплогенерирующего блока селективно подсоединяется к холодному каналу 14 через клапан 33 или насос 34. При выборе подсоединения теплообменника 32 теплогенерирующего блока к холодному каналу 14 через клапан 33 данного блока теплопереносящая жидкость из холодного канала 14 получает возможность течь в теплообменник 32 теплогенерирующего блока. При выборе подсоединения теплообменника 32 теплогенерирующего блока к холодному каналу 14 через насос 34 данного блока теплопереносящая жидкость из холодного канала 14 закачивается в теплообменник 32 теплогенерирующего блока. Как это будет более подробно описано далее, выбор между предоставлением теплопереносящей жидкости из холодного канала 14 возможности течь в теплообменник 32 теплогенерирующего блока и закачиванием этой жидкости в данный теплообменник 32 производится в зависимости от локальной разности давлений в горячем и холодном каналах 12, 14.

Клапан 33 и насос 34 теплогенерирующего блока могут быть выполнены, как отдельные устройства или как части единственного устройства. При этом они могут быть подсоединены параллельно (как это показано на фиг. 2) или последовательно. В этом последнем варианте насос 34 выполнен с возможностью перевода в неактивное состояние с сохранением для теплопереносящей жидкости возможности течь через насос.

Теплообменник 32 теплогенерирующего блока подсоединен также к горячему каналу 12 для обеспечения возврата теплопереносящей жидкости из теплообменника 32 теплогенерирующего блока в горячий канал 12.

Второе устройство 36 для определения разности давлений способно определять вторую локальную разность Δр₂ локальных давлений в тепловом контуре 10, которая предпочтительно определяется вблизи места подключения теплообменника 32 теплогенерирующего блока к тепловому контуру 10. Второе устройство 36 для определения разности давлений может содержать второе устройство 36а для измерения давления в горячем канале и второе устройство 36b для измерения давления в холодном канале. Второе устройство для измерения давления в горячем канале выполнено с возможностью подключения к горячему каналу 12 для измерения второго локального давления p_2h теплопереносящей жидкости в горячем канале. Второе устройство для измерения давления в холодном канале выполнено с возможностью подключения к холодному каналу 14 для измерения второго локального давления р_2с теплопереносящей жидкости в холодном канале. Второе устройство 36 для определения разности давлений выполнено с возможностью определять вторую локальную разность давлений, как разность между вторым локальным давлением теплопереносящей жидкости в горячем канале и вторым локальным давлением теплопереносящей жидкости в холодном канале. Второе локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале предпочтительно измеряется вблизи места, в котором теплообменник 32 теплогенерирующего блока подсоединен к горячему каналу 12. Второе локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале предпочтительно измеряется вблизи места, в котором теплообменник 32 теплогенерирующего блока подсоединен к холодному каналу 14.

Второе устройство 36 для определения разности давлений может быть реализовано, как реальное устройство, как программа или как их комбинация. При этом данное устройство выполнено с возможностью коммуницировать вторую разность Δр₂ локальных давлений второму контроллеру 38.

Второй контроллер 38 может быть реализован, как аппаратный контроллер, программный контроллер или их комбинация. При этом данный контроллер выполнен с возможностью селективно задавать использование либо клапана 33, либо насоса 34 теплогенерирующего блока. Более конкретно, второй контроллер 38 выполнен с возможностью осуществлять селективное управление в зависимости от второй локальной разности давлений, определенной вторым устройством 36 для определения разности давлений. Для осуществления этого управления второй контроллер 38 выполнен с возможностью коммуникации с клапаном 33 и насосом 34. Более конкретно, второй контроллер 38 выполнен с возможностью селективно задавать использование клапана 33 теплогенерирующего блока, если вторая локальная разность давлений указывает, что второе локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале больше, чем первое локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале. Кроме того, второй контроллер 38 выполнен с возможностью селективно задавать использование насоса 34 теплогенерирующего блока, если вторая локальная разность давлений указывает, что второе локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале меньше, чем второе локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале, или равно ему.

Теплообменник 32 теплогенерирующего блока выполнен обеспечивающим передачу тепловой энергии от своего окружения теплопереносящей жидкости. Теплопереносящая жидкость, возвращенная в горячий канал 12, имеет температуру, более высокую, чем вторая температура. Теплообменник 32 теплогенерирующего блока предпочтительно управляется таким образом, чтобы температура теплопереносящей жидкости, возвращенной в горячий канал 12, была равна первой температуре.

Таким образом, районная система 1 распределения тепловой энергии содержит тепловой контур 10, содержащий горячий и холодный каналы 12, 14, по которым течет теплопереносящая жидкость. Районная система 1 распределения тепловой энергии дополнительно содержит теплообменник 22 теплопотребляющего блока и теплообменник 32 теплогенерирующего блока. Теплообменник 22 теплопотребляющего блока селективно подсоединяется к горячему каналу 12 через клапан 23 или посредством насоса 24 теплопотребляющего блока. Теплообменник 32 теплогенерирующего блока селективно подсоединяется к холодному каналу 14 через клапан 33 или посредством насоса 34 теплогенерирующего блока.

В варианте по фиг. 2 первое и второе устройства 26, 36 для определения разности давлений представляют собой физически различные устройства. Однако согласно другому варианту один конкретный локальный теплопотребляющий блок 20 и один конкретный локальный теплогенерирующий блок 30 могут совместно использовать одно и то же устройство для определения разности давлений. Следовательно, первое и второе устройства 26, 36 для определения разности давлений могут физически являться одним устройством для определения разности давлений. Согласно еще одному варианту два конкретных локальных теплопотребляющих блока 20 могут совместно использовать одно и то же устройство для определения разности давлений. Согласно следующему варианту два конкретных локальных теплогенерирующих блока 30 могут совместно использовать одно и то же устройство для определения разности давлений.

Аналогично, в варианте по фиг. 2 первый и второй контроллеры 28; 38 представляют собой физически различные контроллеры. Однако согласно другому варианту один конкретный локальный теплопотребляющий блок 20 и один конкретный локальный теплогенерирующий блок 30 могут совместно использовать один и тот же контроллер. Следовательно, первый и второй контроллеры 26; 36 могут физически являться одним контроллером. Согласно еще одному варианту два конкретных локальных теплопотребляющих блока 20 могут совместно использовать один и тот же контроллер. Согласно следующему варианту два конкретных локальных теплогенерирующих блока 30 могут совместно использовать один и тот же контроллер.

Потребность в получении или выделении теплоты с использованием теплообменников 22 теплопотребляющих блоков и теплообменников 32 теплогенерирующих блоков предпочтительно удовлетворяется при заданной разности температур. Разность температур 8-10°C соответствует оптимальным потокам через теплообменники 22 теплопотребляющих блоков и теплообменники 32 теплогенерирующих блоков.

Локальная разность (локальный перепад) давлений между горячим и холодным каналами 12, 14 может варьировать по длине теплового контура 10. Более конкретно, локальная разность давлений между горячим и холодным каналами 12, 14 может варьировать от положительной до отрицательной разности давлений в горячем и холодном каналах 12, 14. Следовательно, в некоторых случаях конкретный локальный блок 20, 30 потребления/генерирования тепловой энергии может нуждаться в прокачивании теплопереносящей жидкости через соответствующий теплообменник 22, 32 теплопотребляющего/теплогенерирующего блока. В других случаях конкретный локальный блок 20, 30 потребления/генерирования тепловой энергии может требовать свободного течения теплопереносящей жидкости через соответствующий теплообменник 22, 32 теплопотребляющего/теплогенерирующего блока. Таким образом, все прокачивание в системе 1 может производиться в локальных теплопотребляющих/теплогенерирующих блоках 20, 30. С учетом ограниченных потоков и требуемых давлений допустимо применение небольших циркуляционных насосов, управляемых частотно-модулированными сигналами.

Насос 24 теплопотребляющего блока и/или насос 34 теплогенерирующего блока могут представлять собой циркуляционные насосы, управляемые частотно-модулированными сигналами.

Клапан 23 теплопотребляющего блока и/или клапан 33 теплогенерирующего блока могут быть регулирующими клапанами.

Специалисту в данной области будет понятно, что изобретение ни в коем случае не ограничивается описанными предпочтительными вариантами. Наоборот, в пределах объема изобретения возможно большое количество модификаций и усовершенствований.

В качестве примера, районная система 1 распределения тепловой энергии может содержать тепловую серверную установку 2, которая действует как внешний источник теплоты и/или теплоотвод. Функция тепловой серверной установки 2 состоит в поддержании разности температур между горячим и холодным каналами 12, 14 теплового контура 10. Это означает, что тепловая серверная установка 2 может использоваться для балансирования районной системы 1 распределения тепловой энергии таким образом, что при достижении тепловым контуром 10 конечной температурной точки тепловая серверная установка 2 способна поглощать тепловую энергию из теплового контура 10 или подавать энергию в контур. В зимнее время, при более высокой вероятности того, что горячий канал 12 достигнет предельного нижнего значения своей температуры, тепловая серверная установка 2 используется для добавления тепловой энергии в тепловой контур 10. В летнее время, при более высокой вероятности того, что холодный канал достигнет предельного верхнего значения своей температурной концевой точки, тепловая серверная установка 2 используется для отведения тепловой энергии от теплового контура 10.

Кроме того, специалисты в данной области смогут, в процессе анализа чертежей, описания и формулы, а также при практическом осуществлении изобретения, предложить и другие модификации описанных вариантов.

Изобретение относится к районной системе (1) распределения тепловой энергии, содержащей тепловой контур (10), содержащий: горячий и холодный каналы (12, 14), по которым может течь теплопереносящая жидкость, теплообменник (22) теплопотребляющего блока и теплообменник (32) теплогенерирующего блока. Теплообменник (22) теплопотребляющего блока может селективно подсоединяться к горячему каналу (12) через клапан (23) или через насос (24) данного блока. Теплообменник (32) теплогенерирующего блока может селективно подсоединяться к холодному каналу (14) через клапан (33) теплогенерирующего блока или через насос (34) данного блока. 13 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Районная система распределения тепловой энергии, содержащая:

тепловой контур (10), содержащий:

два канала, по которым может течь теплопереносящая жидкость, при этом горячий канал (12) теплового контура предназначен для теплопереносящей жидкости, имеющей первую температуру;

холодный канал (14) теплового контура предназначен для теплопереносящей жидкости, имеющей вторую температуру, более низкую, чем первая температура;

один или более локальных теплопотребляющих блоков (20), каждый из которых содержит:

теплообменник (22), селективно подсоединяемый к горячему каналу (12), для обеспечения возможности теплопереносящей жидкости течь из горячего канала (12) в указанный теплообменник (22) через клапан (23) или через насос (24), обеспечивающий закачку теплопереносящей жидкости из горячего канала (12) в указанный теплообменник (22), подсоединенный также к холодному каналу (14) для обеспечения возврата теплопереносящей жидкости из указанного теплообменника (22) в холодный канал (14), причем указанный теплообменник (22) выполнен обеспечивающим передачу тепловой энергии от теплопереносящей жидкости окружению теплообменника (22) теплопотребляющего блока, так что теплопереносящая жидкость, возвращенная в холодный канал (14), имеет температуру, более низкую, чем первая температура, и предпочтительно равную второй температуре;

первое устройство (26) для определения перепада давлений, способное определять первый локальный перепад Δр₁ давлений в тепловом контуре, и первый контроллер (28), способный, в зависимости от первого локального перепада давлений, селективно задавать использование либо клапана (23), либо насоса (24) теплопотребляющего блока, и

один или более локальных теплогенерирующих блоков (30), каждый из которых содержит:

теплообменник (32), селективно подсоединяемый к холодному каналу (14), для обеспечения возможности теплопереносящей жидкости течь из холодного канала (14) в указанный теплообменник (32) через клапан (33) или через насос (34), обеспечивающий закачку теплопереносящей жидкости из холодного канала (14) в указанный теплообменник (32), подсоединенный также к горячему каналу (12) для обеспечения возврата теплопереносящей жидкости из указанного теплообменника (32) в горячий канал (12), причем теплообменник (32) теплогенерирующего блока выполнен обеспечивающим передачу тепловой энергии от своего окружения теплопереносящей жидкости, так что теплопереносящая жидкость, возвращенная в горячий канал (12), имеет температуру, более высокую, чем вторая температура, и предпочтительно равную первой температуре;

второе устройство (36) для определения перепада давлений, способное определять второй локальный перепад Δ_ρ2 давлений в тепловом контуре, и второй контроллер (38), способный, в зависимости от второго локального перепада давлений, селективно задавать использование либо клапана (33), либо насоса (34) теплогенерирующего блока.

2. Система по п. 1, в которой горячий и холодный каналы (12, 14) рассчитаны на давления до 0,6 МПа, 1 МПа или 1,6 МПа.

3. Система по п. 1 или 2, в которой первый и второй локальные перепады давлений задаются, с учетом выбранного расчетного давления, лежащими в пределах ±0,2 МПа, ±0,3 МПа или ±0,6 МПа.

4. Система по любому из пп. 1-3, в которой:

первый контроллер (28) выполнен с возможностью селективно использовать клапан (23) теплопотребляющего блока, если первый локальный перепад давлений указывает, что первое локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале больше, чем первое локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале, и селективно использовать насос (24) теплопотребляющего блока, если первый локальный перепад давлений указывает, что первое локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале меньше, чем первое локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале, или равно ему;

второй контроллер (38) выполнен с возможностью селективно использовать клапан теплогенерирующего блока (33), если второй локальный перепад давлений указывает, что второе локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале больше, чем второе локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале, и селективно использовать насос (34) теплогенерирующего блока, если второй локальный перепад давлений указывает, что второе локальное давление теплопереносящей жидкости в холодном канале меньше, чем второе локальное давление теплопереносящей жидкости в горячем канале, или равно ему.

5. Система по любому из пп. 1-4, в состав которой дополнительно входит здание (5), содержащее и локальный теплопотребляющий блок (20), и локальный теплогенерирующий блок (30), при этом первое устройство (26) для определения перепада давлений в составе указанного локального теплопотребляющего блока (20) и второе устройство (36) для определения перепада давлений в составе локального указанного теплогенерирующего блока (30) объединены в единственное устройство для определения перепада давлений.

6. Система по любому из пп. 1-4, в состав которой дополнительно входит здание (5), содержащее и локальный теплопотребляющий блок (20), и локальный теплогенерирующий блок (30), при этом первый контроллер (28) указанного локального теплопотребляющего блока (20) и второй контроллер (38) указанного локального теплогенерирующего блока (30) объединены в единый модуль.

7. Система по любому из пп. 1-6, в которой теплообменник (22) теплопотребляющего блока выбран из группы, состоящей из теплового насоса для комфортного отопления, теплового насоса для подготовки воды, подаваемой из крана, и теплового насоса для очистки от снега и льда.

8. Система по любому из пп. 1-7, в которой теплообменник (32) теплогенерирующего блока выбран из группы, состоящей из холодильной машины для комфортного локального охлаждения, теплообменника в системе воздушной принудительной вентиляции, теплообменника в системе сброса воды, морозильника и холодильной машины для компьютерного центра.

9. Система по любому из пп. 1-8, в которой первая и вторая температуры лежат в температурном интервале от -10°С до 45°С, предпочтительно от 4°С до 32°С.

10. Система по любому из пп. 1-9, в которой разность между первой и второй температурами составляет 5-16°С, предпочтительно 7-12°С, более предпочтительно 8-10°С.

11. Система по любому из пп. 1-10, в которой первый локальный перепад давлений в тепловом контуре включает в себя перепад между первым локальным давлением теплопереносящей жидкости в горячем канале (12) и первым локальным давлением теплопереносящей жидкости в холодном канале (14).

12. Система по п. 11, в которой первое устройство (26) для определения перепада давлений подключено с возможностью определения первого локального давления теплопереносящей жидкости в горячем канале (12) вблизи места, в котором теплообменник (22) теплопотребляющего блока подсоединен к горячему каналу (12), и определения первого локального давления теплопереносящей жидкости в холодном канале (14) вблизи места, в котором теплообменник (22) теплопотребляющего блока подсоединен к холодному каналу (14).

13. Система по любому из пп. 1-12, в которой второй локальный перепад давлений в тепловом контуре включает в себя перепад между вторым локальным давлением теплопереносящей жидкости в горячем канале (12) и вторым локальным давлением теплопереносящей жидкости в холодном канале (14).

14. Система по п. 13, в которой второе устройство (36) для определения перепада давлений подключено с возможностью определения второго локального давления теплопереносящей жидкости в горячем канале (12) вблизи места, в котором теплообменник (32) теплогенерирующего блока подсоединен к горячему каналу (12), и определения второго локального давления теплопереносящей жидкости в холодном канале (14) вблизи места, в котором теплообменник (32) теплогенерирующего блока подсоединен к холодному каналу (14).