ТЕПЛОВАЯ СЕРВЕРНАЯ УСТАНОВКА И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЕЮ Российский патент 2020 года по МПК F24D10/00 

Область техники

Изобретение относится к тепловой серверной установке, подключаемой к тепловому контуру, содержащему горячий и холодный каналы.

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 нагрева 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 том, чтобы улучшить отопление и охлаждение в городе.

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

Согласно первому аспекту изобретения предлагается тепловая серверная установка, выполненная с возможностью подсоединения к тепловому контуру, содержащему горячий канал для теплопереносящей жидкости, имеющей первую температуру, и холодный канал для теплопереносящей жидкости, имеющей вторую температуру, более низкую, чем первая температура. Предлагаемая установка содержит балансировочное устройство, подсоединяемое к горячему и холодному каналам для селективного обеспечения теплопереносящей жидкости возможности течь из горячего канала через регулятор и теплообменник балансировочного устройства в холодный канал или из холодного канала через регулятор и теплообменник в горячий канал. При этом регулятор сконфигурирован с возможностью регулировать поток теплопереносящей жидкости между горячим и холодным каналами через балансировочное устройство, тогда как теплообменник сконфигурирован с возможностью изменять температуру теплопереносящей жидкости, текущей через балансировочное устройство, путем селективного охлаждения теплопереносящей жидкости из горячего канала или нагрева теплопереносящей жидкости из холодного канала. Тепловая серверная установка дополнительно содержит устройство для определения перепада (разности) давлений, способное определять локальную разность (локальный перепад) Δp_local давлений между локальным давлением p_h теплопереносящей жидкости в горячем канале и локальным давлением р_с теплопереносящей жидкости в холодном канале. Кроме того, регулятор сконфигурирован с возможностью регулировать поток теплопереносящей жидкости между горячим и холодным каналами в зависимости от локального перепада давлений.

Таким образом, предлагается простая и удобная в обращении тепловая серверная установка для поддерживания перепада между горячим и холодным каналами теплового контура.

Регулятор может быть сконфигурирован с возможностью регулировать поток теплопереносящей жидкости из горячего канала в холодный канал, если локальный перепад Δp_local давлений определен, как превышающий первый пороговый перепад давлений, или регулировать поток теплопереносящей жидкости из холодного канала в горячий канал, если локальный перепад Δp_local давлений определен, как лежащий ниже второго порогового перепада давлений. При этом второй пороговый перепад давлений меньше, чем первый пороговый перепад давлений, или равен ему.

Теплообменник может быть сконфигурирован с возможностью охлаждения теплопереносящей жидкости из горячего канала до достижения заданной разности температур при охлаждении или нагрева теплопереносящей жидкости из холодного канала до достижения заданной разности температур при нагреве.

Разность между первой и второй температурами может находиться в интервале 5-16°С, предпочтительно 7-12°С, более предпочтительно 8-10°С.

Каждая из заданных разностей температур при охлаждении и при нагреве может соответствовать указанному выше интервалу разности температур.

Устройство для определения перепада давлений может содержать модуль для определения давления в горячем канале и модуль для определения давления в холодном канале. Модуль для определения давления в горячем канале выполнен с возможностью подключения к горячему каналу для измерения локального давления в горячем канале, а модуль для определения давления в холодном канале выполнен с возможностью подключения к холодному каналу для измерения локального давления в холодном канале.

Модуль для определения давления в горячем канале подключен к горячему каналу вблизи места, в котором балансировочное устройство подсоединено к горячему каналу, а модуль для определения давления в холодном канале подключен к холодному каналу вблизи места, в котором балансировочное устройство подсоединено к холодному каналу.

Тепловая серверная установка может дополнительно содержать контроллер, подключенный к устройству для определения перепада давлений и к теплообменнику. Данный контроллер сконфигурирован с возможностью управлять теплообменником с обеспечением охлаждения теплопереносящей жидкости, текущей через балансировочное устройство, если локальный перепад Δp_local давлений определен, как превышающий первый пороговый перепад давлений, или управлять теплообменником с обеспечением нагрева теплопереносящей жидкости, текущей через балансировочное устройство, если локальный перепад Δp_local давлений определен, как лежащий ниже второго порогового перепада давлений.

Контроллер может быть также подключен к регулятору для управления регулятором.

Тепловая серверная установка может дополнительно содержать аккумулятор тепловой энергии, внешний по отношению к тепловому контуру. К аккумулятору тепловой энергии подсоединен теплообменник, который сконфигурирован с возможностью отбирать тепловую энергию от аккумулятора тепловой энергии при нагреве теплопереносящей жидкости и с возможностью отдавать тепловую энергию аккумулятору тепловой энергии при охлаждении теплопереносящей жидкости.

Согласно второму аспекту изобретения предлагается способ управления тепловой энергией теплового контура. Способ включает следующие операции:

определяют локальный перепад Δp_local давлений между локальным давлением p_h теплопереносящей жидкости в горячем канале и локальным давлением р_с теплопереносящей жидкости в холодном канале (Δp_local=p_h-p_c);

регулируют, в зависимости от локального перепада давлений, направление потока теплопереносящей жидкости между горячим и холодным каналами, селективно обеспечивая теплопереносящей жидкости возможность течь из горячего канала через регулятор и теплообменник в холодный канал или из холодного канала через регулятор и теплообменник в горячий канал;

если течение теплопереносящей жидкости отрегулировано в направлении из горячего канала через теплообменник, охлаждают теплопереносящую жидкость посредством теплообменника;

если течение теплопереносящей жидкости отрегулировано в направлении из холодного канала через теплообменник, нагревают теплопереносящую жидкость посредством теплообменника.

Если локальный перепад Δp_local давлений определен, как превышающий первый пороговый перепад давлений, регулируют направление потока теплопереносящей жидкости таким образом, чтобы теплопереносящая жидкость текла из горячего канала через регулятор и теплообменник в холодный канал. Если же локальный перепад Δp_local давлений определен, как лежащий ниже второго порогового перепада давлений, регулируют направление потока теплопереносящей жидкости таким образом, чтобы теплопереносящая жидкость текла из холодного канала через регулятор и теплообменник в горячий канал. При этом второй пороговый перепад давлений меньше, чем первый пороговый перепад давлений, или равен ему.

Операция охлаждения теплопереносящей жидкости посредством теплообменника включает охлаждение теплопереносящей жидкости до достижения заданной разности температур при охлаждении, составляющей 5-16°С, предпочтительно 7-12°С, более предпочтительно 8-10°С, тогда как операция нагрева теплопереносящей жидкости посредством теплообменника включает нагрев данной жидкости до достижения заданной разности температур при нагреве, составляющей 5-16°С, предпочтительно 7-12°С, более предпочтительно 8-10°С.

Операция охлаждения теплопереносящей жидкости посредством теплообменника может включать отдачу тепловой энергии аккумулятору тепловой энергии, а операция нагрева теплопереносящей жидкости посредством теплообменника - отбор тепловой энергии от аккумулятора тепловой энергии.

Признаки тепловой серверной установки или аналогичные им, когда это возможно, применимы и к способу согласно второму аспекту изобретения, но не приводятся здесь, чтобы избежать излишних повторений.

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 операции.

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. 2А представлена схема тепловой серверной установки, подсоединенной к тепловому контуру.

На фиг. 2В представлена схема альтернативной тепловой серверной установки, подсоединенной к тепловому контуру.

На фиг. 3 представлена схема еще одной альтернативной тепловой серверной установки, подсоединенной к тепловому контуру.

На фиг. 4 представлена блок-схема управления тепловой серверной установкой.

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

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

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 из 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.

Локальный теплопотребляющий блок 20 селективно подсоединяется к горячему каналу 12 через клапан или через насос. При выборе подсоединения локального теплопотребляющего блока 20 к горячему каналу 12 через клапан теплопереносящая жидкость из горячего канала 12 получает возможность течь в локальный теплопотребляющий блок 20. При выборе подсоединения локального теплопотребляющего блока 20 к горячему каналу 12 через насос теплопереносящая жидкость из горячего канала 12 закачивается в данный теплопотребляющий блок.

Локальный теплогенерирующий блок 30 селективно подсоединяется к холодному каналу 14 через клапан или насос. При выборе подсоединения локального теплогенерирующего блока 30 к холодному каналу 14 через клапан теплопереносящая жидкость из холодного канала 14 получает возможность течь в локальный теплогенерирующий блок 30. При выборе подсоединения локального теплогенерирующего блока 30 к холодному каналу 14 через насос теплопереносящая жидкость из холодного канала 14 закачивается в данный теплогенерирующий блок.

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

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.

Таким образом, районная система 1 распределения тепловой энергии допускает варьирование по длине теплового контура 10 локальной разности давлений теплопереносящей жидкости между горячим и холодным каналами 12, 14. Как упоминалось, локальная разность давлений теплопереносящей жидкости, находящейся в горячем канале 12 и в холодном канале 14, может варьировать от положительной до отрицательной разности давлений в горячем и холодном каналах. При этом районная система 1 распределения тепловой энергии допускает возможность локализации всего прокачивания, имеющего место в системе, в локальных теплопотребляющих/теплогенерирующих блоках 20, 30. 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 1 распределения тепловой энергии.

Главная идея предлагаемой районной системы 1 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 1 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 1 распределения тепловой энергии здания 5 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 1 распределения тепловой энергии.

Следовательно, районная система 1 распределения тепловой энергии обеспечивает возможность эффективного двойного использования тепловой энергии в городе. Будучи интегрированной в город, районная система 1 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.

Чтобы обеспечить баланс тепловой энергии в районной системе 1 распределения тепловой энергии, эта система дополнительно содержит тепловую серверную установку 40, которая действует как внешний источник теплоты и/или теплоотвод. Функция тепловой серверной установки 40 состоит в поддержании разности температур между горячим и холодным каналами 12, 14 теплового контура 10. Кроме того, функция тепловой серверной установки 40 состоит в регулировании разности (перепада) давлений между горячим и холодным каналами 12, 14 теплового контура.

Как уже упоминалось, в рамках районной системы 1 распределения тепловой энергии имеет место перекачивание теплопереносящей жидкости в локальных теплопотребляющих/теплогенерирующих блоках 20, 30. Следовательно, отсутствует необходимость в центральной насосной системе, например в составе тепловой серверной установки 40. Как следствие такой конструкции районной системы 1 распределения тепловой энергии, общее давление в горячем канале 12 будет повышаться в случае избытка тепла в системе 1. По той же причине общее давление в холодном канале 14 будет повышаться в случае дефицита тепла в системе 1.

Тепловая серверная установка 40 сконфигурирована с возможностью регулировать поток теплопереносящей жидкости между горячим и холодным каналами 12, 14 таким образом, чтобы поддерживать заданную разность (заданный перепад) давлений между горячим и холодным каналами 12, 14. Таким образом, тепловая серверная установка 40 сконфигурирована с возможностью регулировать поток теплопереносящей жидкости из горячего канала 12 в холодный канал 14, если, вследствие избытка теплоты в системе 1, повышается давление в горячем канале 12. Тепловая серверная установка 40 сконфигурирована также с возможностью регулировать поток теплопереносящей жидкости из холодного канала 14 в горячий канал 12, если, вследствие дефицита теплоты в системе 1, повышается давление в холодном канале 14. Кроме того, тепловая серверная установка 40 сконфигурирована с возможностью изменять температуру теплопереносящей жидкости, текущей между горячим и холодным каналами 12, 14. В частности, тепловая серверная установка 40 сконфигурирована для охлаждения теплопереносящей жидкости, текущей из горячего канала 12 через тепловую серверную установку 40 в холодный канал 14, и для нагрева теплопереносящей жидкости, текущей из холодного канала 14 через тепловую серверную установку 40 в горячий канал 12.

Далее, со ссылками на фиг. 2А, 2В и 3 будут описаны различные варианты тепловой серверной установки 40.

Тепловая серверная установка 40 содержит балансировочное устройство 41 и устройство 46 для определения перепада давлений.

Балансировочное устройство 41 содержит регулятор 42 и теплообменник 44. Балансировочное устройство 41 выполнено с возможностью подсоединения к горячему каналу 12 и к холодному каналу 14. Оно способно селективно обеспечивать теплопереносящей жидкости возможность течь из горячего канала 12 через регулятор 42 и теплообменник 44 в холодный канал 14 и возможность течь из холодного канала 14 через регулятор 42 и теплообменник 44 в горячий канал 12.

Регулятор 42 сконфигурирован с возможностью регулировать поток теплопереносящей жидкости между горячим и холодным каналами 12, 14 через балансировочное устройство 41. Регулятор 42 сконфигурирован с возможностью регулировать поток теплопереносящей жидкости между горячим и холодным каналами 12, 14 в зависимости от локального перепада давлений между горячим и холодным контурами. Более конкретно, регулятор 42 сконфигурирован с возможностью регулировать поток теплопереносящей жидкости из горячего канала 12 в холодный канал 14, когда локальный перепад Δp_local давлений превышает первый пороговый перепад давлений. Регулятор 42 сконфигурирован с возможностью регулировать поток теплопереносящей жидкости из холодного канала 14 к горячему каналу 12, когда локальный перепад Δp_local давлений меньше второго порогового перепада давлений (который меньше, чем первый пороговый перепад давлений, или равен ему). Локальный перепад давлений определяется устройством 46 для определения перепада давлений, которое будет подробно описано далее. Регулятор 42 может быть подсоединен (как это сделано в вариантах по фиг. 2А, 2В и 3) между местом подсоединения балансировочного устройства 41 к горячему каналу 12 и теплообменником 44.

Альтернативно, регулятор 42 может быть подсоединен между местом подсоединения балансировочного устройства 41 к холодному каналу 14 и теплообменником 44. Согласно другой альтернативе балансировочное устройство 41 может содержать пару взаимодействующих регуляторов 42, один из которых подсоединен между местом подсоединения балансировочного устройства 41 к холодному каналу 14 и теплообменником 44, а другой - между местом подсоединения балансировочного устройства 41 к горячему каналу 12 и теплообменником 44.

Теплообменник 44 сконфигурирован с возможностью изменять температуру теплопереносящей жидкости, текущей через балансировочное устройство 41, путем селективного охлаждения теплопереносящей жидкости из горячего канала 12 или нагрева теплопереносящей жидкости из холодного канала 14. Более конкретно, теплообменник 44 сконфигурирован с возможностью охлаждения теплопереносящей жидкости из горячего канала 12 до достижения заданной разности температур при охлаждении. Заданная разность температур при охлаждении составляет 5-16°С, предпочтительно 7-12°С, более предпочтительно 8-10°С. Теплообменник 44 сконфигурирован также для нагрева теплопереносящей жидкости из холодного канала 14 до достижения заданной разности температур при нагреве. Заданная разность температур при нагреве составляет 5-16°С, предпочтительно 7-12°С, более предпочтительно 8-10°С. Теплообменник может содержать устройство для определения направления потока (не изображено), сконфигурированное для определения направления потока теплопереносящей жидкости, текущей через теплообменник 44. Выбор охлаждения или нагрева теплопереносящей жидкости, текущей через теплообменник 44, может осуществляться в зависимости от данных, поступающих от устройства для определения направления потока.

Устройство 46 для определения перепада давлений способно определять локальный перепад Δp_local давлений, как перепад между локальным давлением p_h теплопереносящей жидкости в горячем канале и локальным давлением р_с теплопереносящей жидкости в холодном канале. При этом устройство 46 для определения перепада давлений может быть реализовано во многих различных вариантах. Далее, в качестве примеров, будут описаны некоторые варианты устройства 46 для определения перепада давлений.

Как показано на фиг. 2А, вариант устройства 46 для определения перепада давлений может быть интегрирован в регулятор 42. Примером такой интеграции регулятора 42 и устройства 46 для определения перепада давлений является регулятор перепада давлений. Если перепад между локальным давлением теплопереносящей жидкости на конце 42а регулятора перепада давлений, связанном с горячим каналом, и локальным давлением теплопереносящей жидкости на конце 42b регулятора перепада давлений, связанном с холодным каналом, превышает первый пороговый перепад давлений, регулятор перепада давлений регулирует поток теплопереносящей жидкости из горячего канала 12 в холодный канал 14. Если же перепад между локальным давлением теплопереносящей жидкости на конце 42а регулятора перепада давлений, связанном с горячим каналом, и локальным давлением теплопереносящей жидкости на конце 42b регулятора перепада давлений, связанном с холодным каналом, меньше второго порогового перепада давлений, регулятор перепада давлений регулирует поток теплопереносящей жидкости из холодного канала 14 в горячий канал 12.

Альтернативно или в комбинации, устройство 46 для определения перепада давлений может, как в вариантах по фиг. 2В и 3, представлять собой отдельное (независимое) устройство. Согласно этим вариантам данное устройство сконфигурировано для определения локального давления p_h теплопереносящей жидкости в горячем канале 12 и локального давления р_с теплопереносящей жидкости в холодном канале 14. Соответственно, локальный перепад Δp_local давлений определяется, как Δp_local=p_h-p_c. Устройство 46 для определения перепада давлений может содержать модуль 47а для определения давления в горячем канале и модуль 47b для определения давления в холодном канале. Модуль 47а для определения давления в горячем канале выполнен с возможностью подключения к горячему каналу 12 для измерения локального давления p_h в горячем канале. Модуль 47b для определения давления в холодном канале выполнен с возможностью подключения к холодному каналу 14 для измерения локального давления р_с в холодном канале. Модуль 47а для определения давления в горячем канале предпочтительно подключен к горячему каналу 12 вблизи места, в котором к горячему каналу 12 подсоединено балансировочное устройство 41. Модуль 47b для определения давления в холодном канале предпочтительно подключен к холодному каналу 14 вблизи места, в котором к холодному каналу 14 подсоединено балансировочное устройство 41. Согласно этому варианту устройство 46 для определения перепада давлений подключено к контроллеру 48 тепловой серверной установки 40. Локальный перепад Δp_local давлений определяется либо устройством 46 для определения перепада давлений, либо контроллером 48. Контроллер сконфигурирован для управления потоком теплопереносящей жидкости посредством регулятора 42. Следовательно, контроллер 48 сконфигурирован с возможностью регулировать поток теплопереносящей жидкости из горячего канала 12 в холодный канал 14, если локальный перепад Δp_local давлений определен, как превышающий первый пороговый перепад давлений. Кроме того, контроллер 48 сконфигурирован с возможностью регулировать поток теплопереносящей жидкости из холодного канала 14 в горячий канал 12, если локальный перепад Δp_local давлений определен, как лежащий ниже второго порогового перепада давлений. Согласно этому варианту регулятор 42 может быть реализован, как управляющий клапан, управляемый контроллером 48.

Контроллер 48 может быть подключен также к теплообменнику 44. Следовательно, если локальный перепад Δp_local давлений определен, как превышающий первый пороговый перепад давлений, контроллер 48 может управлять теплообменником 44 таким образом, чтобы теплопереносящая жидкость, текущая через балансировочное устройство 41, охлаждалась. Если же локальный перепад Δp_local давлений определен, как лежащий ниже второго порогового перепада давлений, контроллер 48 может управлять теплообменником 44 таким образом, чтобы теплопереносящая жидкость, текущая через балансировочное устройство 41, нагревалась.

Теплообменник 44 может быть сконфигурирован с возможностью отбирать тепловую энергию от аккумулятора 50 тепловой энергии (теплового аккумулятора) и/или вводить ее в данный аккумулятор. Это иллюстрируется фиг. 3. Таким образом, тепловая серверная установка 40 может дополнительно содержать аккумулятор 50 тепловой энергии, который является внешним по отношению к тепловому контуру 10. Аккумулятор 50 тепловой энергии представляет собой структуру, способную придать системе достаточную тепловую инерцию. Согласно неограничивающим примерам аккумулятор тепловой энергии может быть изготовлен, как структура, обладающая высокой инерцией, грунтовой аккумулятор, водяной аккумулятор, солевой аккумулятор, озеро, море или воздух.

Теплообменник 44 подсоединен к аккумулятору 50 тепловой энергии и сконфигурирован с возможностью отбирать тепловую энергию от аккумулятора 50 тепловой энергии при нагреве теплопереносящей жидкости и отдавать тепловую энергию аккумулятору 50 при охлаждении теплопереносящей жидкости.

Далее, со ссылкой на фиг. 4, будет описан способ управления тепловой энергией теплового контура 10. Способ включает следующие операции. Определяют, на операции S400, локальный перепад Δp_local давлений между локальным давлением p_h теплопереносящей жидкости в горячем канале 12 и локальным давлением р_с теплопереносящей жидкости в холодном канале 14. По результатам определения локального перепада Δp_local давлений задают, на операции S402 регулирования, направление потока теплопереносящей жидкости между горячим и холодным каналами 12, 14 в зависимости от локального перепада Δp_local давлений, т.е. селективно обеспечивают теплопереносящей жидкости возможность течь из горячего канала 12 через регулятор 42 и теплообменник 44 в холодный канал 14 или из холодного канала 14 через регулятор 42 и теплообменник 44 в горячий канал 12. Если теплопереносящей жидкости обеспечена возможность течь из горячего канала 12 через теплообменник 44, на операции S404a охлаждения теплопереносящую жидкость охлаждают посредством теплообменника 44. Если же теплопереносящей жидкости обеспечена возможность течь из холодного канала 14 через теплообменник 44, на операции S404b данную жидкость нагревают посредством теплообменника 44.

Более конкретно, операция S402 регулирования может осуществляться следующим образом: если локальный перепад Δp_local давлений определен, как превышающий первый пороговый перепад давлений, направление потока теплопереносящей жидкости задают таким, что теплопереносящая жидкость течет из горячего канала 12 через регулятор 42 и теплообменник 44 в холодный канал 14. Если же локальный перепад Δp_local давлений определен, как лежащий ниже второго порогового перепада давлений, направление потока теплопереносящей жидкости задают таким, что теплопереносящая жидкость течет из холодного канала 14 через регулятор 42 и теплообменник 44 в горячий канал 12. При этом второй пороговый перепад давлений меньше, чем первый пороговый перепад давлений, или равен ему.

Операция S404a охлаждения теплопереносящей жидкости посредством теплообменника 44 может предусматривать охлаждение теплопереносящей жидкости до достижения заданной разности температур при охлаждении. Заданная разность температур при охлаждении может составлять 5-16°С, предпочтительно 7-12°С, более предпочтительно 8-10°С. Операция S404b нагрева теплопереносящей жидкости посредством теплообменника 44 может предусматривать нагрев теплопереносящей жидкости до достижения заданной разности температур при нагреве. Заданная разность температур при нагреве может составлять 5-16°С, предпочтительно 7-12°С, более предпочтительно 8-10°С.

Операция охлаждения S404a теплопереносящей жидкости посредством теплообменника 44 может включать отдачу тепловой энергии аккумулятору 50 тепловой энергии, а операция S404b нагрева теплопереносящей жидкости посредством теплообменника 44 - отбор тепловой энергии от аккумулятора 50 тепловой энергии.

Таким образом, предложена эффективная и удобная в обращении тепловая серверная установка, подключенная к тепловому контуру 10, содержащему горячий канал 12 для теплопереносящей жидкости, имеющей первую температуру, и холодный канал 14 для теплопереносящей жидкости, имеющей вторую температуру. Тепловая серверная установка 40 содержит балансировочное устройство 41, подсоединяемое к горячему каналу 12 и к холодному каналу 14 для селективного обеспечения теплопереносящей жидкости возможности течь из горячего канала 12 через регулятор 42 и теплообменник 44 в холодный канал 14 или из холодного канала 14 через регулятор 42 и теплообменник 44 в горячий канал 12. Направление потока определяется перепадом давлений между горячим и холодным каналами 12, 14. Теплообменник 44 сконфигурирован с возможностью изменять температуру теплопереносящей жидкости, текущей через балансировочное устройство 41, путем селективного охлаждения теплопереносящей жидкости из горячего канала или нагрева теплопереносящей жидкости из холодного канала.

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.

Подсоединение балансировочного устройства 41 к горячему и холодному каналам 12, 14 может производиться соответственно через сервисные клапаны 41а, 41b, которые могут использоваться как для подсоединения балансировочного устройства 41 к тепловому контуру 10, так и для отсоединения от него.

Теплообменник 44 может быть подсоединен к холодильной машине. Таким образом, теплообменник 44 может, в дополнение к аккумулятору 50 или вместо него, использовать холодильную машину для охлаждения теплопереносящей жидкости, текущей из горячего канала 12 через теплообменник 44 в холодный канал 14.

Теплообменник 44 может быть подсоединен к тепловому насосу. Таким образом, теплообменник 44 может, в дополнение к аккумулятору 50 или вместо него, использовать тепловой насос для нагрева теплопереносящей жидкости, текущей из холодного канала 14 через теплообменник 44 в горячий канал 12.

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 тепловой серверной установке, подключаемой к тепловому контуру, содержащему горячий и холодный каналы. Раскрыта тепловая серверная установка (40), выполненная с возможностью подсоединения к тепловому контуру (10), содержащему горячий канал (12) для теплопереносящей жидкости, имеющей первую температуру, и холодный канал (14) для теплопереносящей жидкости, имеющей вторую температуру. Тепловая серверная установка содержит балансировочное устройство (41), подсоединяемое к горячему и холодному каналам для селективного обеспечения теплопереносящей жидкости возможности течь из горячего канала через регулятор (42) и теплообменник (44) в холодный канал или из холодного канала через регулятор и теплообменник в горячий канал. Направление потока определяется перепадом давлений между горячим и холодным каналами. Теплообменник сконфигурирован с возможностью изменять температуру теплопереносящей жидкости, текущей через балансировочное устройство, путем селективного охлаждения теплопереносящей жидкости из горячего канала или нагрева теплопереносящей жидкости из холодного канала. Технический результат – обеспечение простой и удобной в обращении тепловой серверной установки для поддерживания перепада между горячим и холодным каналами теплового контура и, как следствие, улучшение отопления и охлаждения в городе. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Тепловая серверная установка (40), выполненная с возможностью подсоединения к тепловому контуру (10), содержащему горячий канал (12) для теплопереносящей жидкости, имеющей первую температуру, и холодный канал (14) для теплопереносящей жидкости, имеющей вторую температуру, более низкую, чем первая температура, причем тепловая серверная установка содержит:

балансировочное устройство (41), подсоединяемое к горячему и холодному каналам для селективного обеспечения теплопереносящей жидкости возможности течь из горячего канала через регулятор (42) и теплообменник (44) балансировочного устройства в холодный канал или из холодного канала через регулятор и теплообменник в горячий канал, при этом:

регулятор сконфигурирован с возможностью регулировать поток теплопереносящей жидкости между горячим и холодным каналами через балансировочное устройство, а

теплообменник сконфигурирован с возможностью изменять температуру теплопереносящей жидкости, текущей через балансировочное устройство, путем селективного охлаждения теплопереносящей жидкости из горячего канала или нагрева теплопереносящей жидкости из холодного канала;

устройство (46) для определения перепада давлений, способное определять локальный перепад Δp_local давлений между локальным давлением p_h теплопереносящей жидкости в горячем канале и локальным давлением р_с теплопереносящей жидкости в холодном канале, как Δp_local=p_h-p_с, а

регулятор сконфигурирован с возможностью регулировать поток теплопереносящей жидкости между горячим и холодным каналами в зависимости от локального перепада давлений.

2. Серверная установка по п. 1, в которой регулятор сконфигурирован с возможностью регулировать поток теплопереносящей жидкости из горячего канала в холодный канал, если локальный перепад Δp_local давлений определен как превышающий первый пороговый перепад давлений, или регулировать поток теплопереносящей жидкости из холодного канала в горячий канал, если локальный перепад Δp_local давлений определен как лежащий ниже второго порогового перепада давлений,

при этом второй пороговый перепад давлений меньше, чем первый пороговый перепад давлений, или равен ему.

3. Серверная установка по п. 1 или 2, в которой теплообменник сконфигурирован с возможностью охлаждения теплопереносящей жидкости из горячего канала до достижения заданной разности температур при охлаждении или нагрева теплопереносящей жидкости из холодного канала до достижения заданной разности температур при нагреве.

4. Серверная установка по любому из пп. 1-3, в которой разность между первой и второй температурами находится в интервале 5-16°С, предпочтительно 7-12°С, более предпочтительно 8-10°С.

5. Серверная установка по п. 3, в которой каждая из заданных разностей температур при охлаждении и при нагреве соответствует интервалу разности температур согласно п. 4.

6. Серверная установка по любому из пп. 1-5, в которой устройство для определения перепада давлений содержит модуль (47а) для определения давления в горячем канале и модуль (47b) для определения давления в холодном канале; при этом модуль для определения давления в горячем канале выполнен с возможностью подключения к горячему каналу для измерения локального давления в горячем канале, а модуль для определения давления в холодном канале выполнен с возможностью подключения к холодному каналу для измерения локального давления в холодном канале.

7. Серверная установка по п. 6, в которой модуль для определения давления в горячем канале подключен к горячему каналу вблизи места, в котором к горячему каналу подсоединено балансировочное устройство, а модуль для определения давления в холодном канале подключен к холодному каналу вблизи места, в котором балансировочное устройство подсоединено к холодному каналу.

8. Серверная установка по п. 6 или 7, которая содержит контроллер (48), подключенный к устройству для определения перепада давлений и к теплообменнику, при этом контроллер сконфигурирован с возможностью:

управлять теплообменником с обеспечением охлаждения теплопереносящей жидкости, текущей через балансировочное устройство, если локальный перепад Δp_local давлений определен как превышающий первый пороговый перепад давлений, или

управлять теплообменником с обеспечением нагрева теплопереносящей жидкости, текущей через балансировочное устройство, если локальный перепад Δp_local давлений определен как лежащий ниже второго порогового перепада давлений.

9. Серверная установка по п. 8, в которой контроллер (28) подключен также к регулятору для управления регулятором.

10. Серверная установка по любому из пп. 1-9, которая дополнительно содержит аккумулятор (50) тепловой энергии, внешний по отношению к тепловому контуру, при этом:

к аккумулятору тепловой энергии подсоединен теплообменник, сконфигурированный с возможностью отбирать тепловую энергию от аккумулятора тепловой энергии при нагреве теплопереносящей жидкости и с возможностью отдавать тепловую энергию аккумулятору тепловой энергии при охлаждении теплопереносящей жидкости.

11. Способ управления тепловой энергией теплового контура (10), содержащего горячий канал (12) для теплопереносящей жидкости, имеющей первую температуру, и холодный канал (14) для теплопереносящей жидкости, имеющей вторую температуру, которая является более низкой, чем первая температура, при этом способ включает следующие операции:

определяют локальный перепад Δp_local=p_h-p_с давлений между локальным давлением p_h теплопереносящей жидкости в горячем канале и локальным давлением р_с теплопереносящей жидкости в холодном канале;

регулируют, в зависимости от локального перепада давлений, направление потока теплопереносящей жидкости между горячим и холодным каналами, селективно обеспечивая теплопереносящей жидкости возможность течь из горячего канала через регулятор (42) и теплообменник (44) в холодный канал или из холодного канала через регулятор и теплообменник в горячий канал;

охлаждают теплопереносящую жидкость посредством теплообменника, если течение теплопереносящей жидкости отрегулировано в направлении из горячего канала через теплообменник;

нагревают теплопереносящую жидкость посредством теплообменника, если течение теплопереносящей жидкости отрегулировано в направлении из холодного канала через теплообменник.

12. Способ по п. 11, в котором:

в случае если локальный перепад Δp_local давлений определен как превышающий первый пороговый перепад давлений, регулируют направление потока теплопереносящей жидкости таким образом, чтобы теплопереносящая жидкость текла из горячего канала через регулятор и теплообменник в холодный канал, или

в случае если локальный перепад Δp_local давлений определен как лежащий ниже второго порогового перепада давлений, регулируют направление потока теплопереносящей жидкости таким образом, чтобы теплопереносящая жидкость текла из холодного канала через регулятор и теплообменник в горячий канал, при этом

второй пороговый перепад давлений меньше, чем первый пороговый перепад давлений, или равен ему.

13. Способ по п. 11 или 12, в котором операция охлаждения теплопереносящей жидкости посредством теплообменника включает охлаждение теплопереносящей жидкости до достижения заданной разности температур при охлаждении, составляющей 5-16°С, предпочтительно 7-12°С, более предпочтительно 8-10°С, тогда как операция нагрева теплопереносящей жидкости посредством теплообменника включает нагрев теплопереносящей жидкости до достижения заданной разности температур при нагреве, составляющей 5-16°С, предпочтительно 7-12°С, более предпочтительно 8-10°С.

14. Способ по любому из пп. 11-13, в котором операция охлаждения теплопереносящей жидкости посредством теплообменника включает отдачу тепловой энергии аккумулятору (50) тепловой энергии, а операция нагрева теплопереносящей жидкости посредством теплообменника включает отбор тепловой энергии от аккумулятора тепловой энергии.