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CN109790983A - 供热系统 - Google Patents

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CN109790983A
CN109790983A CN201780040837.0A CN201780040837A CN109790983A CN 109790983 A CN109790983 A CN 109790983A CN 201780040837 A CN201780040837 A CN 201780040837A CN 109790983 A CN109790983 A CN 109790983A
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CN
China
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cooling
cooling fluid
temperature
heat
pump
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CN201780040837.0A
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English (en)
Inventor
佩尔·罗森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Sweden Italy
EOn Sverige AB
Original Assignee
Sweden Italy
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Publication date
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Abstract

本发明涉及一种供热系统(100)，供热系统(100)包括区域冷却网(1)和局部供热系统(200)，局部供热系统(200)构造为加热建筑物和/或加热用于建筑物的自来水。供热系统具有：供给管道(5)，其用于具有第一温度的冷却流体的来流；以及返回管道(8)，其用于具有第二温度的冷却流体的回流，第二温度高于第一温度。局部供热系统(200)包括热泵(10)，热泵(10)具有连接至区域冷却网(1)的返回管道(8)的入口(10a)以及连接至区域冷却网(1)的供给管道(5)的出口(10b)。

Description

供热系统
技术领域
本发明涉及一种建筑物的局部(local)供热系统与区域(district)冷却网相互作用的供热系统。
背景技术
几乎世界上所有大型发达城市都具有与它们的基础设施集成为一体的至少两种能源分配网：一种网用于提供加热，而另一种网用于提供冷却。用于提供加热的网可以例如用于提供舒适性和/或工艺加热(process heating)，和/或用于热自来水制备。用于提供冷却的网可以例如用于提供舒适性和/或工艺冷却。
用于提供热量的常规网是提供舒适性和/或工艺加热和/或热自来水制备的供气网或电网。用于提供加热的可选的网是区域供热网。区域供热网用于向城市的建筑物提供已加热传热液体(通常以水的形式)。中央放置的加热泵送设备(plant)用于加热并分配已加热传热液体。已加热传热液体经由一个或多个供给管道输送到建筑物，并经由一个或多个返回管道返回到加热泵送设备。在建筑物自身处，经由热泵提取来自于已加热传热液体的热量。
用于提供冷却的常规网是电网。电例如可以用于运行冰箱或冷冻机或用于运行空调以提供舒适性冷却。用于提供冷却的可选网是区域冷却网。区域冷却网用于向城市的建筑物提供已冷却传热液体，通常以水的形式。中央放置的冷却泵送设备用于冷却和分配如此的已冷却传热液体。已冷却传热液体经由一个或多个供给管道输送到建筑物，并经由一个或多个返回管道返回到冷却泵送设备。在建筑物自身处，经由热泵提取来自已冷却传热液体的冷量(cold)。
对用于加热和/或冷却的能量的使用正在稳步增加，从而对环境产生负面影响。通过提高能量分布网中分布的能量的利用率，可以减少对环境的负面影响。因此，需要提高能量分布网中分布的能量的利用率。在工程项目方面，提供加热/冷却也需要大量投资，并且要不断努力削减成本。因此，需要在如何对城市的供热和冷却提供可持续解决方案方面进行改进。
发明内容
本发明的目的是通过更好地利用区域冷却网中可用的能量来解决上述问题中的至少一些。
根据第一方面，提供一种供热系统。所述供热系统包括区域冷却网和建筑物的局部供热系统，所述区域冷却网具有：供给管道，其用于冷却流体的来流，所述冷却流体具有在4至12℃的范围内的第一温度；以及返回管道，其用于具有第二温度的冷却流体的回流，所述第二温度高于所述第一温度，所述第二温度在10至18℃的范围内；所述建筑物的局部供热系统构造为加热所述建筑物和/或加热用于所述建筑物的自来水，其中，所述建筑物的局部供热系统包括：热泵，其具有连接至所述区域冷却网的所述返回管道的入口以及连接至所述区域冷却网的所述供给管道的出口。
因此，在本发明的供热系统中，将在区域冷却网的返回管道中传送、并且在现有技术中被认为是废能(waste energy)的冷却流体的热量用作热泵的输入。热泵利用冷却流体中的废能来升高在局部供热系统中使用的供热流体的温度，以便为建筑物提供舒适性供热和/或用于加热自来水。这提供了有利的效果，即可以降低热泵的能量消耗和尺寸负载(dimensioned load)。另外，在某种程度上或在某些情况下，提供或接入区域供热网可能是多余的。从经济角度来看，这降低了运营建筑物的总体能源成本，以及建筑物及其设备的总体投资。从而，本发明为未来的工程项目提供了环境和财务上可持续的解决方案。
根据下面给出的详细描述，本发明的进一步适用范围将变得显而易见。然而，应理解的是，详细描述和具体实例在表示本发明的优选实施例的同时，仅以示意的方式给出，这是由于根据该详细描述，本发明的范围内的各种变化和修改对本领域的技术人员将变得显而易见。
根据第二方面，提出了一种用于控制从区域冷却网热量输出的方法。所述区域冷却网用于满足舒适性冷却需求。所述区域冷却网包括：供给管道，其传送冷却流体的来流，所述来流为水、防冻液或其混合物的形式，所述冷却流体的来流具有在4至12℃范围内的第一温度；返回管道，其传送所述冷却流体的回流，所述冷却流体的回流具有第二温度，所述第二温度高于所述第一温度，所述第二温度在10至18℃的范围内；区域冷却设备，其将从所述返回管道进入的冷却流体从所述第二温度冷却到所述第一温度；以及多个耗冷装置，每个耗冷装置构造为消耗进入该耗冷装置的冷却流体的冷量，并且因此加热所述冷却流体，被加热的冷却流体返回到所述返回管道，其中，通过在所述供给管道与所述返回管道之间的压力差使所述冷却流体在所述区域冷却网中循环，所述供给管道中的压力高于所述返回管道中的压力，其中，所述热量输出经由热泵实施，所述热泵具有连接至所述区域冷却网的所述返回管道的入口以及连接至所述区域冷却网的所述供给管道的出口。所述方法包括：控制布置在所述热泵的所述入口或所述出口中的泵，以调节流过所述热泵的冷却流体的流量。
所述方法还可以包括：确定与所述热泵的所述出口中的所述冷却流体的温度有关的数据，其中，控制所述泵的行为包括基于与所述热泵的所述出口中的所述冷却流体的温度有关的数据来控制所述泵。
所述热泵可以连接至散热器。在这种情况下，所述方法还可以包括：确定与所述散热器的热需求有关的数据，其中，控制所述泵的行为包括基于与所述散热器的热需求有关的数据来控制所述泵。
因此，应理解的是，本发明不限于所描述的装置的特定构件部分或所描述的方法的步骤，因为这种装置和方法可以变化。还应理解的是，本文所用的术语仅用于描述特定实施例的目的，而不用于限定。应注意的是，在说明书和所附权利要求书中使用的“一”、“一个”、“一种”和“所述”旨在表示一个或多个元件，除非上下文另有清楚的指示。因此，例如，“一个单元”或“所述单元”的指代对象可以包括数个装置等或类似物。此外，词汇“包括”、“包含”、“含有”以及类似的词汇不排除其它元件或步骤。
附图说明
现在，将参考示出本发明的实施例的附图更加详细地描述本发明的这些和其它方面。提供附图是为了示出本发明的实施例的基本结构。相同的附图标记始终表示相同的元件。
图1是与均具有局部冷却系统的各建筑物相互作用的现有技术的区域冷却网的示意图。
图2是本发明的供热系统的示意图。
具体实施方式
现在，在下文中将参考示出本发明的当前优选实施例的附图更加充分地描述本发明。然而，本发明能够以许多不同形式体现，并且不应解释为被限制于在本文中所列举的实施例；相反，提供这些实施例以便对于技术人员来说，本发明是彻底和完全的，并且充分地表达本发明的范围。
将从图1开始，讨论与具有局部冷却系统的建筑物相互作用的区域冷却网的总体设计。
从图1开始，这种区域冷却网1在本领域中是公知的并且由一个或多个液压网络(未公开)形成，液压网络将冷却流体输送到布置在建筑物2中的局部冷却系统3，建筑物2诸如为办公建筑物、商业楼宇、住宅和需要冷却的工厂等。典型的区域冷却网1包括冷却冷却流体的区域冷却设备4。区域冷却设备可以例如是使用湖水的发电站。被冷却的冷却流体经由形成管道网络6的一部分的供给管道5输送到布置在建筑物2中的局部分布式耗冷装置7。不言而喻的是，同一建筑物2可包括若干个耗冷装置7。耗冷装置7的实例为空调和冰箱。
当在耗冷装置7中消耗被冷却的冷却流体的冷量时，冷却流体的温度升高，并且由此被加热的冷却流体经由形成管道网络6的一部分的返回管道8返回到区域冷却设备4。
区域冷却网1用于满足舒适性冷却需求。供给管道5中的冷却流体的温度通常在4至12℃之间。返回管道8中的返回温度通常在10至18℃之间。
液压网络的供给管道和返回管道之间的驱动压力差总是产生所谓的“压力锥”，由此供给管道5中的压力高于返回管道8中的压力。该压力差使冷却流体在区域冷却设备和耗冷设备之间的液压网络中循环。
区域冷却网1中使用的管道通常是塑料非绝热管道，其设计用于0.6或1MPa的最大压力和约50℃的最大温度。另外，冷却流体(并且由此，能量载体)通常是水，但应理解，可以使用其它流体或流体混合物。一些非限制性实例为氨、防冻液(诸如二醇等)、油和乙醇。混合物的非限制性实例是加有诸如乙二醇等防冻剂的水。根据现有技术，返回的冷却流体的能含量(energy content)被认为是废能。
现在参考图2，其示意性地披露了本发明的供热系统100。在供热系统100最广泛的意义上，供热系统100包括区域冷却网1、建筑物2的局部供热系统200和热泵10。区域冷却网1的设计与先前参照图1描述的设计相同，并且为了避免不必要的重复，采用了上文描述区域冷却网1的部分所用的附图标记。
局部供热系统200是使用循环供热流体(诸如水等)的供热系统，但是应该理解，可以使用其它流体或流体的混合物。一些非限制性实例为氨、防冻液(诸如二醇等)、油和乙醇。混合物的非限制性实例是加有诸如乙二醇等防冻剂的水。局部供热系统包括散热器12。散热器12在本领域中为已知的。例如，散热器12可以用于为诸如办公建筑物、商业楼宇、住宅和工厂等建筑物提供舒适性供暖，和/或加热自来水。典型的散热器12的实例是液压散热器系统、液压地板供热系统、具有液压加热线圈的空气对流器、以及具有布置在通风系统供气管道中的液压加热线圈的加热电池。不言而喻的是，同一建筑物2可包括多个散热器12。
散热器12经由热泵10连接到区域冷却网1。这样的热泵10在本领域中是公知的。热泵10包括闭合回路13，在闭合回路13中盐水(brine)在第一热交换器14和第二热交换器15之间循环。第一热交换器14具有入口10a和出口10b，热泵10经由入口10a和出口10b连接到第一回路13a，第一回路13a使第一流体(在这种情况下是区域冷却网1的冷却流体)循环流动。同样地，第二热交换器15具有入口和出口，热泵10经由该入口和出口连接到第二回路13b，第二回路13b使第二流体(在这种情况下是区域供热系统200的供热流体)循环流动。在循环期间，在盐水与第一回路13a和第二回路13b中循环的流体之间分别发生热传递。
在本文中，术语“热泵的入口10a”应解释为第一回路13a中的入口，热泵10经由该入口供应区域冷却网1的冷却流体。在本文中，术语“热泵的出口10b”应解释为第一回路13a中的出口，热泵10经由该出口使冷却流体返回到区域冷却网1。
局部供热系统200还可以包括泵16。泵16构造成克服返回管道8和供给管道5之间的压力差。泵16还构造成调节流过热泵10的冷却流体的流。通过调节通过热泵的冷却流体的流，并且同时可选地控制热泵的运行，可以控制返回到供给管道5的冷却流体的温度。泵16可以由控制器17控制。控制器17可以基于与散热器12的加热需求有关的数据和/或与热泵10的出口10b中的冷却流体的温度有关的数据来控制泵16。可以通过连接到散热器12的热需求传感器18来确定与散热器12的加热需求有关的数据。可以通过连接到热泵10的出口10b的温度传感器T1来确定与热泵10的出口10b中的冷却流体的温度有关的数据。在图2所示的实施例中，泵16布置在热泵10的入口10a中。然而，作为替代，泵16可以布置在热泵10的出口10b中。
本发明存在一个令人惊讶的发现，即，使用区域冷却网1的返回管道8中的可利用的废能作为建筑物2的供热源，无论是用于舒适性供热还是加热自来水。更确切地说，热泵10的入口10a连接到区域冷却网的返回管道8。因此，返回管道8中的冷却流体的热能(根据现有技术，该热能被认为是废能)被用作热泵10的输入。返回管道8中的冷却流体通常具有10至18℃范围内的温度。
热泵10的出口10b连接到区域冷却网1的供给管道5。因此，作为热泵10的输出而被输送的冷却流体被供应到局部区域冷却网1的供给管道5，并且在供给管道5中与被冷却的冷却流体流混合。取决于热泵10的设定，离开热泵10的冷却流体的温度通常在4至12℃的范围内，即，在落入供给管道5中的冷却流体的温度范围内。与通过供给管道5的流量相比，经由热泵10循环的流量可以是较小的，由此，就供给管道5中的冷却流体的热量而言可以忽略两个流之间的任何温度差。
本发明为未来的工程项目提供了环境和财务上可持续的解决方案。本发明允许区域冷却网的现有基础设施不仅用于冷却而且用于供热。在本发明的供热系统中，将在区域冷却网的返回管道中可获取的、根据现有技术被认为是废能的热能用作形成局部供热系统的一部分的热泵的输入。由此向热泵供应预热的流体，因此可以降低热泵的能量消耗。这降低了运营建筑物的总体能源成本，以及建筑物的总体投资。降低的投资成本在于可以降低热泵所需的设计容量。同样，可以延长热泵的预期寿命。
通过对附图、公开内容和所附权利要求书的研究，技术人员在实施所要求保护的本发明时能够理解和实现所披露的实施例的变型。

Claims (11)

1.一种供热系统(100)，包括：
区域冷却网(1)，其用于满足舒适性冷却需求，所述区域冷却网(1)具有：
供给管道(5)，其传送冷却流体的来流，所述冷却流体的来流为水、防冻液或其混合物的形式，所述冷却流体的来流具有在4至12℃范围内的第一温度；
返回管道(8)，其传送所述冷却流体的回流，所述冷却流体的回流具有第二温度，所述第二温度高于所述第一温度，所述第二温度在10至18℃的范围内；
区域冷却设备(4)，其将从所述返回管道(8)进入的冷却流体从所述第二温度冷却到所述第一温度；以及
多个耗冷装置(7)，每个耗冷装置构造为消耗进入该耗冷装置(7)的冷却流体的冷量，并且因此加热所述冷却流体，被加热的冷却流体返回到所述返回管道(8)，
其中，通过在所述供给管道(5)与所述返回管道(8)之间的压力差使所述冷却流体在所述区域冷却网中循环，所述供给管道(5)中的压力高于所述返回管道(8)中的压力；
建筑物(2)的局部供热系统(200)，其构造为加热所述建筑物和/或加热用于所述建筑物的自来水，所述建筑物(2)的所述局部供热系统(200)包括：
热泵(10)，其具有连接至所述区域冷却网(1)的所述返回管道(8)的入口(10a)以及连接至所述区域冷却网(1)的所述供给管道(5)的出口(10b)；以及
泵(16)，其布置在所述热泵(10)的所述入口(10a)或所述出口(10b)中，并且构造为克服所述返回管道(8)与所述供给管道(5)之间的所述压力差。
2.根据权利要求1所述的供热系统(100)，其中，所述建筑物(2)的所述局部供热系统(200)还包括控制器(17)，所述控制器(17)构造为控制所述泵(16)以调节流过所述热泵(10)的冷却流体的流量。
3.根据权利要求2所述的供热系统(100)，其中，所述建筑物(2)的所述局部供热系统(200)还包括温度传感器(T1)，所述温度传感器(T1)构造为确定与所述热泵(10)的所述出口(10b)中的所述冷却流体的温度有关的数据，所述控制器(17)构造为基于与所述热泵(10)的所述出口(10b)中的所述冷却流体的所述温度有关的数据来控制所述泵(16)。
4.根据权利要求2或3所述的供热系统(100)，其中，所述建筑物(2)的所述局部供热系统(200)还包括散热器(12)和热需求传感器(18)，所述热需求传感器(18)构造为确定与所述散热器(12)的热需求有关的数据，所述控制器(17)构造为基于与所述散热器(12)的热需求有关的数据来控制所述泵(16)。
5.根据权利要求2至4中任一项所述的供热系统(100)，其中，所述控制器(17)还构造为控制所述热泵(10)的运行。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的供热系统(100)，其中，所述泵(16)布置在所述热泵(10)的所述入口(10a)中。
7.根据权利要求1至5中任一项所述的供热系统(100)，其中，所述泵(16)布置在所述热泵(10)的所述出口(10b)中。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的供热系统(100)，其中，所述供给管道和所述返回管道是塑料非绝热管道。
9.一种控制从用于满足舒适性冷却需求的区域冷却网(1)热量输出的方法，所述区域冷却网(1)包括：供给管道(5)，其传送冷却流体的来流，所述冷却流体的来流为水、防冻液或其混合物的形式，所述冷却流体的来流具有在4至12℃范围内的第一温度；返回管道(8)，其传送所述冷却流体的回流，所述冷却流体的回流具有第二温度，所述第二温度高于所述第一温度，所述第二温度在10至18℃的范围内；区域冷却设备(4)，其将从所述返回管道(8)进入的冷却流体从所述第二温度冷却到所述第一温度；以及多个耗冷装置(7)，每个耗冷装置构造为消耗进入该耗冷装置(7)的冷却流体的冷量，并且因此加热所述冷却流体，被加热的冷却流体返回到所述返回管道(8)，其中，通过在所述供给管道(5)与所述返回管道(8)之间的压力差使所述冷却流体在所述区域冷却网中循环，所述供给管道(5)中的压力高于所述返回管道(8)中的压力，其中，所述热量输出经由热泵(10)实施，所述热泵(10)具有连接至所述区域冷却网(1)的所述返回管道(8)的入口(10a)以及连接至所述区域冷却网(1)的所述供给管道(5)的出口(10b)，所述方法包括：
控制布置在所述热泵(10)的所述入口(10a)或所述出口(10b)中的泵(16)，以调节流过所述热泵(10)的冷却流体的流量。
10.根据权利要求9所述的方法，还包括：
确定与所述热泵(10)的所述出口(10b)中的所述冷却流体的温度有关的数据，
其中，控制所述泵(16)的行为包括基于与所述热泵(10)的所述出口(10b)中的所述冷却流体的温度有关的数据来控制所述泵(16)。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述热泵(10)连接至散热器(12)，所述方法还包括：
确定与所述散热器(12)的热需求有关的数据，
其中，控制所述泵(16)的行为包括基于与所述散热器(12)的热需求有关的数据来控制所述泵(16)。
CN201780040837.0A 2016-07-07 2017-06-29 供热系统 Pending CN109790983A (zh)

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