FI103149B - Menetelmä ja sovitelma jäähdytystehon ja lämmitystehon tuottamiseksi - Google Patents

Description

103149

Menetelmä ja sovitelma jäähdytystehon ja lämmitystehon tuottamiseksi

Keksinnön kohteena on menetelmä jäähdytystehon ja 5 lämmitystehon tuottamiseksi yhtä tai useampaa rakennusta varten ja sen jakamiseksi rakennuksiin putkiverkossa kiertävän nesteen avulla, jolloin jäähdytys- ja lämmitystehoa tuotetaan kaukolämpövedestä energiansa ottavan absorp-tiokoneikon tai vastaavan ja kuuman kaukolämpöveden avulla 10 ja varastoidaan absorptiokoneikkoon tai vastaavaan sovi tettuun varaajaan ja otetaan varaajasta silloin, kun jäähdytys- tai lämmitystarve on suuri. Keksinnön kohteena on edelleen sovitelma jäähdytystehon ja lämmitystehon tuottamiseksi yhtä tai useampaa rakennusta varten.

15 Rakennusten jäähdyttämiseen käytetään nykyään ylei simmin kompressorikoneikkoon perustuvia j äähdytyskoneikko-ja, jotka on hajautettu käyttöpaikoille. Kylmäteho tuotetaan niissä sähköllä. Rakennusten jäähdytyksen osuus sähkönkulutuksesta on nykyisin jo varsin merkittävä, esimer-20 kiksi Etelä-Euroopan maissa sähkönkulutuksen huippu on kesällä. Kulutus sattuu lisäksi tuotannon kannalta epäedulliseen ajankohtaan. Sähkön tuotannon yhteydessä väistämättä syntyvälle lämmölle ei ole lämpimän käyttöveden lisäksi juuri muuta käyttöä, vaan se joudutaan lauhdutta-25 maan vesistöihin esimerkiksi merivesilauhduttimilla tai ilmaan jäähdytystornien avulla.

Jäähdytystehoa pystyttäisiin tuottamaan myös sähköntuotannon jätelämmöllä ns. absorptiokoneikoissa, joista tunnetuimpia ovat litiumbromidi/vesi- ja ammoniakki-/vesi-30 koneikot. Näillä pystyttäisiin pienentämään sähkönkulutus- * ta ja siten mm. C02-päästöjä sekä saamaan nyt täysin hukkaan menevä jätelämpö hyötykäyttöön.

Esimerkkeinä tunnetusta tekniikasta voidaan mainita US-patenttijulkaisussa 4 134 273, FI-julkaisussa 56898, 35 DE-julkaisussa 31 03 955 ja julkaisussa LVI 9, 1984, 2 103149

Lindström, Energiansäästö kylmälaitoksissa kuvatut ratkaisut. US-julkaisussa 4 134 273 käytetään eri säiliöitä kylmän ja kuuman varastointiin. FI-julkaisu 56898 liittyy lämmön ja/tai kylmän tuotantoon sorptiomenetelmällä. DE-5 31 03 955 liittyy pelkästään lämmön varastointiin termoke- miallisia varaajia käyttäen silloin kun lämmöntuotanto on ajoittaista. Julkaisu LVI 9 käsittää yksinomaan kylmätekniikkaa, lämmitystä ei mainita.

Edullisimmin voitaisiin kylmän tuotanto järjestää 10 ns. kaukokylmäjärjestelmänä, jossa kylmäteho tuotettaisiin keskitetysti voimalaitoksissa ja saatettaisiin käyttäjille putkiverkolla samaan tapaan kuin kaukolämpö. Tällä olisi edullinen vaikutus mm. huoltokustannuksiin, jotka nykyisissä hajautetuissa järjestelmissä ovat korkeat, käyttö-15 varmuuteen, satunnaisten kuormitushuippujen vaikutuksen tasoittumiseen Jne.

Kaukokylmäjärjestelmien yleistymisen ovat kuitenkin estäneet korkeat investointikustannukset. Vaikka tällä tavoin tuotetun kylmän kWh-hinta onkin alhainen sähkön 20 hintaan verrattuna, jää käyttötuntimäärä liian alhaiseksi peittämään investointikustannukset niillä ilmastovyöhyk-keillä, joille kaukolämpöä kannattaa rakentaa. Niinpä esimerkiksi Suomeen ei tällaisia järjestelmiä ole rakennettu. Niitä on eniten Japanissa, Koreassa ja Yhdysvalloissa.

;· 25 FI-patenttihakemuksessa 940342 on esitetty 3-putki- järjestelmä, jolla jakeluverkon kustannuksia pystytään merkittävästi alentamaan. Lisäksi on FI-patenttihakemuksessa 940343 esitetty järjestelmä, jossa yhdistämällä läm-mönsiirrinten toiminta voidaan yksittäisissä rakennuksissa 30 pienentää investointikustannuksia huomattavasti. Edelleen ’ on FI-patenttihakemuksessa 940344 esitetty järjestelmä, jossa absorptiokoneikon tarvitsemana lauhdutusvetenä käytetään kaukolämpö-/kylmäverkon paluuvettä, jolloin voimalaitoksella ei tarvita lainkaan jäähdytystornia tai muuta 35 lauhdutinta. Em. seikka pienentää kaukokylmän tuotannon investointi- ja käyttökustannuksia.

3 103149 Näillä toimenpiteillä on mahdollista saada kauko-kylmäjärjestelmien rakentaminen kannattavaksi rakennettaessa uusia yhdyskuntia, joiden kaikki jäähdytystä tarvitsevat rakennukset liitetään verkkoon. Tällaisen raken-5 tamisen osuus on teollistuneissa maissa kuitenkin pieni ja sen osuus kaikesta rakentamisesta on vähenemässä. Pääosa työstä on nykyään olemassaolevien yhdyskuntien täydennys-ja korjausrakentamista. Tällöin ei ole mahdollista saada merkittävää osaa rakennuksista liittymään kaukokylmään 10 samanaikaisesti, jos alueelle rakennetaan verkko. Pieni liittyjämäärä ei pysty kattamaan kaukokylmäverkon ja -tuotannon investointikustannuksia ja tämä estää kaukokylmä-verkkojen rakentamisen olemassa oleviin yhdyskuntiin.

Saman tapaiseen ongelmaan on törmätty kaukolämpö-15 verkkoja rakennettaessa. Ratkaisuksi löydettiin siirrettä vät lämpökeskukset, Joissa tuotettiin lämpöä vain rajoitettua aluetta varten, jolloin jakeluverkon kustannukset jäivät pieniksi ja ne pystyttiin kattamaan heti. Kun alueita oli saatu liittymään riittävästi, rakennettiin pää-20 verkko, jolla alueet yhdistettiin voimalaitokselle. Siir rettävät lämpökeskukset siirrettiin palvelemaan uusia alueita tai jätettiin toimimaan huippulämpökeskuksina. Jos samaa ajattelutapaa yritetään soveltaa kaukokylmän rakentamiseen, törmätään vaikeuksiin. Pääverkon rakentamiskus-· 25 tannukset tosin jäävät pois, mutta paluuveden käyttö lauh- dutusvetenä ei ole mahdollista. Olisi siis käytettävä jäähdytystorneja, pohjavettä tms. Esimerkiksi jäähdytys-tornien sijoittaminen kaupunkialueille on useimmiten mahdotonta arkkitehtonisista syistä, tilan puutteen takia 30 jne.

’ Edellä esitettyjä, absorptiokoneikkoihin perustuvia laitoksia on kuitenkin jonkin verran rakennettu ja tällaiset järjestelmät ovat teknisesti toimivia, mutta niiden kilpailukyky kompressori jäähdytyksen kanssa on kyseenalai-35 nen ja sitä huonompi mitä pienemmäksi käyttötuntimäärä 4 103149 jää, ts. lauhkean ja kylmän ilmaston alueilla, joilla toisaalta kaukolämpöverkot ovat yleisiä. Tämä johtuu siitä, että absorptiolämpöpumpun, jäähdytystornin ja jakeluverkon investointikustannukset ovat huomattavasti suuremmat kuin 5 vastaavan kompressorikoneikon kustannukset. Vaikka käyttö- energia eli lämpö olisi lähes ilmaista ja kompressorikoneikon käyttämä sähkö kallista, ei käyttökustannusten pieneneminen pysty kattamaan investointikustannuseroa, jos käyttötuntimäärä ei ole riittävän suuri. Tilannetta pahen-10 taa se, että jäähdytystarpeessa esiintyy erittäin voimakas ja lyhytaikainen kuormitushuippu, josta keskimääräinen kuormitus jäähdytyskaudella on alle puolet. Tämä johtuu siitä, että lauhkealla ja kylmällä vyöhykkeellä mitoittava ulkolämpötila esiintyy vain muutamana päivänä vuodessa 15 muutaman iltapäivätunnin ajan. Myöskin keskimääräinen jäähdytyskuorma on lyhytaikaista. Se ei ole ympärivuorokautista kuten lämmitys, vaan rajoittuu keski- ja iltapäivän tunteihin. Kun sähkönkulutuksen huippu on kylmän ja lauhkean vyöhykkeen maissa talvella, ei korkeita inves-20 tointikustannuksia voida perustella sähkön tuotantokoneis ton investointien pienenemisellä kuten lämpimän vyöhykkeen maissa. Niinpä tällaisia laitoksia on esimerkiksi Keski-ja Pohjois-Eurooppaan rakennettu vain muutamia kokeilu- ja tutkimustarkoituksiin, vaikka ne lämpimillä alueilla ovat • 25 yleisiä.

Edellä esitetty järjestelmä on kuvattu esimerkiksi tämän hakemuksen kanssa samanaikaisesti jätetyssä FI-patenttihakemuksessa 954949, jossa on esitetty myös järjes-tely, jolla investointikustannuksia pystytään olennaisesti 30 pienentämään ja samalla parantamaan laitoksen käyttövar- muutta aiempiin sovellutuksiin verrattuna. Em. edut on saatu aikaan leikkaamalla huippukuormitus rakennuksen il-mastointikoneisiin sijoitetulla evaporatiivisella jäähdytyksellä ja tasaamalla kulutuksen vuorokausivaihtelu va-35 rustamalla järjestelmä varaajalla, josta kulutushuipun 103149 5 aikana päivällä puretaan tehoa, joka on ladattu varaajaan yöllä, tai muulloin kun kulutusta ei ole tai se on pieni.

Evaporatiivinen jäähdytys ja varsinkin varaaja aiheuttavat tietenkin lisäkustannuksia, jotka kuitenkin ovat 5 huomattavasti pienempiä kuin absorptiolämpöpumpun, suihku- tornin, putkiston ym. pienenemisen ansiosta saavutettavat säästöt. Ne huonontavat kuitenkin järjestelmän kilpailukykyä kompressorijäähdytykseen verrattuna.

Edellä esitetyn FI-patenttihakemuksen mukainen jär-10 jestelmä korvaa kesällä sähkön käyttöä jätelämmöllä, joka kesällä muuten menee lähes kokonaan hukkaan ja tasaa sen käytön ympärivuorokautiseksi. Tämä parantaa koko energiatuotannon taloudellisuutta. Kaukolämpöverkon ja lämmöntuotannon investoinnit määräytyvät kuitenkin talviajan läm-15 mönkulutuksen perusteella.

Lämmöntuotannon ja - jakelun investointikustannukset määräytyvät huippukulutuksen perusteella, joka ensi sijassa riippuu ulkolämpötilasta. Mitoittava ulkolämpötila esiintyy kuitenkin verrattain harvoin. Esimerkiksi Helsin-20 gin mitoituslämpötila on -26 °C. Tätä lämpötilaa esiintyy kuitenkin koko vuodessa keskimäärin alle 18 tunnin ajan. Vastaavasti -20 °C tai sitä alempi lämpötila esiintyy keskimäärin noin 88 tunnin ajan, kun koko lämmityskauden pituus on rakennuksesta riippuen 5000 - 6500 tuntia. Tilanne ' 25 on siten hyvin samanlainen kuin kesällä. Lämpötilan pysy- vyyskäyrässä on lyhytaikainen korkea huippuarvo.

Lämmöntuotannon ja -jakelun kannalta tilannetta pahentaa kulutuksen vuorokausivaihtelu. Rakennuskannasta noin puolet on sellaisia rakennuksia, jotka eivät ole käy-30 tössä muulloin kuin työaikana. Tällaisten rakennusten il manvaihto yleensä pysäytetään tai säädetään hyvin pieneksi iltaisin ja viikonloppuina. Kun ilmanvaihdon osuus rakennusten lämmönkulutuksesta on keskimäärin suunnilleen puolet, vaihtelee vuorokautinen lämmönkulutus näissä raken-35 nuksissa jatkuvasti 50 %:n ja 100 %:n välillä. Tämä kas- 6 103149 vattaa edelleen lämmön keskimääräisen ja huippukulutuksen eroa. Usein myös tällaisen rakennuksen sisälämpötilaa alennetaan silloin kun rakennus ei ole käytössä mikä edelleen pahentaa tilannetta.

5 Vasta viime vuosina on havaittu, että rakennuksissa suoritetut energiansäästötoimenpiteet ovat edelleen pahentaneet tilannetta. On käynyt niin, että lämmön vuosikulu-tus on viimeisten 20 vuoden aikana laskenut voimakkaasti.

Sen sijaan huippukulutus ei ole laskenut läheskään yhtä 10 paljon. Syitä on useampia. Ehkä tärkein syy on se, että lämmön talteenottoa poistoilmasta ei pystytä käyttämään täydellä teholla huippukuormituksen aikana jäätymisvaaran takia. Toinen tärkeä syy on sisälämpötilan alentaminen kun rakennukset eivät ole käytössä.

15 Lämmöntuotannon Ja -jakelun kannalta tilanne on vaikea. Lämpövoimala ja jakeluverkko olisi mitoitettava huippukulutuksen mukaan, mutta niiden keskimääräinen käyttöaste jäisi suunnilleen 25 - 35 %:iin. Tilanne on lisäksi jatkuvasti huononemassa.

20 Käytännössä kallista voimalaa ja jakeluverkkoa ei mitoiteta huippukuormituksen mukaan vaan huomattavasti pienemmälle teholle. Lämmönkulutuksen huipputeho tuotetaan eri puolille jakeluverkkoa rakennetuissa huippulämpökes-kuksissa, joiden osuus kokonaislämpötehosta voi olla huo-25 mättävä. Esimerkiksi Helsingissä huippulämpökeskusten käyttöaste on alhainen, pahimmillaan käyttöaika on vain joitakin kymmeniä tunteja vuodessa. Niissä tuotetun lämmön yksikköhinta on erittäin korkea suurten investointikustannusten takia.

30 Keksinnön mukaisella järjestelyllä pystytään tasaa- maan lämmönkulutuksen vuorokausivaihtelu niin, että järjestelmään kytketyt rakennukset eivät kuluta lämpöä kaukolämpöverkosta lainkaan tai saattavat eräissä tapauksissa jopa pystyä syöttämään kaukolämpöverkkoon tehoa silloin, 35 kun muissa rakennuksissa on huippukulutus. Vastaavasti ne 103149 7 ottavat verkosta kaiken tarvitsemansa lämpöenergian silloin kun muissa rakennuksissa kulutus on pieni. Keksintö korvaa siten huippulämpökeskuksia ja pienentää investointitarvetta. Energiantuotannon kokonaishyötysuhde nousee, 5 kun nykyistä suurempi osa energiasta voidaan tuottaa läm- pövoimaloissa huippulämpökeskusten sijasta.

Keksinnössä käytetään hyväksi kylmän tuottamiseen käytettävää laitteistoa, jota on kuvattu samanaikaisesti jätetyssä FI-patenttihakemuksessa 954949. Osaa kylmän 10 tuottamiseen käytetyistä laitteista voidaan siten käyttää myös talvella ja saada laitteiden käyttötuntimäärä kasvamaan monikymmenkertaiseksi. Jos investointikustannus jaetaan lämmön- ja kylmäntuotannon kesken käyttötuntimäärien, tuotettujen energiamäärien tai jonkun muun johdonmukaisen 15 tekijän perusteella, saadaan sekä lämmön että varsinkin kylmän kokonaiskustannuksia pienennettyä huomattavasti ja kylmän tuotanto paremmin kilpailukykyiseksi kompressori-jäähdytyksen kanssa.

Keksintö perustuu siihen yksinkertaiseen oivalluk-20 seen, että FI-patenttihakemuksen 954949 mukaiseen lait teistoon sisältyvää jäähdytysvesivaraajaa voidaan käyttää kuumavesivaraajana talvella, jolloin jäähdytysvettä ei tarvita. Keksinnön mukainen menetelmä on tunnettu siitä, että samaa varaajaa käytetään sekä lämmitys- että jäähdy-25 tystehon varastointiin. Keksinnön mukainen sovitelma on puolestaan tunnettu siitä, että sama varaaja on sovitettu käytettäväksi sekä lämmitys- että jäähdytystehon varastointiin.

Varaaja voidaan siis ladata täyteen kuumaa vettä 30 yöllä, kun kaukolämpöverkoston kuormitus on pieni, ja ot- taa kaikki rakennuksen tarvitsema lämpö varaajasta päivällä kun verkon kuormitus on suuri. Jos 40 % rakennuksista on varustettu tällaisella laitteistolla, saadaan vuorokautinen kuormitusvaihtelu täysin tasattua. Esimerkiksi 35 nykyaikaisessa konttoritalossa j äähdy tystehon maksimi tarve 8 103149 on n. 60 W/rakennus-m2. FI-patenttihakemuksen 954949 mukaisessa järjestelmässä jäähdytysenergian tarpeesta katetaan varaajalla vähintään 30 %, eli keskimäärin kulutuksesta 18 W/rakennus-m2. Lämmitysenergia katetaan kokonaan säiliöstä.

5 Huipputehon käyttöajaksi voidaan jäähdytyksessä ottaa 6 tuntia ja lämmityksessä 11 tuntia. Näin saataisiin varastoitavaa energiamäärää kuvaaviksi tunnusluvuiksi lämmitys-tapauksessa 880 Wh/rakennus-m2 ja jäähdytystapauksessa 108 Wh/rakennus-m2. Säiliötilavuutta kuvaava tunnusluku saadaan 10 jakamalla varastoitavaa energiamäärää kuvaava tunnusluku tulo- ja menoveden lämpötilaerolla, joka tavanomaisissa laitoksissa on jäähdytystapauksissa 12 - 6 - 6 °C ja lämmi-tystapauksissa 70 - 40 - 30 °C. Tunnusluvuiksi saadaan jäähdytyksessä 18 Wh/m2 °C ja lämmityksessä 29,3 Wh/m2 °C. 15 Tavanomaiseen tapaan suunnitellussa laitoksessa lämmi tysenergian tarpeesta pystyttäisiin siten peittämään vain noin 60 %, jos mitoitus perustuu jäähdytysenergian tarpeeseen. Tilanne paranee olennaisesti kun oivalletaan, että kaukolämpövedellä, jonka tulolämpötila mitoitustilanteessa 20 on 115 °C, pystytään varastoitava vesi lämmittämään olen naisesti korkeampaan lämpötilaan suunnittelemalla kauko-lämpöveron ja talon verkon välinen lämmönslirrin tavanomaisesta poikkeavasti, esimerkiksi siten, että varastoitavan veden lämpötila on 100 °C. Talon kiertovesiverkon 25 menoveden lämpötila voidaan saada sopivaksi sinänsä tunne tuilla shunttikytkennöillä esimerkiksi sekoittamalla 2-tai 3-tieventtiilillä kiertoveteen sopiva määrä säiliön kuumaa vettä. Lämpötilaero on tällöin 100 -40-60 °C ja säiliön tilavuutta kuvaava tunnusluku lämmitystilanteessa 30 14,7 Wh/m2 °C. Lämmitystilannetta varten tarvittaisiin siis vain 80 % säiliötilavuudesta, joka on mitoitettu jäähdytykselle riittävästi. Tätä energiareserviä pystytään käyttämään hyväksi, jos talon kiertoveden sijasta varas-toidaankin kaukolämpövettä, josta lämpö siirretään talon 35 kiertovesipiiriin lämmönsiirtimellä. Jos tätä käytetään 103149 9 esimerkiksi katkaisemaan ns. maanantai-aamupiikistä 3 tunnin ajan 25 %, voidaan lyhyellä tarkastelulla todeta ener-giareservin riittävän noin kolmelle sellaiselle talolle, joiden kulutus on sama kuin talon, jota varten varaaja 5 suunnitellaan. Menetelmällä on kuitenkin se heikkous, että säiliö on suunniteltava täyttämään kaukolämpöverkon paine-, lämpötila ym. vaatimukset. Lisäksi talon jäähdytysvesi ja kaukolämpövesi sekoittuvat kun siirrytään jäähdytys-tilanteeseen/-tilanteesta. Vielä edullisempi ratkaisu saa-10 daan aikaan jos talon ilmastointikoneet varustetaan FI- kuulutusjulkaisun 92867 mukaisella lämmönsiirtopiirillä ja talon lämmitys- ja ilmastointijärjestelmien lämmönsiirto kytketään sarjaan FI-kuulutusjulkaisussa 94173 esitetyllä tavalla. Talon kiertovesipiirien lämpötilaerot kasvavat 15 julkaisuissa esitetyistä syistä niin, että lämmitystilan- teessa lämpötilaero on 100 -15-85 °C ja jäähdytystilan-teessa 20 - 6 = 14 °C. Säiliötilavuutta kuvaavat tunnusluvut ovat tällöin lämmitystilanteessa 8,0 Wh/m2 °C ja jäähdy-tystilanteessa 7,8 Wh/m2 °C, siis alle puolet normaalilla 20 LVI-tekniikalla suunnitellun säiliön tilavuudesta.

Keksintöä ryhdytään selvittämään seuraavassa tarkemmin oheisessa piirustuksessa kuvattujen edullisten sovellutusesimerkkien avulla, jolloin kuvio 1 esittää periaatteellisena kaaviokuvana kek-. 25 sinnön mukaisen sovitelman ensimmäistä sovellutusmuotoa, kuvio 2 esittää periaatteellisena kaaviokuvana keksinnön mukaisen sovitelman toista sovellutusmuotoa ja kuvio 3 esittää periaatteellisena kaaviokuvana keksinnön mukaisen sovitelman kolmatta sovellutusmuotoa.

30 Kuvioissa 1 - 3 on esitetty keksinnön mukaisen ko- : konaisjärjestelmän kolme erilaista sovellutusmuotoa. Jääh- dytysvaiheen osalta em. sovellutusmuotojen toiminta vastaa aiemmin mainitussa, samanaikaisesti jätetyssä FI-patenttihakemuksessa 954949 kuvatun järjestelmän toimintaa, jota 35 ei tässä yhteydessä toisteta, vaan viitataan em. patentti hakemuksen sisältöön.

103149 10

Kuviossa 1 on esitetty kaukolämpöverkko liitäntä-putkineen viitenumeroilla 1-4, absorptiolämpöpumppu apulaitteineen ja putkistoineen viitenumeroilla 5-16. Lämmitysjärjestelmä on kuvattu periaatteellisesti viitenume-5 rolla 17 ja ilmastointikoneen lämmönsiirtopiiri viitenume roilla 18 - 25. Varaaja liityntäputkineen on kuvattu viitenumeroilla 26 - 28, jäähdytyskäyttöön tarvittava putkisto viitenumeroilla 29 - 33 sekä evaporatiivista jäähdytystä kuvaava kostutusosa viitenumerolla 34. Lämmityskäyttöä 10 varten tarvittavat lisävarusteet on esitetty viitenume roilla 35, 36 jne.

Kuvion 1 mukainen järjestelmä toimii jäähdytyskäy-tössä samoin kuin samanaikaisesti jätetyssä FI-patenttihakemuksessa 954949 kuvattu järjestelmä kuten edellä on to-15 dettu. Kuvion 1 mukainen järjestelmä toimii lämmityskäy- tössä periaatteellisesti seuraavalla tavalla. Absorp-tiokoneikko apulaitteineen 5 - 16 on pysäytetty ja suljettu pois kiertovesijärjestelmistä venttiileillä 7, 44 ja 45. Päivällä ja muulloinkin huippukuormituksen aikana, kun 20 lämpötehoa ei oteta kaukolämpöverkosta 1-4, venttiilit 35, 36, 41 ja 42 ovat suljettuina ja pumppu 40 pysäytettynä, ts. talon lämmitysjärjestelmä on kytketty irti kaukolämpöverkosta. Lämmitysteho otetaan varaajasta 26 putken 27 kautta. 3-tieventtiili 46 on asennossa, jossa virtaus-25 tiet putkiin 27 ja 33 ovat auki ja virtaustie putkeen 28 suljettuna. Ilmastointikone 18 - 25 on käynnissä ja sen pumppu 20 ottaa putkesta 33 kuumaa vettä ilmastointikoneen lämmönsiirtimelle 25 tarvittavan määrän, jota säädetään 3-tieventtiilillä 18. Pumppu 20 palauttaa jäähtyneen veden 30 putkien 32 ja 28 sekä 3-tieventtiilin 47 kautta varaajal- le. Vastaavalla tavalla talon lämmitysjärjestelmään 17 sisältyvä pumppu/pumput ottaa/ottavat kuumaa vettä putkesta 33 ja palauttaa/palauttavat jäähtyneen veden putken 32 kautta varaajalle 26. Kolmitieventtiili 47 on asennossa, 35 jossa virtaustie putkeen 27 on suljettu ja virtaustiet putkiin 28 ja 32 auki.

11 103149

On selvää, että edellä esitetty sovellutus on ainoastaan esimerkki siitä, miten keksinnön periaatetta voidaan toteuttaa. Selvyyden vuoksi kuviossa 1 on esitetty vain yksi ilmastointikone 18 - 25 ja lämmitysjärjestelmä 5 17, vaikka niitä käytännössä on useimmiten useita, vieläpä useissa rakennuksissa. Rakennuksen sisäisistä kytkennöistä on esimerkinomaisesti esitetty ilmastointikoneen yksi mahdollinen kytkentä eräälle ilmastointikonetyypille. Yleisempää on esimerkiksi se, että lämmönsiirrintä 23 ei ole, 10 vaan kuuma vesi johdetaan suoraan ilmastointikoneen lämmi- tyspatterille. Lämmitysjärjestelmää ei ole esitetty yksityiskohtaisesti, koska erilaiset lämmitystavat kuten radi-aattorilänunitys, lattialämmitys jne. ovat kaikki mahdollisia. On myös mahdollista, ettei erillistä lämmitysjärjes-15 telmää kuumalla vedellä ole esimerkiksi ilmalämmitysta- loissa. Kaikki nämä tavanomaista tekniikkaa soveltavat ratkaisut kuuluvat luonnollisesti keksinnön piiriin.

Kuviossa 1 on esitetty vain yksi varaaja. Varaajia voi tietysti olla myös kaksi tai useampia edullisimmin 20 sarjaan mutta myös rinnan kytkettyä. Putkikytkennät voi daan tehdä monella tavalla sinänsä tunnettua tekniikkaa käyttäen.

Kun kaukolämpöverkon 1-4 kuormitus pienenee yleensä siitä syystä, että ilmastointikoneet 18 - 25 py-25 säytetään suuressa määrässä rakennuksia, varaajaa 26 ale taan ladata. Ilmastointikoneiden pysäyttäminen ei tarkoita sitä, että esimerkiksi kuvion 1 kone pysäytetään kokonaan. Puhaltimet 48 ja 49 pysäytetään ja tuloilmapellit, joita ei ole esitetty kuviossa 1 suljetaan. Pumput 24 ja 20 jä-30 tetään tavallisesti pyörimään, usein pienennetyllä no- • « peudella ja venttiili 18 sulkee kuuman veden oton putkesta 33 lähes kokonaan.

Lämmönsiirrin 39 kytketään varaajaan 26 avaamalla venttiilit 42 ja 41 sekä kaukolämpöverkkoon 1-4 avaamal-35 la venttiilit 35 ja 36 ja pumppu 40 käynnistetään. Kauko- 103149 12 lämpövesi alkaa virrata putkesta 2 venttiilin 36 ja putken 38 kautta lämmönsiirtimelle 39, jossa se jäähtyy ja palaa putken 37 ja venttiilin 35 kautta paluuputkeen 4. Vesivirta säädetään sopivaksi venttiilillä 35 tai 36. Lämmönsiir-5 rin 39 voidaan myös varustaa omalla pumpulla ja 3- tai 2- tieventtiilillä samaan tapaan kuin ilmastointikoneessa 18 - 25.

Pumppu 40 imee jäähtynyttä vettä venttiilin 42 kautta putkesta 33, johon sitä tulee sekä putken 28 kautta 10 varaajalta 26 että rakennuksen lämmitysjärjestelmästä 17, joka on koko ajan toiminnassa. Pumpulta 40 vesi virtaa putken 43 kautta siirtimelle 39, jossa se kuumenee ja virtaa osittain venttiilin 41 kautta varaajaan 26 ja osittain putken 27, venttiilin 46 ja putken 33 kautta lämmitysjär-15 jestelmään.

Koska lämmönsiirtimen 39 on pystyttävä sekä hoitamaan rakennuksen lämmitys että lataamaan varaajaa 26 samanaikaisesti, on sen tehon oltava riittävä. Yleensä riittää, jos vaihtimen vesipiiri 39 - 43 mitoitetaan vesivir-20 ralle, jonka suuruus on ilmastoinnin vesivirta + kaksi kertaa lämmityksen vesivirta mitoitustilanteessa.

Kuvion 1 kytkentä on ainoastaan esimerkki keksinnön toteutuksesta. On esimerkiksi mahdollista, että varaaja 26 voidaan varustaa kaksilla liitännöillä ja liittää lämmön-25 siirtopiiri 39 - 43 suoraan varaajaan eikä putkiin 27 ja 28. Jos esimerkiksi lämmitysjärjestelmää 17 ei ole ja rakennuksen lämmitys hoidetaan ilmastointikoneilla 18 - 25, puhaltimia 48 ja 49 ei pysäytetä vaan siirrytään palautus-ilmakäyttöön, ts. ulkoilman sijasta lämmitetään rakennuk-30 sen poistoilmaa, joka imetään puhaltimella 49 rakennukses- 9 · ta ja palautetaan puhaltimella 48 sinne takaisin. Käytännössä tämä tapahtuu sulkemalla ulkoilmapellit ja avaamalla palautusilmapelti, joita ei ole esitetty kuviossa 1. Venttiili 18 säätää putkesta 33 otettavan vesivirran vastaa-35 maan pienentynyttä tehoa.

103149 13

Kuten havaitaan, keksinnön perusajatusta voidaan soveltaa monenlaisina kytkentöinä monenlaisten ilmastointi- ja lämmitysjärjestelmien yhteydessä. Kaikki nämä tunnetun tekniikan sovellutukset kuuluvat tietysti keksinnön 5 piiriin.

Kuviossa 2 on esitetty keksinnön toinen sovellutus-muoto. Tässä sovellutusmuodossa varaaja 26 on yhdistetty suoraan kaukolämpöverkkoon 1-4 putkilla ja venttiileillä 35 - 38. Lämmitystä varten on lämmönsiirtopiiri 50 - 53, 10 jossa rakennuksen lämmönjakopiirissä 54 - 57 kiertävä vesi lämmitetään. Lämmönsiirtopiiri 50 - 53 ja lämmönjakopiiri 54 - 57 ovat käynnissä aina, kun lämmöntarvetta on. Varaaja ladataan yksinkertaisesti avaamalla venttiilit 35 ja 36. Lämmönsiirtopiirin 50 - 53 säätö on jätetty selvyyden 15 vuoksi pois kuviosta 2. Muilta osin merkinnät ja toiminta vastaavat kuvion 1 esimerkkiä.

Järjestelmässä on se heikkous, että kun siirryttäessä jäähdytyskaudelle venttiilit 36 ja 35 suljetaan, venttiilit 28 ja 45 avataan sekä venttiileillä 47 ja 46 20 suljetaan lämmönjakopiiri 54 - 57 pois käytöstä, varaajaan 26 jää kaukolämpövettä, joka alkaa kiertää absorptioko-neikon kiertovesipiirissä. Toisaalta tästä järjestelmästä voidaan syöttää tehoa kaukolämpöverkkoon 1-4 avaamalla venttiileillä 58 ja 59 ohitusputki 61 kaukolämpöverkkoon, 25 johon pumpulla 60 voidaan syöttää kuumaa vettä varaajasta 26.

Kuviossa 3 on esitetty erityisen edullinen keksinnön sovellutusmuoto, jossa varaajalta 26 putkien 27 ja 33 kautta tuleva vesi kulkee ensin rakennuksen lämmitysjär-30 jestelmän 17 läpi ja sitten paluuvesi johdetaan putkella I « ' 62 ilmastointikoneille 18 - 25, joilta se palaa varaajalle 26 putken 32 kautta. Ilmastointikoneen lämmönsiirtopiiri 18 - 25 on FI-kuulutusjulkaisun 92867 mukainen. Tällöin saavutetaan suurempi lämpötilaero kuin kuvioiden 1 ja 2 35 mukaisilla sovellutuksilla ja varaajan 26 koko voidaan pienentää jopa puoleen.

„ 103149 14

Rakennuksissa voidaan tarvita jäähdytys- ja lämmitystehoa myös samanaikaisesti. Tämä on helposti järjestettävissä esimerkiksi kuvion 3 kytkennässä siten, että lämmitysjärjestelmälle 17 järjestetään ohituskytkentä paluu-5 putkeen 32, ilmastointikone 18 - 25 irrotetaan lämmitys putkista 32 ja 33 esimerkiksi sulkuventtiilillä ja järjestetään ilmastointikoneilta 18 - 25 putket absorptiokonei-kolle 5 - 16, joka käynnistetään. Varaaja 26 ja lämmön-siirtopliri 39 - 43 jäävät tällöin palvelemaan lämmitystä 10 niissä rakennuksissa tai rakennuksen osissa, joissa sitä tarvitaan ja absorptiokoneikko 5 - 16 jää palvelemaan il-mastointikoneita 18 - 25, jotka hoitavat jäähdytyksen siellä, missä sitä tarvitaan.

Vastaavasti voidaan esimerkiksi kuvion 2 lämmön-15 siirtopiiri 50 - 57 sulkea irti järjestelmästä ja järjes tää ohituskytkentä suoraan kaukolämpöverkkoon 1-4. Varaaja 26 ja absorptiokoneikko 5-16 jäävät tällöin palvelemaan jäähdytystä.

Edellä esitettyjä kytkentämahdollisuuksia on käsi-20 telty laajemmin esimerkiksi FI-patenttihakemuksessa 940343, joten niitä ei käsitellä tässä yhteydessä laajemmin.

Joissain tapauksissa joudutaan absorptiokoneikkoa käyttämään jaksollisesti esimerkiksi keväisin tai syksyi-25 sin, jolloin rakennuksen jäähdytyskuorma on pieni. Edulli simmin tämä ongelma ratkeaa siten, että koneikkoa käytetään vain yöllä ja varastoidaan kylmää varaajaan 26. Päivällä absorptiokoneikko seisoo ja jäähdytys hoidetaan varaajaan varastoidulla vedellä. Tällöin ei myöskään ilmas-30 tointikoneita 18 - 25 ja 35 - 41 tarvitse käyttää, koska varastoitu vesi on 20-asteista.

On myös mahdollista käyttää apusäiliötä käyntijak-sojen välillä syntyvälle 20-asteiselle rakennuksen jäähdytysjärjestelmien paluuvedelle ja/tai käyntijakson aikana 35 syntyvälle 50 - 55 asteiselle vedelle tai molemmille. Ne 103149 15 yhdistetään sinänsä tunnetuilla putki- ja ohjauskytken-nöillä, joita voidaan varioida monella tavoin valitusta käyttöstrategiasta riippuen. Kaikki nämä sinänsä tunnetut ratkaisut kuuluvat keksinnön piiriin.

5 Edellä esitettyjä sovellutusesimerkkejä ei ole mi tenkään tarkoitettu rajoittamaan keksintöä, vaan keksintöä voidaan muunnella patenttivaatimusten puitteissa täysin vapaasti. Näin ollen on selvää, että keksinnön mukaisen sovitelman tai sen yksityiskohtien ei välttämättä tarvitse 10 olla juuri sellaisia kuin kuvioissa on esitetty, vaan muunlaisetkin ratkaisut ovat mahdollisia. Kuvioiden esimerkeissä on lähdetty siitä, että kylmäteho tuotetaan ab-sorptiokoneikolla, koska sen yhteydessä saavutettavat edut ovat suurimmat. On tietysti selvää, että keksinnön yh-15 teydessä voidaan käyttää myös muita kylmätehon tuottami seen käytettyjä koneita.

«

Claims (14)

1C 103149 16

1. Menetelmä jäähdytystehon ja lämmitystehon tuottamiseksi yhtä tai useampaa rakennusta varten ja sen jaka- 5 miseksi rakennuksiin putkiverkossa kiertävän nesteen avul la, jolloin jäähdytys- ja lämmitystehoa tuotetaan kauko-lämpövedestä energiansa ottavan absorptiokoneikon (5, 8, 9, 10) tai vastaavan ja kuuman kaukolämpöveden avulla ja varastoidaan absorptiokoneikkoon tai vastaavaan sovitet-10 tuun varaajaan ja otetaan varaajasta silloin, kun jäähdy tys- tai lämmitystarve on suuri, tunnettu siitä, että samaa varaajaa (26) käytetään sekä lämmitys- että jäähdytystehon varastointiin.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, t u n- 15. e t t u siitä, että energiaa siirtävän nesteen lämpöti la varaajassa (26) sovitetaan lämmitystilanteessa korkeammaksi ja/tai jäähdytystilanteessa alemmaksi kuin energiaa kuluttavien laitteiden vaatima nesteen lämpötila.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen menetelmä, 20 tunnettu siitä, että varaajalta (26) lähtevän nes teen lämpötila saatetaan oikealle tasolle sekoittamalla siihen energiaa kuluttavilta laitteilta palaavaa nestettä.

4. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-3 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että varaajaan 25 (26) lämmitystä varten varastoitava neste on kaukolämpö- vettä.

5. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-4 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että rakennuksen lämmitysjärjestelmän läpi virrannut neste ohjataan suurem- 30 man lämpötilamuutoksen aikaansaamiseksi kulkemaan toisessa portaassa ilmastointijärjestelmän läpi.

6. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-5 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että varaajaan (26) varastoitua nestettä tai sillä lämmitettyä kaukoläm- 35 pövettä syötetään takaisin kaukolämpöverkkoon silloin kun kaukolämpöverkon kuormitus on suuri. 17 103149

7. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 1-6 mukainen menetelmä, tunnettu siltä, että rakennusten tarvitsema jäähdytysteho otetaan päivällä varaajalta (26), johon yöllä varastoidaan kylmää nestettä.

8. Sovitelma jäähdytystehon ja lämmitystehon tuot tamiseksi yhtä tai useampaa rakennusta varten ja sen jakamiseksi rakennuksiin putkiverkossa kiertävän nesteen avulla, jolloin jäähdytys- ja lämmitysteho on sovitettu tuotettavaksi kaukolämpövedestä energiansa ottavan absorp- 10 tiokoneikon (5, 8, 9, 10) tai vastaavan ja kuuman kauko- lämpöveden avulla ja sovitettu varastoitavaksi absorp-tiokoneikkoon tai vastaavaan sovitettuun varaajaan ja sovitettu otettavaksi varaajasta silloin, kun jäähdytys- tai lämmitystarve on suuri, tunnettu siitä, että sama 15 varaaja (26) on sovitettu käytettäväksi sekä lämmitys- että jäähdytystehon varastointiin.

9. Patenttivaatimuksen 8 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että energiaa siirtävän nesteen lämpötila varaajassa (26) on sovitettu lämmitystilanteessa kor- 20 keammaksi ja/tai jäähdytystilanteessa alemmaksi kuin ener giaa kuluttavien laitteiden vaatima nesteen lämpötila.

10. Patenttivaatimuksen 8 tai 9 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että varaajalta (26) lähtevän nesteen lämpötila on sovitettu oikealle tasolle sekoittamalla _* 25 siihen energiaa kuluttavilta laitteilta palaavaa nestettä.

11. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 8-10 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että varaajaan (26) lämmitystä varten varastoitava neste on kaukolämpö-vettä .

12. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 8-11 mu kainen sovitelma, tunnettu siitä, että rakennusten lämmitysjärjestelmän läpi virrannut neste on sovitettu suuremman lämpötilamuutoksen aikaansaamiseksi kulkemaan toisessa portaassa ilmastointijärjestelmän läpi. 35 103149 18

13. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 8-12 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että varaajaan (26) varastoitua nestettä tai sillä lämmitettyä kaukoläm-pövettä on sovitettu syötettäväksi takaisin kaukolämpö- 5 verkkoon silloin kun kaukolämpöverkon kuormitus on suuri.

14. Jonkin edellisen patenttivaatimuksen 8-13 mukainen sovitelma, tunnettu siitä, että kylmää nestettä on sovitettu varastoitavaksi yöllä varaajaan (26) ja että varaaja (26) on sovitettu luovuttamaan päivällä 10 varastoitua nestettä rakennusten tehontarpeeseen. < 103149 19