JPH09507706A - 熱エネルギ分配装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 熱キャリャとなる熱エネルギであって、建物（１４）を暖房および（または）冷房するために集中的に発生した熱エネルギが１本のパイプあるいは一群のパイプ（１０）によって建物（１４）の加熱装置（１６）に分配され、対応して冷却エネルギが別のパイプあるいは別の群のパイプ（３０）により冷却装置（１５）に分配されるようにされた熱エネルギ分配装置である。コストを下げるために、冷却および加熱装置（１５，１６）から戻る熱キャリヤの温度が基本的に等しくなるように調整され、熱キャリヤは共通の戻りパイプあるいは一群の戻りパイプ（２０）によって熱発生プラントに戻るようにされている。

Description

【発明の詳細な説明】 熱エネルギ分配装置 本発明は熱キャリヤになる熱エネルギであって、建物を暖房および（または） 冷房するために集中して発生した熱エネルギが１本のパイプあるいは一群のパイ プにより該建物の加熱装置に分配されるようにされており、対応して、冷却エネ ルギが別のパイプあるいは別の群のパイプにより建物の冷却装置に分配されるよ うにされている熱エネルギ分配装置に関する。 多くの国において、一般に建物は大型の集中した加熱プラントにおいて発生し た地域暖房熱により暖房されているが、この方が各家庭にボイラを設けるよりも 安価で、かつ環境に対して害が少ない。このような大型暖房プラントにおいては 、例えば煙道ガスに含まれる不純物は合理的な費用で効果的に除去することがで きる。大型の暖房プラントにおいては、熱発生効率は小型のプラントよりも基本 的に高く、大型プラントの保守や運転費用は小型プラントのそれより少ない。 電気と熱の発生を組み合わせた場合の熱の発生費用は特に安価であり、熱は蒸 気タービンからの復水熱として得られるので、いわばコストがかからない。電力 のみを発生させるプラントにおいては、タービンから出てくる蒸気は水路あるい は特殊な凝縮塔から得られる水によって凝縮されるが、電気と熱を組み合わせて 発生させる場合は、それは加熱された状態では建物の暖房に使用される地域暖房 装置の戻り水によって凝縮される。 今日、建物は配管網を介して、加熱パワーのみならず冷却パワーを受け取る。 水は吸収式ヒートポンプ、海水冷却器等によってアンモニア圧縮プラントにおい て冷却される。冷水が供給配管を介して建物に汲み上げられ、換気空気や輻射冷 却器等を冷却し、加熱されて中央冷却プラントに戻される。このようにされる基 本的な一理由は、オゾン減損を起因する冷却剤を処理することである。 配電網における電気需要と同様、暖房や冷房の需要は建物によって変わる。当 然のことながら、エネルギを発生し、かつ伝達する装置は最大需要に従って設計 すべきであるが、これは当然非経済的である。その他の結果としては、エネルギ 発生の最大効率以下の不経済なエネルギの発生、電気と熱との間の生産比の低下 、等がある。特に問題なのは種々の短時間の負荷ピークである。例えば夏の数日 の午後に到達するピークである冷房需要や、週末低くされていた室温が事務所等 で通常の温度に戻されるような暖房期間中に発生する所謂月曜日の朝のような暖 房需要である。これらの電力需要のピークをカットするために、負荷ロードの間 、たとえ背圧パワープラントであっても、例えばガスタービンプラントにおいて 冷却水で余分の水を凝縮する必要がある。 前述の欠点は、通常エネルギ生産プラントにおいて配置される所謂熱アキュム レータである種々の蓄熱器と冷却タンクとを用いることにより排除される。例え ば冷却ロードは水タンクあるいは冷水アキュムレータにより平準化され、加熱ピ ークは数千立方メートルの容積を備えた蓄熱器等により平準化される。電気使用 時のピークもこのように、ピークの間に発生する余分の熱を貯えることにより平 準化しうる。 アキュムレータは当然大きな投資を必要とするので、それらによるピーク平準 化作用にも限度がある。発電プラントにおけるアキュムレータの経済性は、エネ ルギ伝送網はいずれにしても、ピーク負荷に従って設計する必要があるという事 実からさらに低下される。このように、エネルギ生産プラントに設置されるアキ ュムレータは広く使用されていない。 別の種類の方法は建物内に配設されたアキュムレータによって提供される。こ の種の最良の公知のアキュムレータは、夜間電力によって発生した熱を貯える高 温生水用のボイラや所謂家庭用アキュムレータである。そのようなアキュムレー タは、極めて当然のことながら建設業者がエネルギを発生させ分配する複雑なプ ロセスについての全体の作用を理解することが難しく、エネルギの生産者や分配 者に対して効果を正当化するのが困難なことから広く使用されていない。さらに 、単位熱当り必要とされる投資が大きい。 熱と冷水とを組み合わせて発生させることに対する制限は、分配網に接続され た建物において、加熱パワーと冷却パワーとが、別の建物と比較して当該建物あ るいは区域の位置、熱負荷、用途等が異なるため同時に必要とされることである 。このため、本装置は暖房用と冷房用の供給パイプと戻りパイプとを、すなわ ち全てで４本のパイプを必要とする。 当該技術分野においては、コストを低くするために数種の装置が開発された。 そのような装置の一例はフィンランド国特許願第９２１，０３４号に開示の建物 のための伝熱装置であり、本装置により、地域暖房装置における戻り水の温度が 著しく低く、必要に応じて約２０度まで低下しうる。本装置の基本概念は熱キャ リャがまず、建物を暖房するために、次に換気空気を加熱するために放熱するこ とである。 本発明の目的は、従来技術の問題を排除しうる装置を提供することである。こ の目的は、冷却および加熱装置から戻る熱キャリヤの温度が基本的に等しくなる ように調整され、かつ熱キャリヤが共通の戻りパイプあるいは一群の戻りパイプ によってエネルギ発生プラントに戻されるようにされたことを特徴とする本発明 の装置により達成される。 本発明の主な特長は、以前使用されていた４本のパイプの中１本は排除でき、 そのため従来技術よりも基本的に投資の少ないことである。１本のパイプを排除 しても従来技術の装置と比較して基本的に本装置の特性及全性能を低下させはし ない。本発明の別の利点は、ある用途に対しては、文字通り何らコストを付加す ることなく、特に熱消費のピークを平準化するために、著しく大型の熱アキュム レータを用いることができることである。さらに、本発明はまた、パイプを基本 的により小さくすることができ、そのため殆んど何らコストを付加することなく 冷却エネルギを分配するに要する配管を得ることができる。本発明の基本的概念 は、種々のエネルギレベルの配管装置からなる配管系を構成するために利用する ことができ、そのため一方の装置からの戻り液を別の装置の有効な液体として使 用することができる。全体的に本発明を適用することにより基本的に組み合わせ た装置のコストを下げ、エネルギの使用をさらに効果的とする。 本発明を、添付図面に示す実施例を参照して以下詳細に説明する。 第１図はフィンランドにおける異なる３ケ所での温度持続曲線を示し、 第２図は冷房期間中の本発明による装置の一実施例を示し、 第３図は第２図の線III−IIIに沿って視た断面図を示し、 第４図は暖房期間中の第２図に示す装置を示し、 第５図は第４図の線Ｖ−Ｖに沿って視た断面図を示し、 第６図は本発明により第２の実施例を示し、 第７図は第６図の線VII−VIIに沿って視た断面図を示し、 第８図は本発明による装置の第３の実施例を示し、 第９図は第８図の線IX−IXに沿って視た断面図を示し、 第１０図は本発明による装置の第４の実施例の断面図を示す。 実際に本発明は暖房と冷房の需要のピークが一致しないとの見解に基いている 。第１図は１９６１年から１９８０年まで行われた天候の観察に基いて作成され た、フィンランドにおける異なる三個所の外気の温度持続曲線を示す。曲線１は ヘルシンキ・ブアンタ(Helsinki-Vantaa)空港において気象研究所によって実行 され 様の測定の基いている。曲線３の方はロバニイミ(Rovaniemi)空港で実行された 測定に基いている。 暖房装置と伝熱網を設計するために使用された温度はヘルシンキにおいて−２ ６℃、ジバンスキラにおいて−３２℃、そしてロバニイミにおいて−３８℃であ る。単純にするために、建物の暖房需要が室外と室内の温度差に直接比例し、室 内温度が＋２２℃であると仮定すれば、建物の暖房需要が設計暖房需要の半分ま で低下したときを検出するのは簡単である。第１図に示す室外温度のこれらの値 は、ヘルシンキにおいて−２℃、点１ａ、ジバスキラにおいて−５℃、点２ａ、 ロバニエミにおいて−８℃、点３aである。実際には、温水は建物内で常に必要 とされるため、状況はこのように単純ではなく、全体のエネルギ消費に対する温 水の比率は建物の様式によって変わる。消費のピークは、例えば換気装置の空気 流量を低減することによりカットされる。前述の単純な仕方に基いたとしても、 建物の熱消費は外気温が＋１０℃に近づくときまでに半分以下に確実に低下する 。 外部のエネルギにより建物を冷房することの需要は可成り変動する。住宅では 冷房が必要なことは稀である。旧式の商業地域においては＋１８℃〜＋２０℃の 温度において冷房が必要となり、多数の人々が入り、かつ大量の所謂新技術を備 えた新しい建物においては、外気温が＋１２℃〜＋１６℃になると冷房が必要と される。例えば教育施設のような、ある建物は夏休みのため冷房の最大需要期に 全く使用されないか、あるいは余り使用されない。平均して、冷房は約１６℃− 第１図の線Ａと点１ｂ、２ｂおよび３ｂにおいて必要とされ、従ってこのように 推定すると、約２２℃に到るまで５０％レベルに達しない。 全体的に、暖房あるいは冷房需要が５０％を上廻る外気温の間の差は大きい− 明らかに１０℃を上廻る−ため分配網の戻りパイプは同時使用による過負荷には なりえない。分配網全体で捉えた場合、差が大きすぎるため、当該建物に対して のみ専ら暖房や冷房が必要とされない個別の建物であっても社会の全体状況を変 えうることはない。 前記はフィンランドでの温度の持続について述べたものである。同じことが建 物を暖房および冷房の双方を行う必要のある全ての気象区域においてもいえる。 第１図の点線はデンマークに関する持続曲線である。図に示す全体の特性は変わ らないことが判る。欧州の殆んどにおいて、戻りパイプのサイズを決定する決定 的な要素は暖房需要であるが、例えば、イタリヤの北部では冷房需要が決定的要 素である。 本発明の単純な基本概念は、暖房および冷房用水の戻り温度が同一となるよう に設計され、暖房および冷房用水が共通の戻りパイプを通して戻されることであ る。そのため一方の戻りパイプは省略される。 本発明による装置の作動と可能実施例を第２図から第１０図までを参照して以 下詳細に説明する。 第１図から第４図までは、設計状態では暖房および冷房パワーに対する水の流 量が均等である分配網を示す。第２図と第３図とは冷房期間の状態を示す。パイ プ１０には、温水を発生させるために、そして春や秋では建物１４を暖房するた めに用いる加熱水が流れる。パイプ３０には冷却水が流れる。パイプ２０は共通 の戻りパイプであり、一方では最大の暖房需要に対する水流を保持し、他方最大 の冷房需要に対する水流と温水を発生させるのに必要な水流を加えたものを保持 できるように設計する必要がある。冷却装置と加熱装置とは参照番号１５，１６ で示す。加熱水が枝管１０ａを介して加熱装置１６に供給され、冷却水が枝管３ ０ａを介して冷却装置１５へ供給される。加熱水は戻り枝管２０ａを介して、冷 却水は戻り枝管２０ｂを介して戻りパイプ２０ａに戻される。 温水パイプ１０と冷水パイプ３０とが同じサイズ、例えば直径が３００ミリで あるとすれば、双方のパイプ内の水流量は、許容水流速が１．２ｍ／秒であると すれば約３０５ｍ³／時である。供給される温水の温度が１０５℃であり、供給 される冷却水の温度が７℃であり、双方の水の戻り温度が２５℃であるとすれば 、最大暖房パワーは２８．４ＭＷであり、最大冷房パワーは約５．７ＭＷである 。フィンランドにおいては、冷房期間は極めて短く、冬は本当に寒いので殆んど の建物は冷房装置を有していないため、上記の事はフィンランドの都市の構造と 気象に対して適合しているようである。南部においては冷房需要は重大要素とな る。 戻りパイプ２０を設計する場合、温水に対する需要を考慮する必要があり、前 述の推定を行った冷房に対する状況が決定要因である。温水が毎日の加熱パワー の約２０％を占めるものと想定すれば、戻りパイプ内の水流量は３６６ｍ³／時 で、戻りパイプの直径は３３０ミリである。他方、全てのパイプを同じサイズと したい場合、冷却水の温度は約３．５℃で、最大冷却パワーは約４．８ＭＷであ るべきである。いずれにしても、冷却剤に対する追加のパイプは１本のみでよい 。 第４図と第５図とは前述の実施例が冬に作動する態様を示す。１００℃〜１１ ５℃の温度の水が建物１４の暖房および温水を作るために温水パイプ１０を介し て供給される。水は戻りパイプ２０を介して戻る。冷房は必要とされないので、 冷水パイプ３０は使用されない。 冷水パイプ３０が第６図に示す要領で加熱プラントの温水供給パイプ１０に分 岐弁１７によって接続され、さらに第６図に示すように別の分岐弁１８により建 物１４中の温水供給パイプ１０に接続されるとすれば、冷水供給パイプ３０は冬 期においても使用できる。例えば夜間とか週末のように消費の少ないときは冷却 水パイプ３０を温水で充たしておくことができる。次に、この水はピーク負荷を 平準化するために使用できる。 前述のように、冷水パイプ３０の直径が３００ミリであり、長さが例えば３０ ００ミリである場合、このパイプは２１２ｍ³の水を保持することができる。こ れは、温水分配網の設計上のパワーが２８．５ＭＷであり、温度差が８０℃であ る場合、３．５時間にわたって２０％の過負荷をカットするのに十分である。こ のため、可成り大型の熱アキュムレータを殆んど自在に使用しうる。唯一のコス トといえば２個の分岐弁１７，１８によるものである。前述の３３０ミリの戻り パイプ２０で、全量の水に対して十分である。 本発明は加熱プラント全体の設計パワーを低減させるので、大きな経済効果が ある。さらに、この付加的なパワーは使用領域全体にわたって予め配分される。 すなわち、温水パイプは最大パワーが必要とする水流量の８０％に対して設計す ればよく、このことはパワープラントに位置した熱パイプを使用する場合とは異 なる。事実、本発明による装置は加熱プラントの外部の分配網に位置したピーク 加熱プラントに対応する。そのようなプラントは負荷ピークをカットするために 一般に使用される。 第８図と第９図はさらに別の本発明の実施例を示す。本実施例においては、温 水パイプ１０は、冷房が必要となったときに存在するパワー並びに温水のために 必要とされるパワーのみを考えて、すなわち全体で設計パワーの３０〜３５％で あるパワーを考えて設計される。冷水パイプ３０は、冷却パワーによって必要と される水流量が設計上の加熱パワーによって必要とされる水流量の少なくとも６ ５〜７０％であるとすれば冷却パワーの需要を考えて設計される。前記水流量が それ以下である場合、パイプ３０は加熱パワーに基いて設計される。この場合、 実際には、加熱水パイプが単純に２個に分割され、一方の部分が夏期に必要とさ れる冷却水のためにとっておくため何らパイプ容量を増す必要はない。冷房のた めに必要とされるパイプ分配網の追加投資は極めて小さい。１本の太いパイプと 、前記の太いパイプと断面積が同じである２本の細いパイプとの間の価格差は極 めて小さい。コストは公知の装置のコストの１０〜２０％である。 第１０図に示す実施例においては、２種類の冷却パワーが送られる。本実施例 は第８図と第９図とに示す実施例と類似である。パイプ３０には、例えば温度が ＋７℃で建物の冷房に必要とされる水が流れ、一方パイプ１９には食料品店にお ける冷蔵ディスプレイケースを冷却するための（例えば＋２℃）より冷たい水が 流れる。パイプ３０は、５℃〜７℃の温度でディスプレイケースから戻る水は建 物の冷房によく適しているのでパイプ１９の戻りパイプとして作用しうる。この ように、水は２回用いられる。このため、パイプ３０はより小さく設計できる。 当然、パイプ１９には戻りパイプは必要でない。コストに対する効果は第８図に 示す実施例の場合と同様である。すなわち、二種類の冷却水を極めて小さい追加 のコストで送ることができる。さらに、第１０図に示す実施例では冬期にも冷却 水を送ることができる。 前述の実施例は本発明を制限する意図のものでなく、本発明は請求の範囲内で 極めて自由に修正することができる。このように、本発明による装置あるいはそ の細部は図に示すものと同一である必要はなく、その他の種類の方法も可能であ ることを理解すべきである。例えば吸収集合体あるいはその他の何らかの冷却源 をパワープラント内に位置させる必要はなく、所謂副中心のような配管網のどこ かに位置させればよく、あるいは総合病院のような大規模の個々の建物に供する ようにさせることができる。その場合エネルギは通常の２パイプ装置により熱の 形態で吸収集合体に送られ、さらに前述のように３パイプ装置あるいは多パイプ 装置によってさらに伝達される。このような装置の欠点は地域暖房装置における 供給水の温度が高いことや、保守、運転等にある。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ)，ＡＭ， ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，Ｃ Ｎ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＥ ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ， ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ，Ｍ Ｘ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ，ＵＺ， ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 熱キャリヤになるべき熱エネルギで、建物を暖房および（または）冷房 にするために集中的に発生した熱エネルギが１本のパイプあるいは一群のパイプ （１０）により建物（１４）の加熱装置（１６）に分配されるようにされ、対応 して冷却エネルギが別のパイプあるいは別の群のパイプ（３０）によって冷却装 置（１５）に分配されるようにされた熱エネルギ分配装置において、冷却および 加熱装置（１５，１６）から戻る熱キャリヤの温度が基本的に等しくなるよう調 整され、かつ熱キャリヤが共通の戻りパイプあるいは一群の戻りパイプ（２０） によってエネルギ発生プラントに戻るようにされていることを特徴とする熱エネ ルギ分配装置。 ２． 冷却エネルギを伝達する前記パイプあるいは前記群のパイプ（３０）が 弁手段等（１７）により、かつ建物あるいは建物近傍において第２の弁手段等（ １８）により、加熱エネルギを伝達するパイプあるいは一群のパイプ（１０）に 接続されており、そのため前記弁手段（１７，１８）が開放位置にあると、高温 の熱キャリヤを貯えるために、冷却エネルギを伝達するパイプあるいは一群のパ イプ（３０）を使用することができることを特徴とする請求の範囲第２項に記載 の分配装置。 ３． 冷却エネルギを伝達する前記パイプあるいは前記群のパイプ（３０）は 加熱エネルギを伝達するパイプあるいは一群のパイプとして使用されるように弁 手段（１７，１８）によって配置されていることを特徴とする請求の範囲第１項 または第２項に記載の分配装置。 ４． 冷却エネルギを伝達する前記パイプが異なる温度の熱キャリヤを伝送す るべく２本以上のパイプ（３０，１９）に分割されていることを特徴とする請求 の範囲第１項から第３項までのいずれか一つの項に記載の分配装置。 ５． より高い温度の液体を入れたパイプ（３０）がより低い温度の液体を入 れたパイプ（１９）の戻りパイプとして作用するように配設されていることを特 徴とする請求の範囲第４項に記載の分配装置。